Reduzierter Energieverbrauch, weniger CO2-Emissionen und ein besseres Arbeitsklima für die Straßenbauer: Temperaturabgesenkter Asphalt gewinnt als nachhaltigere Technologie zunehmend an Bedeutung. Im Gegensatz zum herkömmlichen Heißasphalt nimmt Warmasphalt eher Feuchtigkeit auf und altert schneller. Um das Problem zu lösen, haben Forschende der Technischen Universität Braunschweig und der University Swansea in Großbritannien jetzt mit Nanopartikeln ein Anti-Aging-Bindemittel für den Asphalt entwickelt. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Nanotechnology Reviews“ veröffentlicht.
Die Herstellung von Asphalt ist eine heiße Angelegenheit: Der Baustoff wird in der Regel bei rund 160 Grad Celsius gemischt. Warmasphalt (engl. Warm Mix Asphalt, WMA) wird dagegen bei Temperaturen hergestellt, die bis zu 40 Grad Celsius niedriger sind als bei konventionellem Heißasphalt. Durch die WMA-Technologie können bei der Herstellung von Asphalt nicht nur die Temperaturen und der Energieverbrauch gesenkt werden, sondern auch dabei entstehende Dämpfe und Treibhausgasemissionen werden reduziert. So kann der CO2-Ausstoß um bis zu 15 Prozent verringert werden. Für Großbritannien würde das bedeuten: Mit der Umstellung auf WMA könnten jedes Jahr rund 61.000 Tonnen CO2 eingespart werden. Das entspricht etwa der CO2-Menge, die bei rund 300 Millionen gefahrenen Autokilometern anfällt.
Anfällig gegenüber Feuchtigkeit und Alterung
Als weitere Vorteile von WMA-Asphalten nennt Dr. Gِoshtasp Cheraghian, Projektleiter am Institut für Straßenwesen (ISBS) der TU Braunschweig, deren bessere Verdichtungseigenschaften beim Einbau und die Möglichkeit, das Mischgut über längere Distanzen zu transportieren. „Auch bei nicht ganz optimalen Witterungsbedingungen kann temperaturabgesenkter Asphalt gut eingebaut und damit die Einbausaison verlängert werden“, so Dr. Cheraghian. Der Nachteil: Die hohe Anfälligkeit gegenüber Feuchtigkeit und Alterung machen WMA-Asphalte weniger robust.
Um das Problem der eingeschränkten Lebensdauer zu lösen, nutzt das Team des Braunschweiger Instituts für Straßenwesen und des Energy Safety Research Institute (ESRI) an der Swansea University in Wales Nanopartikel aus Ton und pyrogener Kieselsäure genutzt. Diese werden dem Bindemittel beigemengt. Das Nanokomposit senkt einerseits die Temperatur im WMA-Prozess, macht den Asphalt aber auch weniger anfällig gegenüber Feuchtigkeit und Alterung und verlängert somit die Lebensdauer von Straßenbelägen.
Kostengünstiges und ungiftiges Material
Die in der Zeitschrift „Nanotechnology Reviews“ veröffentlichten Forschungsergebnisse konzentrieren sich auf die Auswirkungen von Nanopartikeln auf die Alterungsbeständigkeit bitumenhaltiger Bindemittel für den Straßenbau. „Die von uns eingesetzten Nanopartikel wirken wie ein Schild gegen Feuchtigkeit und Alterung und machen den Asphalt dadurch widerstandsfähig gegen Sprödigkeit und Risse“, erklärt Professor Michael P. Wistuba, Leiter des ISBS. Für die Entwicklung der nächsten Generation von Straßenasphaltmaterialien könne die Modifizierung von Asphaltbindemitteln durch Nanopartikel von großem Nutzen sein. „Das in unserer Forschung verwendete Nanokomposit aus pyrogenem Siliziumdioxid ist ein kostengünstiges und ungiftiges Material. Es eignet sich besonders gut für die WMA-Technologie“, sagt Dr. Cheraghian. „Darüber hinaus können unsere Erkenntnisse zum Konzept der molekularen Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln und Asphaltbindemitteln insgesamt neue Wege für die Anwendung der Nanotechnologie in der Asphalttechnik eröffnen.“
Kontakt
Dr.-Ing. Goshtasp Cheraghian
Technische Universität Braunschweig
Institut für Straßenwesen
Beethovenstraße 51 b
38106 Braunschweig
Tel.: 0531 391-62010
E-Mail: g.cheraghian(at)tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/isbs
Prof. Dr. Michael P. Wistuba
Technische Universität Braunschweig
Institut für Straßenwesen
Beethovenstraße 51 b
38106 Braunschweig
Tel.: 0531 391-62050
E-Mail: m.wistuba@tu-braunschweig.de
www.tu-braunschweig.de/isbs
Publikation
Goshtasp Cheraghian, Michael P. Wistuba, Sajad Kiani, Ali Behnood, Masoud Afrand und Andrew R. Barron: Engineered nanocomposites in asphalt binders. In: Nanotechnology Reviews, Band 11, Heft1, 2022. https://doi.org/10.1515/ntrev-2022-0062