Entwicklung von PU-Asphalt : von der Idee bis zur baupraktischen Umsetzung

Renken, Lukas; Oeser, Markus; Wistuba, Michael

doi:HT020327606

Entwicklung von PU-Asphalt : von der Idee bis zur baupraktischen Umsetzung = Development of PU-asphalt : from the concept to the practical implementation

Renken, Lukas^RWTH*

2019 & 2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Ing. Lukas Renken

ImpressumAachen 2019

Umfang1 Online-Ressource (IX, 216 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2020

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Oeser, Markus (Thesis advisor)^RWTH* ; Wistuba, Michael (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2019-12-16

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2019-11994
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/775118/files/775118.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Straßenwesen (313410)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Versickerungsfähige Verkehrsflächen bieten neben einer Entsiegelung von vorhandenen undurchlässigen Flächen neue Wege zur Verbesserung des Stadtklimas. Herkömmliche wasserdurchlässige Straßenbaumaterialien können insbesondere im innerstädtischen Bereich aufgrund ihrer eingeschränkten Haltbarkeit oftmals nur punktuell verwendet werden. Demnach bedarf es der Entwicklung innovativer Baustoffe und Bauweisen für dauerhafte versickerungsfähige Befestigungen. Bisher hat eine vollständige Substitution von Bitumen durch innovative Bindemittel auf synthetischer Basis nur sehr begrenzte Anwendung im Straßenbau gefunden, obgleich das Potential sowie die charakteristische Vielfältigkeit als sehr hoch einzustufen sind. Insbesondere im Hinblick auf einen schonenden Umgang mit den natürlichen Ressourcen eignet sich Polyurethan (PU) hervorragend als alternatives Bindemittel. Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, ein vollständig neues offenporiges Materialkonzept „PU-Asphalt“ auf Basis des synthetischen Bindemittels Polyurethan zu entwickeln, umfangreich zu bewerten sowie eine baupraktische Umsetzung zu realisieren. Hierbei hat sich herausgestellt, dass sich Polyurethan - für dessen Herstellung überwiegend auf nachwachsende Rohstoffe zurückgegriffen wird - grundsätzlich dazu eignet, konventionelles Bitumen zu ersetzen. Weiter zeigt das resultierende Baustoffprodukt PU-Asphalt einen hohen Hohlraumgehalt bei gleichzeitig hoher Materialfestigkeit und geringer Temperatursensitivität. Es wurde ein Prüfkonzept angewendet, mit welchem die Materialcharakteristik zielsicher quantifiziert werden konnte. Nach Abschluss der Untersuchungen sind die straßenbautypischen Materialkennwerte weitestgehend bekannt und die wesentlichen Materialeigenschaften konnten identifiziert werden. Zweifelsfrei konnte das Potential von PU-Asphalt als hochbelastbare versickerungsfähige Verkehrsfläche im Labormaßstab nachgewiesen werden. Hierbei konnten sämtliche Gebrauchseigenschaften gegenüber konventionellen Referenzvarianten, teilweise erheblich verbessert werden. Erstmals ist es möglich die hervorragenden, funktionalen Eigenschaften eines offenporigen Systems mit einer hochstabilen Materialperformance und -dauerhaftigkeit zu verknüpfen. PU-Asphalte weisen auch für sehr hohe Gebrauchstemperaturen eine ausreichende Verformungsstabilität auf, ohne erhöhte Rissanfälligkeit im Tieftemperaturbereich zu zeigen. Damit liegt gegenüber konventionellen Asphalten eine deutlich größere Gebrauchstemperaturspanne vor. Eine Verknüpfung von Multifunktionalität und Wasserdurchlässigkeit mit einer hochstabilen Materialstruktur und Umweltverträglichkeit spiegeln das enorme Innovationspotential wider. Durch die erfolgreiche Entwicklung eines High-Tech-Deckschichtsystems kann demnach wesentlich zur Sicherstellung einer leistungsfähigen und dauerhaften Infrastruktur beigetragen werden. Insbesondere mit Blick auf die eingeschränkte Dauerhaftigkeit von konventionellen Offenporigen Asphalten stellt offenporiger PU-Asphalt eine konkurrenzfähige Alternative dar.

Permeable pavements provide new opportunities to unseal transportation infrastructure and to improve the urban climate. Because of limited durability, conventional materials for permeable pavements are used only selectively in urban areas. Thus, the development of innovative infrastructure materials for durable permeable pavements are required. A full substitution of bitumen by an innovative synthetic binder was restrictively applied within road-construction engineering so far, although the performance potential as well as the characteristic versatility are very high. Particularly, regarding the considerate exploitation of raw materials, polyurethane (PU) can be used as an alternative to bitumen. The main objective of this thesis is to develop a completely novel porous material concept “PU-asphalt” based on the synthetic binder polyurethane, including the material characterisation and the practical implementation. In this context it could be identified that polyurethane, for which production is mainly based on renewable raw materials, is appropriate to replace conventional bitumen. The created pavement material PU-asphalt presents high porosity with high material strength and low sensitivity of temperature at once. A concept of material investigation was developed which allows a comprehensive characterisation. Subsequently, the main characteristics in road-pavement engineering of PU-asphalt can be identified. The potential of PU-asphalt as a heavy-duty permeable pavement could be demonstrated at laboratory scale. The mechanical performances of PU-asphalt are significantly increased compared to conventional reference materials. Thus, the functional characteristics of porous pavement materials can be connected with a good performance and durability. Without showing increased susceptibility to cracking at low temperatures, PU-asphalt also shows sufficient resistance of deformation at high temperature. Thereby, the service temperature range can be increased towards conventional asphalt. A connection of multifunctionality, superior hydraulic performance with a stable structure and environmental advantages reflects a tremendous innovation potential. The successful development of a high-tech pavement system can contribute to an efficient and permanent transportation infrastructure. Particularly regarding the limited durability of conventional Porous Asphalt (PA), permeable PU-asphalt represents a competitive alternative.

OpenAccess:
PDF
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