Polymere in rezykliertem Asphalt - ein Mehrskalen-Ansatz

Verkehrsinfrastruktur stellen das verbindende Netzwerk unserer Gesellschaft dar. Egal ob Autobahnen, Landstraßen, Fahrradwege oder Gehsteige, überall spielt der Werkstoff Asphalt eine zentrale Bedeutung. Hierbei handelt es sich in der Regel um eine Mischung aus mineralischem Gestein unterschiedlicher Größe und einem organischen Bindemittel, Bitumen. Im Lauf der Zeit hat sich jedoch sowohl unsere Gesellschaft als auch die Anforderungen an unsere Verkehrswege verändert. Durch steigende Verkehrszahlen und extremere klimatische Bedingungen müssen unsere Straßen immer mehr Belastung bei noch extremeren Bedingungen standhalten. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden modifiziert man das herkömmliche Bindemittel Bitumen mit sogenannten Polymeren. Diese Mischung aus Bitumen und Kunststoff bewirkt, dass das Bindemittel im Asphalt höherer Belastung standhalten kann und gleichzeitig eine breite Temperatur-Einsatzspanne hat. Die Herausforderung bei diesem Werkstoff ist, dass man das Alterungsverhalten von Polymer und Bitumen noch nicht auf einer grundlagennahen Ebene versteht und somit auch die Thematik des Recyclings nicht effektiv und effizient beantworten kann. Dies stellt die zentralen Fragenstellungen und Ziele dieses Projekts dar: Die Alterung von Polymermodifizierten Bitumen verstehen und es von der molekularen Nano-Bitumenebene auf die Makro-Asphaltebene übertragen. Der Alterungsprozess soll möglichst realistisch im Labor simuliert werden und mit der tatsächlichen Feldalterung vergleichen werden. Sobald der Alterungsprozess genügend verstanden ist, soll die Thematik des Vermischens von alten und neuem Polymermodifizierten Bitumen sowie das Recyclingverhalten genauer untersucht werden. Auch die Thematik des Verjüngens wird hierbei im Detail bearbeitet: Wie können wir unser Material modifizieren, um es wieder in einen Ausgangszustand zurückzuversetzen. Diesen Fragestellungen widmen sich das Team der Technischen Universität Wien (TU Wien) in Zusammenarbeit mit der Universität von Antwerpen (Belgien) und die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA - Schweiz). Das internationale, interdisziplinäre Team setzt hierbei auf modernste Analysemethoden aus den Bereichen der Chemie (spektroskopische und mikroskopische Methoden), dem Bauingenieurwesen (mechanische Methoden) und dem maschinellen Lernen. Diverse spektroskopische Methoden sollen Aufschluss über die alterungsinduzierten Veränderungen von Polymermodifiziertem Bitumen auf molekularer Ebene geben. Diese Veränderungen sollen auf mikroskopischer Eben visualisiert und auf mechanischer Ebene in die Branchentypischen Kennwerte überführt werden. Das maschinelle Lernen soll die Ergebnisse aus der Chemie und dem Bauingenieurwesen sinnvoll Verknüpfen. Die Ergebnisse des Projekts sollen es ermöglichen, Polymermodifiziertes Bitumen sinnvoll zu recyclieren, wodurch ein langfristig nachhaltiger Ressourcenverbrauch im Straßenbau gewährleisten werden kann.