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Zusammenfassung (Deutsch)

Die globale Erwärmung und Umweltveränderungen sind anhaltende Probleme, welche Forscher dazu veranlasst haben, relevante Einflussfaktoren zu untersuchen, die sich auf die Probleme auswirken oder eine Rolle spielen. Das Verfahren zur Herstellung von Asphalt beinhaltet die Verwendung natürlicher Ressourcen (Zuschlagstoffe und Bitumen) und benötigt hohe Temperaturen zum Erhitzen und Mischen der Asphaltbestandteile. Emittierende Dämpfe während der Erwärmung von Bitumen sind ein weiterer Faktor, der die umgebende Ökologie beeinflusst. Alle diese Faktoren wurden gründlich untersucht, um die schädlichen Auswirkungen zu reduzieren und die natürlichen Ressourcen zu schonen. Das Recycling von Asphalt ist eine zuverlässige Methode, die dazu beitragen kann, die Umwelt zu schützen und zusätzlich wirtschaftliche Vorteile bietet. Das Ziel dieser Studie war es, die Möglichkeiten zu untersuchen, einen zu 100 % recycelbaren Asphalt herzustellen und dabei die Performance-Eigenschaften der recycelten Mischung innerhalb akzeptabler Grenzen zu halten. Darüber hinaus wurden in dieser Studie Einflussfaktoren untersucht, welche die Erhärtung von Asphalt durch Alterung beeinflussen. Hierzu wurde die oxidative Alterung von Asphalt beschleunigt und die Asphalt-Performance nach dem Alterungsprozess untersucht. Die oxidative Erhärtung von Bitumen wird als der Hauptfaktor der Alterung angesehen. Temperaturschwankungen und vor allem erhöhte Temperaturen sind weitere Einflussgrößen, welche die Alterung von Asphalt durch Konformationsänderungen im Bitumenmolekül beschleunigen können. Bei dieser Untersuchung wurden zwei Ansätze verfolgt: Der erste setzt Wasserstoffperoxid als wässeriges Oxidationsmittel ein. Der zweite verwendet Ozon als gasförmiges Oxidationsmittel. Im ersten Ansatz wurden Asphaltgranulate eine Woche lang in Wasserstoffperoxid getaucht und dann auf die Verdichtungstemperatur erhitzt, um Probekörper herzustellen. Für den zweiten Ansatz, die Alterung durch Ozon, wurden Asphaltgranulate einem stetigen Ozonstrom in einer geschlossenen Kammer unter kontrollierten Bedingungen ausgesetzt. An Probekörpern, die aus diesen beiden Alterungsverfahren gewonnen wurden, wurden Performance-Prüfungen durchgeführt, um die Beständigkeit der Proben gegen aufgebrachte Lasten, Ermüdung, Rissbildung und niedrige Temperaturen zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten einen erkennbaren Unterschied der Performance zwischen ungealterten und gealterten Proben, jedoch in unterschiedlichem Ausmaß. Aufgrund der Verwendung von Gefahrstoffen bei beiden Ansätzen, können Sicherheitsaspekte zu Einschränkungen führen. Zusätzlich zu den Performance-Prüfungen an Asphalt und Bitumen wurden Änderungen der chemischen Struktur von Bitumen durch Infrarotspektrometrie (FTIR) untersucht. Darüber hinaus wurden die Performance-Eigenschaften von recyceltem Asphalt, durch Einbeziehen von gealtertem Asphalt aus dem Labor und aus alten Straßenbelägen, berücksichtigt. Beim Recyclingprozess wurden Recyclingmittel eingesetzt, bei denen drei Rejuvenatoren aus verschiedenen Quellen und Zusammensetzungen verwendet wurden. Ergebnisse von Performance-Prüfungen zeigten eine Verbesserung des Verhaltens von Recyclingasphalt bei einem hohen Prozentsatz der wiederaufbereiteten Asphaltbefestigung von 90 % gegenüber gealtertem Asphalt. Diese Ergebnisse bestärken die Einführung höherer Zugabemengen von aufgearbeiteten Asphaltbelägen im Recyclingasphalt anstelle der derzeit verwendeten geringen Prozentsätze.

Zusammenfassung (Englisch)

Global warming and environmental change are persistent issues which urged researchers to study relevant factors that have an impact or a role in worsen this problem. Asphalt production process includes the use of natural resources (aggregate and bitumen) in addition to the use of elevated temperatures in heating and mixing the asphalt constituents. Emitted fumes during the heating of bitumen is another factor affecting the surrounded ecology. All of these factors have been investigated thoroughly to reduce the harmful impact and to save the natural resources. Recycling of asphalt is a reliable method which may assist in preserving the environment in addition to economic benefits. The objective of this study was to search for the possibilities of achieving 100% recyclable asphalt with maintaining the performance properties of the recycled mix within acceptable limits. Additionally, this study aimed to analyze factors which influence age hardening of asphalt by accelerating oxidative ageing of asphalt to investigate the performance of asphalt after ageing. Oxidative hardening of bitumen is considered the major factor which affects bitumen and leads to ageing. Temperature variation and especially elevated temperatures are co-factors which may accelerate ageing of asphalt through conformational changes in the bitumen molecule. In this investigation, two approaches can be recognized: the first is employing hydrogen peroxide as an aqueous oxidizer and the second is the use of gaseous oxidizer, which is ozone. Granulate asphalt was immersed in hydrogen peroxide for a week and then heated up to the compaction temperature to produce aged specimens. Ageing by ozone was carried out by exposing asphalt granules to a steady flow of ozone stream inside closed chamber and under controlled conditions. Samples acquired from both of these methods of ageing were investigated against performance properties to evaluate the resistance of samples to applied loads, fatigue, rutting and low temperature stresses. Results showed a recognizable difference in performance between unaged and aged samples, but at different extents. Safety considerations could be a limitation of both approaches due to the use of dangerous substances. Performance tests comprised asphalt and bitumen in addition to investigating the changes in bitumen chemical structure by infrared spectrometry (FTIR). Furthermore, performance properties of recycled asphalt were considered through introducing aged asphalt which obtained from the lab or from old pavements. Recycling agents were utilized in the recycling process, where three rejuvenators were employed from different sources and composition. Results of performance experiments showed an enhancement in the behavior of recycled asphalt at a high percentage of reclaimed asphalt pavement, 90% in the recycled asphalt, over aged asphalt. These results encourages the introduction of more reclaimed asphalt pavement in the recycled asphalt instead of the low percentage, which is currently used.

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