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Multi-Scaling und Mikrostruktur von Strassenbaustoffen

Im Forschungsfokusbereich "Multi-Scaling und Mikrostruktur" werden Grundlagenuntersuchungen an bitumenhaltigen Belagsmaterialien in einem Bereich durchgeführt, in dem die Performance von Belägen ihren Ursprung findet. Das Ziel ist das grundlegende Verständnis

  • des Verhaltens von Strassenmaterialien hinsichtlich Veränderungen unter Umwelteinflüssen wie Wasser und Temperatur
  • des Zusammenwirkens des Bindemittels mit anderen Stoffen und insbesondere mit den mineralischen Zuschlagsstoffen
  • der gezielten Entwicklung neuer Materialkombinationen mit Blick auf die Anwendung für Strassenbeläge

 

Themenbereiche

Mikrostruktur

Für die Charakterisierung der Mikrostruktur von bitumenhaltigen Belagsmaterialien werden Licht- und Elektronenmikroskopie (ESEM), Atomic Force Microscopy (AFM) sowie Computer Tomographie (CT) benutzt. Genutzt werden kann zudem die existierende Infrastruktur des ETH-Bereiches wie das Zentrum der Empa für Elektronenmikroskopie oder das Synchotron am Paul Scherrer Institut (PSI). Unter Einbezug des Nanobereiches werden kontinuierlich neue Methoden auf ihre Eignung geprüft.

Forschungsprojekte haben gezeigt, dass die Proben mit besserem in-Situ-Verhalten eine entsprechend "optimale" Mikrostruktur aufweisen, die mit verbesserten Eigenschaften verbunden ist. Dagegen ist eine suboptimale Mikrostruktur mit entsprechend suboptimalem Verhalten und schlechteren Eigenschaften verbunden. Feststellbar sind Merkmale in der Mikrostruktur, die auf Verdichtungsmethoden, Polymermodifizierung, Homogenität des Hohlraumgehalts sowie die Verzahnung der Zuschlagsstoffe zurückzuführen sind.

Mikro-Zugversuche

Die Empa verfügt über ein neuartiges Verfahren, um das Mikro-Zugverhalten viskoelastischer Bitumenfilme, sowohl im duktilen als auch im spröden Zustand untersuchen zu können. Dabei werden die Bindemittelfilme zwischen Adhäsionsflächen aus rostfreiem Stahl oder mineralischen Zuschlagsstoffen eingepasst. Mittels einer neuartigen Methode, die an der Empa entwickelt wurde, können uniaxiale Prüfkörper mit dünnen Bitumenfilmen hergestellt und geprüft werden, so dass die entsprechenden Bruchphänomene beobachtet und bildlich festgehalten werden können. Es kann die Wirkung von Schlüsselparametern wie Temperatur, Bindemitteltp, Adhäsionsfläschen (rostfreier Stahl und mineraliche Zuschalgsstoffe) und Wasserkonditionierung untersucht werden.

Multi-Scaling

In Zusammenarbeit mit anderen Fokusbereichen der Abteilung werden Informationen über die Mikrostruktur mittels Mikro-Zugversuchen und anderen Mikro-Charakterisierungsmethoden gesammelt, um Grundlagen für Performance Grenzen oder Verbesserungspotential zu finden. Beispiele von gegenwärtigen Forschungsthemen sind offenporiger Asphalt, rezyklierter Asphalt und multifunktionale Strassenmaterialien.

 

ESEM Mikrograph von offenporigem Asphalt zeigt einen Bohrkern mit Fibrillen und die Entstehung von Mikrorissen während der in-Situ-Verdichtung
3D-Bild der Hohlräume eines CT-Scans von offenporigem Asphalt
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