10.08.2020

Sonnenschutz für die Straße

Nanopartikel erhöhen die Lebensdauer von Asphalt.

Große Risse, Schlaglöcher – Asphaltstraßen halten nicht ewig. Beginnen sie zu altern, bröckeln sie, bis zur kompletten Zerstörung der Deckschichten. Grund hierfür ist der Verschleiß des Bindemittels Bitumen. Vor allem Licht, Sauerstoff und Wärme setzen diesem zu. Wissenschaftler des Instituts für Straßenwesen der Technischen Universität Braunschweig haben jetzt herausgefunden, wie sie die UV-Alterungs­beständigkeit von Bitumen mit einem neuen Nanokomposit aus Ton und pyrogener Kieselsäure, die als Füllstoff in Kunststoffen verwendet wird, verbessern können.
 

Abb.: Blick durchs Raster­elektronen­mikroskop: Die Ansammlung von...
Abb.: Blick durchs Raster­elektronen­mikroskop: Die Ansammlung von Ton-Nano­partikeln bildet eine einzig­artige Struktur in Form einer Rosen­knospe. (Bild: Inst. f. Straßenwesen / TU Braunschweig)

Bitumen setzt sich aus verschiedenen organischen Stoffen zusammen – hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff – und wird aus Erdöl gewonnen. Durch wärmere Temperaturen und UV-Strahlung oxidieren diese organischen Verbindungen. Die UV-Strahlung kann die Bindungen der Bitumen­moleküle aufbrechen und freie Radikale erzeugen, die den Alterungs­prozess beschleunigen. Deshalb ist für die Anwendung im Straßenbau besonders Bitumen interessant, das durch Anti-Aging-Materialien modifiziert wurde, die die Anti-UV-Alterungs­eigenschaften verbessern. 

Goshtasp Cheraghian und Professor Michael P. Wistuba vom Institut für Straßen­wesen zeigen in ihrer Studie, dass Nanopartikel aus Ton und pyrogener Kieselsäure in Asphalt­belägen eingesetzt werden können, um diese effizient von UV-Strahlen abzuschirmen. „Ton und pyrogene Kieselsäure sind kosten­günstige Nanomaterialien, harmlos und ungiftig, und sie können als anorganische Abschirmung verwendet werden“, sagt Goshtasp Cheraghian, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut. „Sie wirken also so ähnlich wie ein Sonnen­schutz­mittel.“

Die Nanomaterialien können die mechanischen und rheologischen Eigenschaften, also die Elastizität von Bitumen sowie seine Beständigkeit gegen Feuchtigkeits­schäden und Alterung potenziell verbessern. Die Kombination von beiden als Nanokomposit wurde jedoch bisher noch nicht in Asphalt­mischungen eingesetzt. Dank seiner spezifischen Nanostruktur konnten die Stabilität und die Reaktivität des Nanokomposits aufgrund seiner vorteilhaften physikalischen Eigenschaften verbessert werden. 

„Die Modifizierung von Bitumen durch Ton- und pyrogene Kieselsäure-Nanopartikel kann als eine interessante, kosten­günstige Technik im Asphalt­straßen­bau neue Perspektiven bieten, um Asphaltmaterialien haltbarer zu machen“, so Goshtasp Cheraghian. „Unsere Erkenntnisse über die molekularen Wechsel­wirkungen zwischen Nanopartikeln und Bitumen können außerdem neue Wege für den Einsatz von Nano­technologie im Asphalt öffnen." 

TU Braunschweig / DE
 

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