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. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift „Nature-Scientific Reports“ veröffentlicht.
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“, sagt Goshtasp Cheraghian. „Unsere Erkenntnisse über die molekularen Wechselwirkungen zwischen Nanopartikeln und Bitumen können außerdem neue Wege für den Einsatz von Nanotechnologie im Asphalt öffnen."
