Gezielte Gestaltung von Polyurethan-modifiziertem Asphalt basierend auf der Click-Reaktion: Anwendung zur Verbesserung der Grenzflächenhaftung von ultradünnen Überzügen

Um die häufigen Probleme schlechter Hochtemperatur-Verarbeitbarkeit und unzureichender Grenzflächenhaftung mit der unteren Schicht während des Einsatzes von Bindematerialien in Instandhaltungsszenarien wie ultradünnen Überzügen zu mildern, wurde in dieser Studie ein Polyurethan-modifizierter Asphalt (PUA) mit dynamischen Disulfid (S-S)-Bindungen und seine Mischung basierend auf dem Prinzip der Click-Reaktion entworfen und hergestellt. Die Haftung zwischen PUA und Gesteinskörnung sowie die Hochtemperatur-Fließeigenschaften der PUA-Mischung wurden jeweils durch Kontaktwinkelmessungen im nanoskopischen Maßstab, Zugkrafttests, Schertests unter Schräglage und einen selbstentwickelten variablen Rührtest im makroskopischen Maßstab bewertet. Zusätzlich wurde die Grenzflächeninteraktion zwischen PUA und Gesteinskörnung auf molekularer Ebene simuliert. Die Ergebnisse zeigten, dass die Click-Reaktion im PUA reibungslos verlief, wodurch der Anteil makromolekularer Verbindungen stieg und teilweise Vernetzungen entstanden, die die Kohäsionsfestigkeit deutlich verbesserten. PUA mit dynamischen S-S-Bindungen zeigte überlegene Benetzungs- und Verteilungseigenschaften in Flüssigkeiten. Im Vergleich zu herkömmlich verwendetem hochviskosem SBS-modifiziertem Asphalt und dessen Mischung wies es höhere Bindungsfestigkeit und Scherwiderstand zwischen den Schichten auf. Diese PUA-Mischung konnte Produktions- und Mischtemperaturen um mehr als 11 °C senken und dabei die Leistungsfähigkeit des Fahrbahnbelags unter verschiedenen Umwelt- und Wasserbedingungen erhalten. Dies trägt zur Energieeinsparung und Emissionsreduktion bei. Molekulare Simulationen zeigten, dass das Vorhandensein von S-S-Bindungen oder Wassermolekülen in der Umgebung die Diffusionsrate der PUA-Bestandteile zur Gesteinsschnittstelle reduziert, die Selbstaggregation von Asphaltenen abschwächt und die Adhäsionsarbeit leicht verringert. Die Ergebnisse bieten eine wissenschaftliche Grundlage für die gezielte Gestaltung von Polyurethan-modifiziertem Asphalt und dessen nachhaltige Anwendung in leistungsfähigen ultradünnen Überzügen. • Eine thermoplastische Polyurethan-Asphaltmischung (PUA), geeignet für ultradünne Überzüge, wurde basierend auf dem Prinzip der Click-Reaktion hergestellt. • Die Bindungsfestigkeit des PUA bei Raumtemperatur wurde durch Additionsreaktion und dynamische Austauschwirkungen der S-S-Bindungen verbessert. • Der variable Rührtest bewertete, dass die Hochtemperatur-Verarbeitbarkeit der PUA-Mischung der von SBS-modifizierten Asphaltmischungen überlegen ist. • Die Auswirkungen von Feuchtigkeit auf Bewegung und Diffusionsverhalten von PUA auf der Gesteinsoberfläche wurden durch MD-Simulationen aufgezeigt.