Straßen stellen, volkswirtschaftlich betrachtet, einen hohen Wert für die Allgemeinheit eines jeden Landes dar und repräsentieren ein hohes Volksvermögen. Der Neubau von Straßen, sowie deren Instandsetzung erfordert hohe finanzielle Aufwendungen.
Durch die starke Verkehrsbelastung, aber auch Einflüsse wie Wetter, Klima und Alterung, müssen hohe Ansprüche an den Straßenbelag gestellt werden.
Da aber Bitumen aus der Erdölraffination als Bindemittel alleine nicht diesen Eigenschaften gerecht wird, fügt man einen bestimmten Anteil eines Zusatzstoffes hinzu, der die Eigenschaften entscheidend verbessert. Dieser Zusatz ist das Trinidad Epuré, welches aus dem Naturasphalt der namengebenden Karibikinsel gewonnen wird. Er bildet dort einen Asphaltsee („Pitch Lake“), an dem man das Material im Tagebau abbauen kann.
Trotz der großen Vorkommen, kann pro Tag nur eine begrenzte Menge abgebaut werden, um eine Regeneration des Sees zur gewährleisten. Diese begrenzte Liefermenge führt zu einem hohen Preis des importierten Guts und somit zu einem erheblichen Kostenfaktor bei der Asphaltproduktion.
Da die Produktion von Asphalt in Deutschland und anderen Ländern einen beachtlichen Industriebereich darstellt und auch hier der Druck zur Kostenminimierung besteht, könnten einige Firmen dazu neigen von der notwendigen Menge Trinidad Epuré abzuweichen und stattdessen den Anteil von Bitumen petrochemischen Ursprungs im Asphalt zu erhöhen. Die Folge wäre eine verminderte Haltbarkeit z.B. einer Straße, für dessen Reparatur der Bauherr, in den meisten Fällen die öffentliche Hand, dann aufkommen müsste.
Bisher gab es nur eine Möglichkeit, den Gehalt zu bestimmen (siehe Patent EP1347295). Diese Methode ist aber teuer und zeitaufwendig und somit bei einem hohen Probenaufkommen nicht praktikabel. Ausgehend von dieser Situation ist es sinnvoll, diese Methode so abzuwandeln, dass sie eine hinreichende Richtigkeit, aber auch Wirtschaftlichkeit liefert.
Ziel dieser Diplomarbeit war die Erarbeitung einer Methode zur Analyse von Naturasphalt in Asphaltgemischen auf Grundlage des Patents EP1347295.
Inhaltsverzeichnis
- Zusammenfassung
- Einleitung und Aufgabenstellung
- Grundlagen
- Bitumen
- Bitumenherstellung in der Raffinerie
- Bitumenarten
- Asphalt
- Künstlich erzeugter Asphalt
- Naturasphalt
- Der Asphaltsee von Trinidad
- Eigenschaften der Naturasphalt / Asphalt - Gemische
- Verarbeitbarkeit
- Ermüdungsbeständigkeit
- Verformungswiderstand
- Weitere Parameter
- Biomarker
- Hopanoide
- Die Gaschromatographie / Massenspektrometrie Kopplung
- Die Gaschromatographie
- Chromatographische Parameter
- Das Quadrupol - Massenspektrometer
- Die Ionenquelle
- Das Quadrupol - Massenfilter
- Elektronenvervielfacher
- Das Vakuum
- Die Gaschromatographie
- Bitumen
- Praktischer Teil
- Die Probenvorbereitung
- Verwendete Geräte und Chemikalien
- Extraktion der Probe
- Beobachtungen und Abweichungen
- Die Messungen
- Verwendete Geräte und Chemikalien
- Messbedingungen
- Identifikation der Biomarker
- Ergebnisse der Messreihe „Split“
- Chromatogramme der Messreihe „Split“
- Ergebnisse der Messreihe „Split“
- Charakterisierung der Messreihe „Split“
- Ergebnisse der Messreihe „Splitless“
- Chromatogramme der Messreihe „Splitless“
- Ergebnisse der Messreihe „Splitless“
- Charakterisierung der Messreihe „Splitless“
- Gegenüberstellung der Ergebnisse der Messreihen
- Vergleich der Messwerte mit den Realgehalten
- Die Probenvorbereitung
- Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Verfahrens zur quantitativen Bestimmung des Gehaltes an Naturasphalt in Asphaltgemischen mit Bitumen verschiedener Herkunft. Das Verfahren basiert auf der Gaschromatographie / Massenspektrometrie - Kopplung (GC/MS) und verwendet Biomarker, die ausschließlich in Naturasphalt vorkommen. Die Arbeit zielt darauf ab, ein einfach anwendbares und zeitsparendes Verfahren zu etablieren, das mit einem minimalen apparativen Aufwand auskommt.
- Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung des Naturasphaltgehalts in Asphaltgemischen
- Anwendung der GC/MS-Kopplung zur Analyse der Proben
- Identifikation und Quantifizierung von Biomarkern als Indikatoren für Naturasphalt
- Bewertung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit des entwickelten Verfahrens
- Untersuchung des Einflusses des Herkunftsgebiets des Bitumens auf den Naturasphaltgehalt
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung und der Definition der Aufgabenstellung. Im Anschluss werden die relevanten Grundlagen erläutert, darunter die Herstellung und Arten von Bitumen, die Eigenschaften von Asphalt und Naturasphalt, sowie die Funktionsweise der GC/MS-Kopplung. Der praktische Teil der Arbeit beschreibt die Probenvorbereitung, die Messungen und die Auswertung der Ergebnisse. Es werden verschiedene Injektionsarten und die daraus resultierenden Ergebnisse der Messreihen „Split“ und „Splitless“ verglichen. Schließlich werden die Messwerte mit den Realgehalten verglichen und die Ergebnisse diskutiert. Die Arbeit endet mit einem Ausblick auf weitere Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Naturasphalt, Asphaltgemisch, Gaschromatographie / Massenspektrometrie (GC/MS), Biomarker, Quantifizierung, Bitumen, Trinidad Epuré, Messreihe „Split“, Messreihe „Splitless“, Herkunftsgebiet, Realgehalt.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Trinidad Epuré und warum wird es im Straßenbau genutzt?
Trinidad Epuré ist ein hochwertiger Naturasphalt vom Pitch Lake in Trinidad. Er wird Bitumen beigemischt, um die Haltbarkeit, Verformungsbeständigkeit und Alterungsstabilität von Straßenbelägen zu verbessern.
Wie lässt sich Naturasphalt chemisch nachweisen?
Der Nachweis erfolgt über spezifische Biomarker (Hopanoide), die mittels Gaschromatographie/Massenspektrometrie-Kopplung (GC/MS) identifiziert und quantifiziert werden können.
Warum ist eine genaue Bestimmung des Gehalts wirtschaftlich wichtig?
Naturasphalt ist teurer als petrochemisches Bitumen. Eine exakte Analyse verhindert, dass Firmen weniger als die vorgeschriebene Menge verwenden, was die Lebensdauer von Straßen verkürzen würde.
Was ist der Unterschied zwischen „Split“ und „Splitless“ Injektion?
Dies sind Injektionstechniken in der Gaschromatographie. „Splitless“ wird für Spurenanalysen genutzt, um eine höhere Empfindlichkeit bei geringen Konzentrationen der Biomarker zu erreichen.
Gibt es natürliche Regenerationsprozesse beim Naturasphalt?
Ja, der Pitch Lake in Trinidad regeneriert sich von unten, dennoch darf pro Tag nur eine begrenzte Menge abgebaut werden, um das ökologische Gleichgewicht zu wahren.
- Citar trabajo
- Christian Terhorst (Autor), 2006, Bestimmung des Gehaltes an Naturasphalt in Asphaltgemischen verschiedener Herkunft mittels Gaschromatographie/ Massenspektrometrie-Kopplung (GC/MS), Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/342656
