16 Schwerpunkt: DAI-Forschungsvorhaben Herstellung der Probekörper Abb. 6: Ermüdungskurven aller Varianten für die Prüftemperatur 20 °C und der Normalkraft 0 MPa Es wurden insgesamt 47 Materialkombinationen realisiert. Die Herstellung der Varianten 1 bis 25 erfolgte auf der Versuchs- und Demonstrationsstrecke der RWTH Aachen, um Probekörper mit praxisadäquaten Eigenschaften zu erhalten (siehe Abb. 3). Der Einbau erfolgte parallel in drei Bauabschnitten. In jedem Bauabschnitt wurde die Asphaltbinderschicht ohne viskositätsverändernden Zusatz hergestellt. Die Herstellung der darüber liegenden Asphaltdeckschichten erfolgte unter Variation der Bitumen und dem Einsatz von viskositätsverändernden Zusätzen. Im Bauabschnitt eins wurde die Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht ohne Zusätze als Referenzvariante eingebaut. In den weiteren Bauabschnitten erfolgte eine Variation der viskositätsverändernden Bindemittel, der Emulsionsart und der -menge in der Asphaltdeck- als auch in der Asphaltbinderschicht. Die Herstellung der Varianten 27 bis 47 erfolgte im Straßenbaulabor der TU Dresden, da hier die Temperatur der Asphaltunterlage variiert wurde. Ergebnisse der Schersteifigkeitsuntersuchungen Abb. 7: Ermüdungskurven aller Varianten für die Prüftemperatur 20 °C und der Normalkraft 0,45 MPa • BS AC 16 B S (25/55-55A) • DS 1 SMA 8 S (25/55-55A) • DS 2 SMA 8 S (50/70) Die viskositätsverändernden Zusätze wurden dreifach variiert. Die Zugabemenge wurde auf den Bindemittelgehalt des jeweiligen Asphaltes abgestimmt. Hergestellt wurden die Asphaltgemische in industrieller Produktion (Asphaltmischanlage). Als viskositätsverändernde Zusätze wurden • Sasobit • Romonta N • DEUREX X 20 K eingesetzt. Die Unterlage wurde gemäß den ZTV Asphalt 07/13 [7] angespritzt. Dabei kamen die folgenden Bitumenemulsionen zum Einsatz: • C 60 BP 4-S polymermodifizierte Bitumenemulsion • C 40 B 5-S lösemittelhaltige Bitumenemulsion Um das Verhalten der Varianten bewerten zu können, wurde für jede Materialkombination der Mittelwert aus den Versuchsdaten, in der Regel aus vier Versuchen, gebildet. Die Mittelwerte der versuchstechnisch ermittelten Schersteifigkeiten der untersuchten Varianten sind in einem von ASCHER [7] entwickelten Diagramm dargestellt (siehe Abb. 4). Die Schersteifigkeit der Referenzvariante (Deckschicht ohne Zusatz und Binderschicht ohne Zusatz), hier rot dargestellt, liegt bei -10 °C und 10 °C im mittleren Bereich, wobei hingegen bei 50 °C kaum noch eine Schersteifigkeit messbar ist. Oberhalb der Referenzvariante zeigen die Varianten Asphaltdeckschicht und Asphaltbinderschicht mit Amidwachs, Asphaltdeckschicht ohne Zusatz und Asphaltbinderschicht mit Romonta, Asphaltdeckschicht ohne und Asphaltbinderschicht mit Amidwachs, Asphaltdeckschicht ohne und Asphaltbinderschicht mit Sasobit als auch die Variante Asphaltdeckschicht mit Amidwachs und Asphaltbinderschicht ohne Zusatz ähnliche Steifigkeiten über den gesamten Temperaturverlauf. Der Effekt der Verklebung im Temperaturbereich von -10 °C bis 10 °C wirkt hier am stärksten. Bei Temperaturen von 30 °C und 50 °C sind geringe bzw. kaum Schersteifigkeiten messbar, da bei höheren Temperaturen (50 °C) die Viskosität des Bindemittels stark vermindert ist. Der Schichtenverbund wird hier lediglich durch die Verzahnung ermöglicht. Die Variante Asphaltdeckschicht mit Romonta und Asphaltbinderschicht ohne Zusatz weist im niedrigen Temperaturbereich (-10 °C bis 10 °C) die geringsten Steifigkeiten von allen untersuchten Varianten auf, hingegen bei 30 °C die höchsten. Im Temperaturbereich ab 30 °C konnten bei allen getesteten Materialkombinationen nur noch geringe Schersteifigkeiten gemessen werden. Bei 50 °C 4|2022
Schwerpunkt: DAI-Forschungsvorhaben 17 Variante Ermüdungsstatus nach Nutzungsdauer ND (30 Jahre) [%] Asphalttragschicht ADS_Ref_25-55/ABS-Ref/ATS_Kali_V-V 47,7 ADS_25-55_Amid/ABS_Amid/ATS_Kali_V-V 38,65 ADS_25-55_Rom/ABS_Rom/ATS_Kali_V-V 37 ADS_25-55_Sas/ABS_Sas/ATS_Kali_V-V 36,26 Tabelle 2: Ergebnisse der Prognoserechnungen für die Varianten mit vollem Verbund zwischen allen Asphaltschichten war kaum noch eine Schersteifigkeit vorhanden. Zwischen den untersuchten Materialvarianten konnten keine signifikanten Unterschiede festgestellt werden. Die Auswertung und Bewertung der durchgeführten Untersuchungen hinsichtlich verschiedener Einflussgrößen auf den Schichtenverbund zwischen zwei Asphaltschichten bzw. -probekörpern hat einen signifikanten Einfluss des Scherweges auf die Schersteifigkeit aufgezeigt. Ergänzend wurde daher, wie Abb. 5 zeigt, eine weitere Darstellung erarbeitet. Auch bei dieser Darstellung ist erkennbar, dass alle Materialvarianten im normalen Streubereich liegen und somit keine merklichen Abweichungen zur Referenzvariante vorhanden sind. Ergebnisse der Scherermüdungsuntersuchungen Die Scherermüdungsprüfungen erfolgten an drei ausgewählten Verbundvarianten. Als Deckschichtmaterial wurde ein SMA 8 S (25/55-55) auf einer Binderschicht AC 16 B S (25/55-55) eingesetzt. Als Emulsion wurde ein C60BP4-S mit einer aufgetragenen Menge von 200 g/cm² eingesetzt. Neben einer Referenzvariante ohne viskositätsverändernde Zusätze wurden die Zusätze Sasobit und Romonta, jeweils mit einer Zusatzmenge von 3 M.-%, in der Asphaltbinder- und Asphaltdeckschicht verwendet. Im Rahmen der Vorversuchsphase konnte festgestellt werden, dass die temperaturabhängige Materialcharakteristik einen großen Einfluss auf die Durchführung der Prüfungen und Aussagekraft der Ergebnisse hat. Bei einer Prüftemperatur von -10 °C führte die erhöhte Steifigkeit des Materials zu Versuchsabbrüchen aufgrund prüftechnischer Limitationen. Die Ergebnisse der Prüftemperatur 50 °C wiesen eine sehr geringe Steifigkeit auf, sodass die Interpretation dieser keine eindeutigen Aussagen ermöglicht. Die Durchführung und Auswertung der Versuche bei einer Prüftemperatur von 20 °C konnte erfolgreich durchgeführt werden, sodass diese Konfiguration in der Hauptversuchsphase verwendet wurde. Der Einfluss der Normalspannung auf die Ergebnisse der Vorversuchsphase wurde deutlich, da eine Durchführung der Versuche lediglich bei den beiden Stufen 0 MPa und 0,45 MPa möglich gewesen ist. Das Normalspannungsniveau 0,9 MPa führte bei einer Prüftemperatur von 20 °C zu Versuchsabbrüchen aufgrund prüftechnischer Limitationen. Abb. 8: Ermüdungsstatus im Berechnungsquerschnitt für die in Tab. 2 aufgeführten Varianten nach einer Nutzungsdauer von 30 Jahren 4|2022
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