18 Schwerpunkt: DAI-Forschungsvorhaben Abb. 9: Vergleich des relativen Ermüdungsstatus für die Asphalttragschicht mit Kalibrierasphalt mit der Asphaltdeckschicht 1 mit jeweils 3 % vvZ und der Asphaltbinderschicht mit jeweils 3 % vvZ bei vollem Verbund zwischen allen Asphaltschichten Die Hauptversuche, durchgeführt an drei Varianten bei zwei Normalspannungsniveaus 0 MPa und 0,45 MPa und einer Prüftemperatur von 20 °C, verfolgten das Ziel der Erstellung von aussagekräftigen Ermüdungskurven. Zur Zielerreichung wurden die Versuche mit der Vorgabe verschiedener Scheramplitudenniveaus (Ermittlung in Vorversuchsphase) mit hoher Belegung der einzelnen Niveaus durchgeführt. Als Ermüdungskriterium wurde in jedem Einzelversuch die Lastzahl Nf/50 ermittelt, welche die Anzahl an Lastwechseln beziffert, an der die ursprüngliche Schersteifigkeit des Probekörpers um 50 % reduziert ist. Diese Lastzahlen aller Versuche wurden in Abhängigkeit der vorgegebenen Scheramplitude in den Ermüdungskurven abgebildet, wie in Abb. 6 und Abb. 7 für die beiden Normalspannungsniveaus zu erkennen ist. Für die Ermüdungskurven bei einem Normalspannungsniveau von 0 MPa konnte für die Ermüdungskurven aller Varianten Bestimmtheitsmaße von mindestens 0,96 erzielt werden. Die Ergebnisse der Versuche zeigen einen ähnlichen Verlauf der Ermüdungskurven aller Varianten. Im Rahmen der Prüfstreuung konnte für diese Prüfkonfiguration kein negativer Einfluss auf die Scherermüdung aufgrund der Verwendung von viskositätsverändernden Zusätzen festgestellt werden. Auch bei einer Prüfkonfiguration mit einem Normalspannungsniveau von 0,45 MPa weisen die Varianten ähnliche Verläufe der Ermüdungskurven auf, sodass auch für dieses Normalspannungsniveau kein negativer Einfluss der Zusätze auf den Scherermüdungswiderstand festgestellt wurde. Im Gegensatz zu der Variante mit einem Normalspannungsniveau von 0 MPa wurden jedoch größere Versuchsstreuungen festgestellt, welche sich in geringeren Bestimmtheitsmaßen (Referenz 0,58; Sasobit 0,75; Romonta 0,99) widergespiegelt haben. Ergebnisse der Prognoserechnungen Mittels des Verfahrens zur rechnerischen Dimensionierung von Straßenbefestigungen analog zu den RDO Asphalt 09 [8] wurden sowohl die Auswirkungen der Verbundwirkung als auch der temperatur- und verkehrslastbedingten Eingangsgrößen auf das Ermüdungsverhalten untersucht. Die Berechnungen erfolgten für die Verbundvariante voller Verbund zwischen Asphaltdeck-, Asphaltbinder- und Asphalttragschicht. Für die Häufigkeit der auftretenden Oberflächentemperaturen wurde Zone 3 gem. RDO Asphalt 09 [8] gewählt. Zur Berechnung der Verkehrsbelastung wurde die Belastungsklasse BK 100 und das Achslastkollektiv BAB Fernverkehr angenommen. QUELLENNACHWEIS [1] M TA, Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV Verlag GmbH, Köln, 2021 [2] Gerowski, B., Kohlmeier, J., Faßbender, S.: Schlussbericht zum AIF-Projekt BG 20334 „Beeinflussung der Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit des Schichtenverbundes bei Anwendung viskositätsverändernder organischer Zusätze im Asphalt“, Mai 2022 [3] ZTV Asphalt 07 – Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt, FGSV Verlag GmbH, Köln, Ausgabe 2007 [4] TP Asphalt-StB, Teil 80: Abscherversuch, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV Verlag GmbH, Köln, 2012 [5] Wellner, F., Ascher, D.: Schlussbericht zum AiF-Projekt Nr. 13589 BR/1: „Untersuchungen zur Wirksamkeit des Haftverbundes und dessen Auswirkungen auf die Lebensdauer von Asphaltbefestigungen“, 2007 [6] AL „Zyklischer Scherversuch“ – Schersteifigkeit, Teil 48 – Entwurf, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, Köln, Ausgabe 2019 [7] Ascher, D.: Einfluss des Schichtenverbundes auf die Dimensionierung von Asphaltbefestigungen, Manuskript zur Dissertation, TU Dresden, unveröffentlicht, Bearbeitungsstand 2011 [8] RDO Asphalt 09: Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht, Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, FGSV Verlag GmbH, Köln, 2009 4|2022
Schwerpunkt: DAI-Forschungsvorhaben 19 Als Ergebnis der Prognoserechnungen erhält man einen Ermüdungsstatus bzw. eine prognostizierte Nutzungsdauer. In Abb. 8 ist der Ermüdungsstatus im Berechnungsquerschnitt für die in Tab. 2 aufgeführten Asphaltkombinationen dargestellt. Diese beinhalten die Referenzvariante und die mit jeweils 3 M.-% Amidwachs, Romonta und Sasobit hergestellten Asphaltdeck- und Asphaltbinderschichten. Ein Vergleich der in Tab. 2 dargestellten Ergebnisse der Prognoserechnungen für die Asphalttragschicht über einen Nutzungszeitraum von 30 Jahren zeigt Abb. 9. Die dargestellten Ergebnisse sind Relativdarstellungen bezogen auf die jeweilige Referenzvariante. Für die Referenzvariante beträgt der Ermüdungsstatus der Asphalttragschicht nach einer Nutzungsdauer von 30 Jahren 47,7 %, d. h., eine vollständige Ermüdung kann rechnerisch nach ca. 62 Jahren erwartet werden. Der Ermüdungsstatus der Asphalttragschichten nach einer Nutzungsdauer von 30 Jahren für die mit 3 M.-% mit den drei viskositätsverändernden Zusätzen versetzten Asphaltdeck- und Asphaltbinderschichten liegt in einem ähnlichen Bereich. Es kann mit einer vollständigen Ermüdung nach 78 Jahren (Amidwachs) und 83 Jahren (Sasobit) gerechnet werden. Bei den untersuchten Varianten ist erkennbar, dass für die Asphalttragschicht nach 30 Jahren noch keine vollständige Ermüdung eingetreten ist, d. h., dass ein Ermüdungsstatus von 100 % noch nicht erreicht ist. Zusammenfassung Aus den Ergebnissen der Schersteifigkeitsanalyse aller untersuchten Varianten lässt sich keine Auswirkung der mit viskositätsverändernden Zusätzen hergestellten Asphaltgemische auf den Schichtenverbund ableiten. Die verschiedenen untersuchten Varianten liegen im Bereich der Versuchsstreuungen, sodass kein signifikanter Einfluss der viskositätsverändernden Zusätze festzustellen ist. Mit der Durchführung von Scherermüdungsprüfungen sollte untersucht werden, ob viskositätsverändernde Zusätze einen negativen Einfluss auf das Ermüdungsverhalten des Schichtenverbunds haben. Um eine Bewertung vorzunehmen, sei zunächst auf verfahrenstechnische Erkenntnisse verwiesen. In der Phase der Vorversuche konnte festgestellt werden, dass die Prüftemperatur von 20 °C eine Festlegung der Scheramplituden für die Hauptversuche ermöglicht. Der Versuch unterliegt einer gewissen Streuung, welche bei der Beurteilung der Ergebnisse beachtet werden muss. Eine Erhöhung der Anzahl der Scheramplituden hat sich als erforderlich erwiesen, um aussagekräftige und statistisch belastbare Ermüdungskurven zu erhalten. Im Rahmen der statistischen Analyse wurde kein signifikanter Einfluss von viskositätsverändernden Zusätzen auf die Scherermüdung festgestellt. Die aus den Versuchsergebnissen abgeleitete und verbesserte sigmoidale Masterfunktion zur Beschreibung der Schersteifigkeit konnte den Zusammenhang zwischen Schersteifigkeit, Temperatur, Frequenz und Normalspannung abbilden. Mit den aus dieser Masterfunktion ermittelten Parametern konnte mit Hilfe eines Finite-Elemente-Programms der Einfluss des Schichtenverbundes über eine Nutzungsdauer von 30 Jahren ermittelt werden. Ein generell negativer Einfluss der viskositätsverändernden Zusätze auf den Schichtenverbund konnte durch die Untersuchungen sowohl der Schersteifigkeit als auch der Scherermüdung nicht nachgewiesen werden. Der komplette Schlussbericht ist auf der Homepage des DAI unter www.asphalt.de/asphaltinstitut/veroeffentlichungen-des-dai zum Download verfügbar. • AUTOREN Prof. Dr.-Ing. habil. Frohmut Wellner, Dipl.- Geol.-Ing.(FH) Bettina Gerowski, TU Dresden Prof. Dr.-Ing. habil. Markus Oeser, Dr.-Ing. Christian Schulze, Sabine Faßbender, M. Sc., Julian Kohlmeier, M. Sc., RWTH Aachen University DIGITALE LÖSUNGEN für den Straßenbau • Digitaler Bestellund Lieferprozess • Bauprozesssteuerung • Ressourcendisposition • Einbauüberwachung und Dokumentation BESUCHE UNS Halle A2 Stand 441A q-point.com 4|2022
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