Splittmastixbinder. Übersicht

Transkript

1 Übersicht 1. Derzeitige Situation und Motivation zum Splittmastixbinder. 2. Asphaltbetone im Vergleich zu Splittmastixasphalten bei tiefen Temperaturen (aus der Literatur) 3. Übertragen des Ausfallkörnungsprinzips auf den Binder 4. Versuchsreihen Splittmastixbinder im Vergleich mit Asphalt(beton)bindern 5. Praxiserfahrungen mit übermodifizierten konventionellen Konzepten 6. Handling des Splittmastixbinders in der Praxis 7. Splittmastixbinder-Versuchsstrecken => mittlerweile Regel bauweise in Bayern! 8. Zusammenfassung 1

2 Situation und Motivation zum Splittmastixbinder Konventionelle Asphaltbinderkonzepte sind häufig zu hohlraumreich konzipiert. Standfestigkeit wird über Mindestbindemittelgehalte und große Hohlraumgehalte erschwindelt ( trockene Konzepte ) Nach der ersten Deckschichterneuerung nach Jahren: häufig Defizite in der Ermüdungsbeständigkeit und Wasserempfindlichkeit => Nachtragsfalle für AG). Besonders dichte konventionelle Asphaltbinderkonzepte sind dagegen häufig spurrinnenanfällig. Im Bereich von höchstbeanspruchten Einsatzbereichen wird diesem Manko mit extrem hochviskosen Bindemitteln begegnet. Daraus resultieren häufig extrem verdichtungsunwillige Mischgüter- es sei denn... 2

3 Situation und Motivation zum Splittmastixbinder, Forts....es sei denn, dem hochviskosem Asphaltbindermischgut werden viskositätsverändernde Zusätze zugefügt. Teilweise werden die Zusatzmodifikationen dann allerdings über das praxisgerechte Maß hinaus ausgereizt. Die Erweichungspunkte werden bei Sonderbeanspruchungen z. T. in Richtung 100 Grad Celsius getrieben- ein K(r)ampf der Erweichungspunkte entbrennt (häufig auftraggeberseitig ausgerufen). Die Mischgüter reagieren dadurch erheblich empfindlicher auf ungünstige äußere Einflüsse (die aber in der Praxis leider vorkommen). Das Ermüdungsverhalten wird negativ beeinflusst. Kontrollprüfungen gestalten sich bei diesen Konzepten extrem schwierig (Prüfverfahren liefern häufig missverständliche bzw. falsche Ergebnisse) Ärger im Bauvertrag!!! 3

4 Motivation zum Splittmastixbinder, Forts. Ziel der Entwicklung, die schon in den 80er Jahren bei KEMNA begann, sollte ein... extrem standfestes, extrem ermüdungsresistentes, extrem dicht gelagertes, sehr leicht einbaubares, auch bei kritischen Witterungsbedingungen beherrschbares, robustes, vertraglich und technisch für alle Baubeteiligten zufriedenstellendes Asphaltbindermischgut sein. 4

5 Thermisch induzierte Spannung bei zügiger Abkühlung von 8 K/h Asphaltbeton SMA 0/11S,B65 => SMA verhält sich elastischer als AB! Quelle: LEMPE / Maleki, 1985 Quelle: Heft 665,

6 Optimierung der Asphaltbefestigung - Asphaltbinderschicht Idee: Extrapolation des Splittmastixprinzips auf den Asphaltbinder, der dann als Splittmastixbinder bezeichnet werden kann! Mehr Bindemittel Hochwertige Faserstoffe Mehr Füller (hochwertiges KSM) Wie hoch sollte z.b. der Rigden liegen? Hochviskoses polymermodifiziertes Bindemittel Spezielle Sieblinie: mehr 2/5, weniger 8/11, mehr 11/16 Schichtdicke: 6 8 cm Splittmastixbinder Nein, er neigt nicht zu Entmischungen! 6

7 Rezeptur Splittmastixbinder 7

8 Kornzusammensetzung des Gesteinskörnungsgemisches 5,2 M-% PmB 4,2 M-% PmB 35 % mehr Füller! Splittmastixbinder 0/16S Asphaltbetonbinder 0/16S 8

9 Einaxiale Druckschwellversuche (Bestimmung des Verformungsverhalten von Walzasphalten bei Wärme) ABIN 16S, 25/55-55A SMBIN 16S, 25/55-55A SMBIN 16S, 10/40-65A Wendepunkt! Keine Wendepunkte! Untersuchungen: Nordlabor, Pinneberg 9

10 Einaxiale Druckschwellversuche (Bestimmung des Verformungsverhalten von Walzasphalten bei Wärme) Untersuchungen: Nordlabor, Pinneberg 10

11 4-Punkt-Biegeversuche in Anlehnung an DIN EN (Beständigkeit gegen Ermüdung) ABIN 16S, 25/55-55A SMBIN 16S, 25/55-55A SMBIN 16S, 10/40-65A Lastwechsel: Oberlast hier recht hoch gewählt Untersuchungen: Nordlabor, Pinneberg 11

12 Ausschnitt der Variationen eines umfangreichen Prüfprogramms mit der AD Nordbayern, (Dr. Schellenberg): Ziele: Wie verhält sich der SMA-Binder im Vergleich zu konventionellen Asphaltbindermischgütern? Resultieren die Vorteile in der Performance des SM-Binders ausschließlich aufgrund des erhöhten Bindemittelgehaltes? Ist eine 20 M-%ige Fräsgutdosierung im SM-Binder ohne Qualitätseinbußen durchführbar? Hierbei muss die etwas anspruchsvollere Sieblinie gewahrt bleiben. 12

13 Ausschnitt der Variationen des umfangreichen Prüfprogramms in Bayern: Variante A, ABIN 16S, 4,4 M.-% 25/55-55A Hohlraumgehalt: 5,8 Vol.-%,...Standardbinder in D Variante B, ABIN 16S, 5,0 M.-% 10/40-65A Hohlraumgehalt: 4,4 Vol.-%,...modifizierter Asphaltbetonbinder Variante C, SMBIN 16S, 5,3 M.-% 10/40-65A, Cellulosefaser, Hohlraumgehalt: 4,2 Vol.-% 0,3 M-%... 2x Splittmastixbinder! Variante D, SMBIN 16S, 5,1 M.-% 10/40-65A RC, 20 M-% Fräsasphalt 0/8, 0,3 M-% Cellulosefaser, Hohlraumgehalt: 4,4 Vol.-% Untersuchungen: IFM Schellenberg 13

14 Versuch Asphaltbinder 0/16 S SM-Binder 0/16S konventionell PmB 25 dicht PmB 25 PmB RC 25 A B C D Bewertung Bindemittelgehalt in M.-% 4,4 5,0 5,3 4,1+1,0 Hohlraumgehalt MPK in Vol.-% 5,8 4,4 4,2 4,4 Spurbildungsversuch Binder nach Überrollungen in mm 1,12 0,84 0,93 0,88 B, C, D nach Überrollungen in mm 1,24 0,92 1,00 0,98 kaum Unterschiede Zunahme in mm 0,12 0,08 0,07 0,10 Spurbildungsversuch Decke nach Überrollungen in mm 1,30 1,25 1,07 1,24 C- bestes Ergebnis nach Überrollungen in mm 1,44 1,38 1,16 1,40 A, B, D kaum Unterschiede Zunahme in mm 0,14 0,13 0,09 0,16 Abkühlversuch max. therm. induzierte Spanng. in N/mm² 4,0 5,1 5,1 4,9 B, C, D kaum Unterschiede Bruchtemperatur in C -21,6-22,1-22,7-20,7 A, B, C, D kaum Unterschiede Einaxialer Zugversuch Zugfestigkeit vor Wasserlagerg. in N/mm² 3,53 3,70 4,28 4,56 C und D beste Ergebnisse Zugfestigkeit nach Wasserlag. in N/mm² 2,30 2,74 3,27 3,68 C und D beste Ergebnisse Zugfestigkeitsabfall nach Wasserlag. in % 34,8 25,9 23,6 19,3 C und D beste Ergebnisse Hervorragende Ergebnisse! Untersuchungen: IFM Schellenberg Wasserempfindlichkeit Masseverlust in % 24,9 17,8 17,0 17,1 C und D beste Ergebnisse beste Werte zweitbeste Werte Ermüdungsverhalten mäßige Werte max. ertragbare Belastungszyklen C und D beste Ergebnisse schlechteste Werte 14

15 Bsp. für zu trockene hochmodifizierte Asphaltmischgüter im Hamburger Hafen. 1) Erster kritischer Bereich: Nähte 2) Danach: Ausmagerungen 3) Abschließend: Totalversagen im Zeitraffer Diese Fläche lag zum Zeitpunkt der Aufnahmen keine 5 Monate Spezialbindemittel (EWP R+K 95 Grad Celsius) 15

16 ...nach knapp 5 Monaten... 16

17 ...nach knapp 5 Monaten... 17

18 ...Entmischungsneigung Asphalt(beton)binder... 18

19 SM-Binder in praktischen Versuchsreihen auf einer Teststrecke in Hannover... Kübel völlig leergefahren!... Eigentlich ein absolutes no go!!! (35 M-% Gröbstkorn!) 19

20 SM-Binder in praktischen Versuchsreihen auf einer Teststrecke in Hannover... und trotzdem keine nennenswerten Entmischungen!... einfach, robust und trotzdem hoch verformungsbeständig! 20

21 SM-Binder auf der BAB A73 bei Erlangen in 12 m Breite Zwei Walzvorgänge statisch und ein Walzvorgang mit Vibration führten zu 100% Verdichtungsgrad 21

22 Splittmastixbinder 0/16 S 1. Gesteinskörnungen Grobe Gesteinskörnungen, feine gebrochene Gesteinskörnungen, Kalksteinmehl 1 Kornanteil < 0,09 mm M.-% 6,5-10 Kornanteil > 2,0 mm M.-% Kornanteil > 5,0 mm M.-% Kornanteil > 8,0 mm M.-% Kornanteil > 11,2 mm M.-% Kornanteil > 16,0 mm M.-% < 5 2. Bindemittel Bindemittelsorte/-art PmB 25 A 2 Bindemittelgehalt M.-% > 5,0 3. Stabilisierende Zusätze Art Zellulosefaser, bitumenumhüllte Pellets Gehalt im Mischgut M.-% > 0,2 4. Mischgut Marshall-Probekörper Verdichtungstemperatur C Randbedingungen Splittmastixbinder im Bereich der AD Nordbayern 2008 Hohlraumgehalt Vol.-% 3,5 4,0 5. Schicht Vielen Dank für Ihre Einbaudicke cm 7,5 Aufmerksamkeit!!! Verdichtungsgrad % > 98 Hohlraum am Bohrkern Vol.-%

23 Schwere statische Walze Vibrationswalzen 23

24 148 Grad Celsius = optimal im Bereich Bohle Sehr homogenes Oberflächenbild 24

25 Sehr homogenes Oberflächenbild 25

26 Deutliche SMA-ähnliche Struktur Hoher Gröbstkornanteil deutlich sichtbar -im Bereich des Probefeldes im Vergleich zur Sollvorgabe der Eignungsprüfung überbetont- (Anteil 11/16 > 40 M-%), trotzdem sehr homogene Textur. 26

27 Der Unterschied war kaum spürbar. Optisch wirkte der Splittmastixbinder mit RC etwas homogener und noch geschlossener (trotz tlw. >> 40 M-% 16er Korn 27

28 Temperaturen sind hier augenscheinlich etwas zu hoch! => Rauch! Soll: Grad Celsius auf dem LKW 28

29 Temperaturen sind hier augenscheinlich erheblich zu hoch! => stärkerer Rauch! Soll: Grad Celsius auf dem LKW 29

30 Der BURNER!!! >200 ºC Hinter der Bohle Temperaturen sind hier viel zu hoch! => Gelber Rauch! Soll: Grad Celsius auf dem LKW 30

31 Der BURNER!!! Unvermeidbare Überfettungen durch zu hohe Asphaltmischguttemperaturen 31

32 Überfettung und Slow Setting! Asphaltmischgut ist schwer geschädigt! 32

33 Unvermeidbare Überfettungen durch zu hohe Asphaltmischguttemperaturen 33

34 Hohlgehalt [V.-%] Splittmastixbinder 16 S, 10/40 65 Hohlraumgehalt am Marshallprobekörper 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Untersuchungen: IFM Schellenberg Probe-Nr. am Mischgut maximaler Hohlraumgehalt Soll nach EP minimaler Hohlraumgehalt SM-Binder 34

35 Hohlgehalt [V.-%] Splittmastixbinder 16 S, 10/40 65 Hohlraumgehalt am Bohrkern 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Untersuchungen: IFM Schellenberg Probe-Nr. in der Schicht maximaler Hohlraumgehalt minimaler Hohlraumgehalt SM-Binder 35

36 Splittmastixbinder 16 S, 10/40 65 RC Hohlraumgehalt am Marshallprobekörper Hohlgehalt [V.-%] 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Untersuchungen: IFM Schellenberg Probe-Nr. am Mischgut maximaler Hohlraumgehalt Soll nach EP minimaler Hohlraumgehalt SM-Binder RC 36

37 Splittmastixbinder 16 S, 10/40 65 RC Hohlraumgehalt am Bohrkern Hohlgehalt [V.-%] 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Untersuchungen: IFM Schellenberg Probe-Nr. in der Schicht maximaler Hohlraumgehalt minimaler Hohlraumgehalt SM-Binder RC 37

38 Hohlgehalt [V.-%] Asphaltbinder 16 S, 25/55-55 Hohlraumgehalt am Marshallprobekörper 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Untersuchungen: IFM Schellenberg Wo wollen die hin?? => offenes Mischgut! Probe-Nr. maximaler Hohlraumgehalt am Mischgut Obere Sollgrenze Untere Sollgrenze minimaler Hohlraumgehalt ABIN normal 38

39 Hohlgehalt [V.-%] 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Untersuchungen: IFM Schellenberg Asphaltbinder 16 S, 25/55-55 Hohlraumgehalt am Bohrkern große Spreizung der Hohlraumgehalte! Probe-Nr. maximaler Hohlraumgehalt in der Schicht minimaler Hohlraumgehalt ABIN normal 39

40 Untersuchungen: IFM Schellenberg SM-Binder 40

41 Untersuchungen: IFM Schellenberg SM-Binder RC 41

42 ...Vgl. SM-Binder...Vgl. SM-Binder RC ABIN normal Untersuchungen: IFM Schellenberg 42

43 Splittmastixbinder 16 S, 10/40 65 RC Auszug der Kontrollprüfungen BAB A3, Herbst 2009 Δ 2,0 Vol.-% in der fertigen Schicht!! keine Spreizung!! 43

44 Zusammenfassung Einsatzgebiete von Splittmastixbinder ist besonders geeignet für dauerhafte Asphaltbefestigungen (PPP-Modelle) in Hinblick auf zukünftige Erhaltungszyklen, ist besonders geeignet unter offenporigen Asphaltdeckschichten oder SMA- LA, Stripping ist praktisch ausgeschlossen, auch wenn die SAMI mal versagt (was in der Praxis nicht selten vorkommt), ist besonders geeignet unter Gussasphaltdeckschichten (kann aufgrund der extrem dichten Konzeption die Gefahr der Blasenbildung extrem reduzieren), ist besonders geeignet für das Überbauen von Betonfahrbahnen, ist besonders geeignet in Dammbereichen und Moorgebieten (herausragende Elastizität), kann temporär problemlos befahren werden, ein Fräsguteinsatz ist bis 20 M-% ohne weiteres möglich- darüber gelten erhöhte Anforderungen an die Sieblinie des Ausbauasphaltes. 44

45 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! 45