Der Multiple Creep and Recovery Test (MSCRT)

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1 Der Multiple Creep and Recovery Test (MSCRT) Workshop Dynamisches Workshop Scherrheometer Dynamisches Dipl.-Ing. Scherrheometer Carsten Oelkers 1

2 Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 11/2012 Betreff: Änderungen und Ergänzungen des Technischen Regelwerkes Asphaltstraßen TL Bitumen-StB 07 TL Asphalt-StB 07 ZTV Asphalt-StB 07 2

3 MSCR-Prüfung nach ARS Nr. 11/2012 Bitumenlieferant (TL Bitumen-StB 07) Verformungsverhalten im DSR MSCR bei 60 C 1x/Quartal Straßenbaubitumen 30/45, 50/70, 70/100, 160/220 Polymermodifiziertes Bitumen (PmB) 25/55-55, 10/40-65, 40/ Werkseigene Produktionskontrolle (WPK) (TL Asphalt-StB 07) Verformungsverhalten im DSR MSCR bei 60 C 1x/1500 t; beginnend ab 50 t im laufenden Jahr (für o.g. PMBs) Kontrollprüfungen (ZTV Asphalt-StB 07) Verformungsverhalten im DSR MSCR bei 60 C am rückgewonnenen Bindemittel Straßenbaubitumen 30/45, 50/70, 70/100, 160/220 Polymermodifiziertes Bitumen 25/55-55, 10/40-65, 40/

4 Arbeitsanleitung zur Bestimmung des Verformungsverhaltens von Bitumen und bitumenhaltigen Bindemitteln im Dynamischen Scherrheometer (DSR) Durchführung der MSCR-Prüfung (Multiple Stress Creep and Recovery Test) 4

5 Prüfverfahren MSCR-Test 5

6 Prüfverfahren MSCR-Test Multiple Stress Creep Recovery nach AL MSCR-Prüfung (DSR) Ausgabe 2012 Belastung in drei Laststufen (100 Pa, 1600 Pa, 3200 Pa) 1 Sekunde Belastungsphase 9 Sekunden Entlastungsphase 10 Lastzyklen pro Laststufe Prüftemperatur 60 C Gesamtdauer 300 Sekunden Fixierte untere Platte Belastung durch konstante Kriechspannung Prüfgut 6

7 Dehnung [-] Prüfverfahren MSCR-Test Probe 1 Probe ,1 0,01 0,001 0, Zeit [s] 7

8 Berechnung Erfasst werden folgende Werte: ε 0 = aufgebrachte Verformung zu Beginn der Kriechphase ε c = Absolutwert der Verformung am Ende der Kriechphase (nach 1sec) ε r = Absolutwert der Verformung am Ende der Erholungsphase (nach10sec) Resultierende Werte: ε 1 = Verformung am Ende der Kriechphase jeden Zykluses ε 1 = ε c ε 0 ε 10 = Verformung am Ende der Erholungsphase jeden Zykluses ε 10 = ε r ε 0 ε c ε 1 ε 10 ε 0 ε r Bild 2: Belastungs-Erholungsverhalten (AL MSCR-Prüfung (DSR)) 8

9 Berechnung Anzugebende Kenngößen: R N = prozentuale Erholung Wird für jeden der zehn Zyklen jeder Kriechspannung berechnet R Kriechspannung in kpa = durchschnittliche prozentuale Erholung Prozentuale Erholung für einen Zyklus (10sec) R= R N /10 Wird für jede Kriechspannung berechnet Bild 2: 1: Belastungs-Erholungs- Beispielhafte Spannungs- Erholungs-Kurve Verhalten (AL MSCR-Prüfung nach 10 aufeinanderfolgenden Zyklen (AL (DSR) MSCR-Prüfung (DSR)) 9

10 Anzugebende Kenngößen: R diff = prozentualer Unterschied der Erholung zwischen zwei Kriechspannungen Berechnung z.b.: 10

11 Anzugebende Kenngößen: J nr = nicht rückverformbarer Anteil Berechnung Wird für jeden der zehn Zyklen jeder Kriechspannung berechnet J nr Kriechspannung in kpa = durchschnittlicher nicht rückverformbarer Anteil Nicht rückverformbarer Anteil; Angegeben mit ε 10 / Kriechspannung J nr = J nr,n /10 Wird für jede Kriechspannung berechnet Bild Bild 2: 1: Belastungs- Beispielhafte Spannungs- Erholungsverhalten Erholungs-Kurve nach (AL MSCR- 10 aufeinanderfolgenden Zyklen (AL Prüfung (DSR) MSCR-Prüfung (DSR)) 11

12 Warum MSCR-Versuch? Ziel: Erhöhung der Bitumenqualität hinsichtlich Verformungsverhalten Über Einhaltung der vertragsrelevanten Kennwerte nach TL Bitumen hinaus! Fragestellung: unterschiedliches rheologisches Stoffverhalten verschiedener Bindemittel gleicher Sorte? Auswirkungen auf das Verformungsverhalten der Asphalte bei Wärme? 12

13 Im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung Forschungsprojekt FE /2008/BGB Einfluss von Qualitätsunterschieden polymermodifizierter bitumenhaltiger Bindemittel gleicher Sorte auf das mechanische Verhalten von Asphalten Teil 1: Verformungsverhalten bei Wärme Forschungsstelle: Hansa-Nord-Labor GmbH Ingenieur- und Prüfgesellschaft, Pinneberg 13

14 Hersteller Akkumulierte Dehnung (Mittelwerte) in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Temperatur von 50 C und einer Spannung in der Belastungsphase von 3200 Pa für Bitumen der Sorte 25/55-55 A 14

15 Vergleich mittels mathematisch-statistischer Auswerteverfahren rheologische Bitumeneigenschaften 25/55-55A MSCR: Erholung bei 100 Pa (Lieferzustand):. MSCR: Erholung bei 100 Pa (nach Alterung): Ranking der homogenen Gruppen 1.Gruppe/ 2.Gruppe/ 3.Gruppe/ 4.Gruppe MSCR: Erholung bei Pa (Lieferzustand):. MSCR: Erholung bei Pa (nach Alterung): MSCR: Erholung bei Pa (Lieferzustand):. MSCR: Erholung bei Pa (nach Alterung): Hersteller 1 Hersteller 2 Hersteller 3 Hersteller 4 Ermittlung signifikanter Unterschiede im rheologischen Stoffverhalten verschiedener Bindemittel gleicher Sorte 15

16 Fazit aus FE /2008/BGB Korrelation zwischen im MSCR-Test bei 50 C festgestellten durchschnittlichen prozentualen Erholung bei Pa und Pa (Lieferzustand) und der Dehnungsrate aus dem einaxialen Druckschwellversuch am MPK und BK Bereits bei Asphaltverdichtungsgraden von 97 % - 98 % wirken sich die festgestellten signifikanten Unterschiede im rheologischen Materialverhalten von Bitumen auf die im einaxialen Druckschwellversuch ermittelte Dehnungsrate aus Bei Verdichtungsgraden von 99 % % wirken sich die signifikanten Unterschiede im rheologischen Materialverhalten von Bitumen gleicher Sorte nicht oder nur geringfügig auf das Verformungsverhalten von Asphalt aus 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hansa-Nord-Labor GmbH Ingenieur- und Prüfgesellschaft Tel: