Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen

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1 Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen Markus Spiegl Heinrich Steidl Max Weixlbaum Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

2 Alterung von Bitumen: Projektbeteiligte TPA Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation GmbH Max Weixlbaum OMV Refining & Marketing Heinrich Steidl Markus Spiegl Technische Universität Wien Institut für Straßenbau und Straßenerhaltung Institut für Straßenbau und Straßenerhaltung Institute for Road Construction and Road Maintenance Christian Doppler Labor GVO Prüfung Asphalt Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

3 Alterung von Bitumen: Projektanlass BTD 16 (70/100) 8 cm - Einbau 9/2004: Hohlraumgehalt des Mischgutes Mischgutzusammensetzung Hohlraumgehalt der Schicht Verdichtungsgrad Asphalt gem. RVS o.k. - Erste Schäden nur Deckschicht - Längs-/Querrisse - Ausmagerungserscheinung - Begutachtung 8/2006 Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

4 SCHADENSURSACHE? Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

5 Schadensursache Mögliche Schadensursache: - ungenügende Frostsicherheit der ungebundenen Tragschichten - ungenügende Tragfähigkeit des Unterbaues oder der ungeb. TS - ungenügende Dicke des bituminösen Oberbaues Lastklassen - Steigende Schwerverkehrsbelastung - Verhärtung des Bindemittels - Rückgewonnenes Bindemittel BTD 16 (70/100) - PEN: 14 1/10mm (70-100) - ERK: 87,5 C (43-51 C) - Brechpunkt: +1 C (<-10 C) - Paraffin: 3,3 % (max. 2,2 %) -> extreme Alterung nach nur 2 Jahren! Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

6 Alterung von Bitumen: Projektumfang - Straßenbaubitumen 70/100 gem. ÖNORM EN ~80 % des gesamten österreichischen Straßenbaus AC trag, AC deck - Auswahl von 10 Marktmustern von unterschiedlichen Raffinerien, die in Österreich verwendet werden Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

7 Projektumfang: 10 Marktmuster AT CZ DE HU IT PL 70/100 1 Raffinerie 1 Raffinerie 3 Raffinerien 1 Raffinerie 3 Raffinerien 1 Raffinerie 2007 Google TM Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

8 Alterung von Bitumen: Projektumfang - Auswahl von 10 Marktmustern von unterschiedlichen Raffinerien, die in Österreich verwendet werden Straßenbaubitumen 70/100 - Untersuchung von 3 Alterungsstufen Original RTFOT RTFOT & PAV - Empirische Bindemitteluntersuchungen PEN, ERK, Fraaß - Gebrauchsverhaltensorientierte (GVO) Bindemitteluntersuchungen BBR - Chemische Bindemitteluntersuchungen GPC, Iatroscan - GVO Asphaltprüfungen für Tieftemperaturbereich (ÖNORM B 3590) Abkühl-, Zug- & Ermüdungsversuche Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

9 Alterungsstufen - Stufe A Original, ungealtert - Stufe B RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test) ÖNORM EN : 75 min bei 163 C Simulation der Alterung während Mischvorgang, Transport und Einbau - Stufe C PAV (Pressure Ageing Vessel) ÖNORM EN 14769: 100 C, 21 bar, 20 h Langzeitalterung, Simulation einer Liegedauer von ~ 10 Jahren Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

10 Penetration Erweichungspunkt RuK Penetration [x0,1mm] /100 Spezifikation EN12591 Original Bitumen RTFOT gealtert PAV gealtert Erweichungspunkt RuK [ C] Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

11 Verbleibende Penetration Verbleibende Penetration [%] % Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 RTFOT gealtert PAV gealtert Nr. 9 Nr. 10 Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

12 Anstieg Erweichungspunkt RuK RTFOT gealtert PAV gealtert Anstieg ERK [ C] C 0 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

13 Brechpunkt nach Fraaß 0 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 Brechpunkt Fraaß [ C] C Original RTFOT gealtert PAV gealtert Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

14 Bending Beam Rheometer (BBR) GVO Bindemittelprüfung Tieftemperaturverhalten Prüfverfahren: - 3-Punktbiegung - RTFOT & PAV gealtert (C-Stufe) - Kennwerte: - Steifigkeit (S 60 ) - Relaxationsvermögen (m 60 -Wert) Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

15 Steifigkeit und m-wert BBR 10 5 Temperatur (S=300 MPa) Temperatur (m-wert=0,3) Differenz Temperatur [ C] Nr. 2 Nr. 3 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 9 Nr Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

16 Asphaltuntersuchungen ÖNORM B 3590 Spannung [N/mm²] σ Br ungealtert gealtert Abkühlversuch Abkühlrate: 10 C/h Länge Konstant gehalten -> Bruchspannung σ Br T Br T krit Temperatur [ C] -> Bruchtemperatur T Br -> kritische Temperatur T krit Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

17 Bruchtemperatur Abkühlversuch ungealtert gealtert (Stufe - C) Differenz Nr. 1 Nr. 2 Nr. 4 Nr. 10 T Br [ C] Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

18 Kritische Temperatur Abkühlversuch ungealtert gealtert (Stufe - C) Differenz 5 T krit [ C] 0-5 Nr. 1 Nr. 2 Nr. 4 Nr Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

19 3-fach RTFOT Beständigkeit gegen Verhärtung Anstieg ERK [ C] Nr. 1 Nr. 2 Nr. 4 Nr RTFOT [min] Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

20 Zusammenfassung - Ausgangsbitumen entspricht der ÖNORM EN unterschiedliche Qualitäten im Gebrauchsverhalten - Vielzahl an Schadensursachen, eine davon kann die Bitumenqualität sein - Rissanfälligkeit hängt vom Alterungsverhalten bzw. Beständigkeit gegen Verhärtung ab - geeignete Versuche zur Beurteilung der Rissanfälligkeit - Schnelltest zur Beurteilung der Alterungsneigung Empfehlungen Umsetzung? Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

21 Empfehlungen für Mischguthersteller - hohe Mischtemperatur vermeiden - Mischgut abdecken beim Transport - Zeit zwischen Mischen und Verdichten kurz halten - bei der Bitumenauswahl auf die Qualität achten schlechte Qualität -> hohe Folgekosten - Wie kann eine gute Qualität erkannt werden? Eigenüberwachung des Bitumens RTFOT bei 185 C 3-fach RTFOT bei 163 C Brechpunkt Fraaß vor und nach RTFOT Zusätzliche Qualitätsanforderungen an Bitumenlieferant bzw. Bitumenhersteller Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

22 Empfehlung für Bitumenhersteller - Qualitätsoffensive höhere Produktanforderungen - Anforderung an Alterungsneigung verschärfen - Angabe von GVO Testergebnissen BBR (Stufe C) DSR (Stufe B, Stufe C) - zusätzliche Tests und Kennwerte 3-fach RTFOT bei 163 C Pen, ERK, Brechpunkt Fraaß (Stufe C) Brechpunkt Fraaß vor und nach RTFOT Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

23 Abgeleitete Ziele -> Thematisierung bei der Normenüberarbeitung -> Überarbeitung der RVS: zusätzliches Alterungskriterium einführen bestehenden Kriterien verschärfen (max. Veränderung durch RTFOT um eine Klasse) Einführung GVO Kennwerte für Bitumen -> Technisches Merkblatt für die Bestimmung der Bitumenqualität durch oder FSV -> Einführung eines Abnahmekriteriums für Bitumen Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

24 Danke für ihre Aufmerksamkeit! Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR

25 Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen Markus Spiegl Heinrich Steidl Max Weixlbaum Vortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR