24. Regenstaufer Asphalt- und Strassenbau-Seminar Dynamische Baustoffprüfung im Rahmen erweiterter Eignungsprüfungen

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1 Dynamische Baustoffprüfung im Rahmen erweiterter Eignungsprüfungen Dipl.-Ing. Thomas Lobach Hansa-Bau-Labor Institut für Bau- und Umweltprüfungen GmbH Billstraße Hamburg

2 Inhalt / Allgemeines Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt ZTV / TL Asphalt 07 Herstellung von Asphalt-Probeplatten Verformungsverhalten Verdichtungsverhalten Hafteigenschaften Kälteverhalten Ermüdungsverhalten

3 Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt 5. Zusätzliche Prüfungen (erweiterte Eignungsprüfung) Sind möglich, bei: Asphalten für besondere Maßnahmen (z.b. offenporige Asphalte, Brückenbeläge) Für Bauklassen SV und I besonderer Beanspruchung

4 Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt 5. Zusätzliche Prüfungen (erweiterte Eignungsprüfung) Vorgeschlagene (mögliche) Prüfverfahren: Verformungswiderstand - Spurbildungsversuche - Druck-Schwell-Versuche - Dynamischer Stempeleindringversuch an Gussasphalt Verdichtbarkeit - Verdichtungswiderstand (C-Wert oder D-Wert) Tieftemperaturverhalten - Einaxiale Zugversuche - Abkühlversuche

5 ZTV / TL Asphalt-StB 07 Erstprüfung Dynamische Prüfverfahren nach TL Asphalt-StB 07 Spurbildungsversuche (SMA alle AC BS/BN - alle) Dynamische Stempeleindringversuche (MA S - alle)

6 ZTV / TL Asphalt-StB 07 Eignungsnachweis Werden vom Auftraggeber Anforderungen gestellt oder Prüfungen gefordert, die über die TL Asphalt hinaus gehen, so sind Art und Umfang in der Leistungsbeschreibung anzugeben. ( erweiterter Eignungsnachweis)

7 Asphalt-Probekörper Verdichtungsgeräte: Walzsektor-Verdichtungsgerät (Marshall-Verdichter)

8 Asphalt-Probeplatten mit dem WSV-Gerät Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB 07 Teil 33: Herstellung von Asphalt-Probeplatten im Laboratorium mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät (WSV) (TP A-33) Ausgabe 2007 Bearbeitungsstand

9 Asphalt-Probeplatten mit dem WSV-Gerät Fa. Freundl

10 Asphalt-Probeplatten mit dem WSV-Gerät Fa. Freundl

11 Asphalt-Probeplatten mit dem WSV-Gerät Asphaltmischgut Laboratoriumsprobe, hergestellt gemäß TP A-35 Verdichtung Vorverdichtung Hauptverdichtung Prüfung der Asphalt-Probeplatten Verdichtungstemperaturen Überprüfung des Verdichtungserfolges: - Plattendicke (Spannweite max. 7,5 % des Mittelwertes) - Verdichtungsgrad: %

12 Asphalt-Probeplatten mit dem WSV-Gerät Festgelegte Verdichtungstemperaturen gem. DIN EN: Bitumensorte nach der DIN EN Verdichtungstemperatur [ C] 20/ ± 5 30/ ± 5 50/ ± 5 70/ ± 5 160/ ± 5 Polymermodifizierte Bitumen nach der DIN EN Verdichtungstemperatur [ C] 10/40-65 (PmB 25) 175 ± 5 25/55-55 (PmB 45) 150 ± 5 45/80-50 (PmB 65) 150 ± 5 120/ (PmB 130) 135 ± 5 40/ (PmB H) 150 ± 5 In TP festgelegt: Straßenbaubitumen: 135 C PmB 45: 145 C

13 Verformungsverhalten Verformungsverhalten Spurbildungsversuche dynamische Stempeleindringversuche Druck-Schwellversuche (Triaxial-Versuche)

14 Spurbildungsversuche Forschungsgesellschaft für für Straßen- und und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für für Asphalt im im Straßenbau TP Asphalt-StB TP A-StB 07 Teil: Spurbildungsversuch Teil 22: Spurbildungsversuch Bestimmung der (TP Spurrinnentiefe A-22) Ausgabe im Wasserbad 2007 Ausgabe 1997 Bearbeitungsstand

15 Spurbildungsversuche TU BS TU BS

16 Spurbildungsversuche Merkmal ALT TP A-StB, Teil: Spurbildungsversuch NEU TP A-22 Spurbildungsversuch Prüftemperatur 50±1 C 60±1 C Temperiermedium Wasser Luft Prüfräder Stahlform Probe V2A - Stahl Vollgummibereiftes Edelstahlrad Durchmesser [mm] 203,5 ± ± 2 Breite [mm] 47,0 ± 0,02 50 ± 5 (360 x 300 mm) 320 x 260 mm (360 x 260 mm) 320 x 260 mm Messwerterfassung Genauigkeit: 0,01 mm Genauigkeit: 0,2 mm Bezeichnung Überrollungen Zyklen (1 Zyklus = 2 Überrollungen)

17 Spurbildungsversuche Versuchsergebnisse: Absolute Spurrinnentiefe RD Luft (0,1 mm) Proportionale Spurrinnentiefe PRD Luft (auf Plattendicke bezogen, 0,1 %) Spurbildungsrate WTS Luft (auf 1000 Zyklen bezogen zwischen 5000 und 10000) Bewertungshintergrund (alte Prüfbedingungen!): z.b. ZTV/St-Hmb. 05 (Länderregelung Hamburg) Für ABi 0/22 (S) und 0/16 (S) Eignungsprüfung: max. 3,5 mm Spurrinnentiefe Kontrollprüfung: max. 4,5 mm Spurrinnentiefe

18 Dynamische Stempeleindringversuche Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB TP A-StB 07 Teil: Teil 25A: Dynamischer Dynamischer Eindringversuch an mit Gussasphalt ebenem (TP A-25A) Stempel Ausgabe an Gussasphalt 2007 Ausgabe 2003 Bearbeitungsstand

19 Dynamische Stempeleindringversuche TU BS TU BS

20 Dynamische Stempeleindringversuche Spannung 1 s 1 s Belastungsschema nach DIN EN Zeit Belastungsschema nach alter TP

21 Dynamische Stempeleindringversuche Merkmal ALT TP A-StB, Teil: Dynamischer Eindringversuch NEU TP A-25: Dynamischer Eindringversuch Spannungsform Haversine Blockimpuls Unterspannung Oberspannung 0,08 0,35 0,01 0,10 Abbruchkriterium Ergebnisdarstellung Derzeit in der Diskussion Ziel: Gleiche Prüfbedingungen wie in der alten TP A-StB ET dyn [mm] ε n [%] ggf: Kriechrate f c Kriechzahl E n

22 Dynamische Stempeleindringversuche 5,0 dynamische Eindringtiefe ET dyn [mm] 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Anzahl der Belastungszyklen n [-]

23 Dynamische Stempeleindringversuche Bewertungshintergrund: Kategorie 1: ETdyn 1,5 mm langsam rollenden bis stehenden Schwerverkehr Gebiete mit extrem warmen Sommern, direkter Sonneneinstrahlung und milden Wintern Kategorie 2: ETdyn 2,5 mm rollenden Schwerverkehr Gebiete mit extrem warmen Sommern, direkter Sonneneinstrahlung und milden Wintern Kategorie 3: ETdyn 5,5 mm rollenden Verkehr mit geringem Schwerverkehrsanteil Gebiete mit kurzer Sonneneinstrahlung, mäßigen Temperaturen und kalten Wintern in Höhenlagen Aus: Straßenbau und Verkehrstechnik, Heft 798

24 Druck-Schwellversuch Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB TP A-StB 07 Teil: Teil Einaxialer 25 B: Druckschwellversuch an - Bestimmung Walzasphalt des Verformungsverhaltens von Asphalten bei Wärme Erarbeitung Ausgabe der TP 1999 folgt später

25 Druck-Schwellversuch TU BS

26 Druck-Schwellversuch TU BS

27 Druck-Schwellversuch Angabe der Prüfergebnisse: Lage des Wendepunktes (n w ) Dehnung im Wendepunkt (ε w ) Dehnungsrate im Wendepunkt (ε w *) TU BS

28 Verdichtbarkeit von Walzasphalten Verdichtbarkeit von Walzasphalten T-Wert mittels Marshall-Verfahren (C-Wert mittels Marshall-Verfahren)

29 Verdichtbarkeit von Walzasphalten Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Merkblatt Prüfvorschriften für das Verdichten für Asphalt von im Asphalt Straßenbau TP Asphalt-StB 07 Teil 2: Theorie der Verdichtung Teil 10: Verdichtbarkeit von Walzasphalt mit Hilfe des Marshall- Verfahrens Ausgabe (TP 1991 A-10) Ausgabe 2007 Bearbeitungsstand

30 Verdichtbarkeit von Walzasphalten Praktisch identisch mit: Arbeitsanleitung für die Bestimmung der Verdichtbarkeit von Walzasphalt mit Hilfe des Marshall-Verfahrens 2 Verfahren: - Messprinzip Dichteänderung (C-Wert) - Messprinzip Dickeänderung (T-Wert) Derzeitiger Unterschied: Viskositätsabhängige Verdichtungstemperaturen Wird voraussichtlich geändert

31 Verdichtbarkeit von Walzasphalten Dickeänderung (T-Wert) Messwertaufnahme während der Verdichtung Berechnung erfolgt mittels Rechner 1 t( E 2 ) = a b e E T 2 Große Werte für T: Material schwerer verdichtbar Kleine Werte für T: Material leichter verdichtbar

32 Haftverhalten Haftverhalten Wasserempfindlichkeit von Probekörpern (Verhältnis der indirekten Zugfestigkeiten) Haftverhalten zwischen Gestein und Bitumen (Rolling-Bottle-Test)

33 Wasserempfindlichkeit Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB 07 Teil 12: Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern (TP A-12) Ausgabe 2007 Bearbeitungsstand

34 Wasserempfindlichkeit Zugbruch Verformungsbruch Kombinationsbruch

35 Wasserempfindlichkeit Prüfung von 6 Proben mittels Spaltzugversuch gemäß TP A-23-3 Proben konditioniert (mit Unterdruck) - 3 Proben trocken gelagert Prüftemperatur: 15 ± 2 C Prüfergebnis: Verhältnis der indirekten Zugfestigkeiten ITSR ITSR = ITS ITS nass trocken 100 ITS: Mittelwert der 3 Einzelwerte der jeweiligen Gruppe

36 Rolling-Bottle-Test Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB 07 Teil 11: Haftverhalten zwischen Gestein und Bitumen (TP A-11) Ausgabe 2007 Bearbeitungsstand

37 Rolling-Bottle-Test TU BS Pyknometer-Rollgerät: 40 UpM bei Straßenbaubitumen (Pen > 100) 60 UpM bei Straßenbaubitumen (Pen 100) bei modifizierten Bitumen bei Einsatz von Haftverbesserern 3 Proben je Variante TU BS

38 Rolling-Bottle-Test TU BS Ablesung: Visuelle Schätzung durch 2 Laboranten (unbeeinflusst voreinander!) Nach 6 / 24 und optional 48 und 72 h TU BS Schätzen der Bitumenumhüllung auf 5 % genau

39 Rolling-Bottle-Test Ablesung: Visuelle Schätzung durch 2 Laboranten (unbeeinflusst voreinander!) Prüfergebnis: Mittelwert aus den je 2 Ablesungen bei den 3 Proben Schätzen der Bitumenumhüllung auf 5 % genau

40 Tieftemperaturverhalten Tieftemperaturverhalten Abkühlversuche einaxiale Zugversuche (Relaxationsversuche) (Retardationsversuche)

41 Tieftemperaturverhalten Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschrift Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen Nicht in der Euronorm Ausgabe 1994 berücksichtigt Keine neue TP A

42 Tieftemperaturverhalten TU BS TU BS

43 Tieftemperaturverhalten Zugfestigkeit β Z (T) [N/mm 2 ] Zugfestigkeit β z (T) Kerntemperatur T [ C]

44 Tieftemperaturverhalten Kryogene Zugspannung σ Z (T) [N/mm 2 ] Bruchspannung σ br kryogene Zugspannung σ z (T) gemessene Bruchtemperatur T br Kerntemperatur T [ C]

45 Tieftemperaturverhalten Kryogene Zugspannung σ Z (T) [N/mm 2 ] Zugfestigkeit β Z (T) [N/mm 2 ] 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 Günstigeres Kälteverhalten: SMA 0/11 S (50/70) Hbit = 2,6 Vol.-% k = 100,1 % tiefere Bruchtemperatur (Abkühlversuch) tiefere Temperatur am Max. der ZfR 0, Kerntemperatur T [ C]

46 Ermüdungsverhalten Ermüdungsverhalten 4-Punkt Biegeversuche einaxiale Zug-Schwellversuche (dynamische Spaltzugversuche)

47 4-Punkt-Biegeversuch Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB 07 Teil 24: Beständigkeit gegen Ermüdung (TP A-24) Erarbeitung folgt später

48 4-Punkt-Biegeversuch Belastung: - sinusförmig - Frequenzen: 1 bis 60 Hz Prüfumfang: 18 Probekörper Prüfergebnisse: - Dehnungs- bzw. Spannungslinie - Anfangsdehnung bei einer Ermüdungsdauer von Lastwechseln TU BS

49 Zug-Schwellversuch Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen ARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau TP A-StB Teil: Einaxialer Zug-Schwellversuch Entwurfsfassung

50 Zug-Schwellversuch Prüfergebnis: Anzahl der Lastwechsel am Bruch der Probe (simulierte Ermüdungsrissbildung) TU BS