Die Asphaltverdichtung 3

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1 Die sphaltverdichtung Gedanken zum Verdichtungsgrad Bei genauer Betrachtung des Marshall-Verfahrens kommt die Frage auf, ob sich die geforderte Verdichtung durch den Verdichtungsgrad zur Bezugsdichte des Marshall- Probekörpers qualitativ darstellen läßt. Es gibt eine Reihe von Wissenschaftlern, die dem Verdichtungsgrad als allgemeine Bewertung der ausgeführten Verdichtung skeptisch gegenüber stehen. Der Definition des Verdichtungsgrades liegt der Gedanke zugrunde, daß die Raumdichte der aus zugehörigem Mischgut normgerecht hergestellten Marshall-Probekörpers als Maßstab für die erreichbare Raumdichte gelten kann und daher mit dem Verdichtungsgrad das Verhältnis von erreichter zu erreichbarer Raumdichte ermittelt wird. Obwohl dieses Konzept in der Praxis des Straßenbaus in Deutschland und auch des uslandes seit Jahrzehnten praktiziert wird, muß es zulässig sein, es kritisch zu hinterfragen [8]. Bei diesen Überlegungen stellt man die durch die normgerechte Verdichtung erzielte Raumdichte als maximal erreichbare Dichte in Frage. Daraus folgt, daß die Marshalldichte nicht die Raumdichte des sphaltmischgutes angibt, welche 100%ig verdichtet ist. Somit ergäben sich auch für die auf der Baustelle erzielte Verdichtungsarbeit, welche sich auf die Bezugsdichte nach Marshall als k=100% beziehen, ein anderer Verdichtungsgrad, der voraussichtlich dann eine schlechtere Verdichtung aufweist, da sich die Bezugsdichte erhöht. us Versuchen wird deutlich, daß sich eine maximal erreichbare Raumdichte ρ ermitteln läßt. Die Marshalldichte nimmt bei der Verdichtungsarbeit keinen Einfluß auf das einzubauende Mischgutmaterial. Es geht hervor, daß die zur Erzielung eines durch den Verdichtungsgrad k=1,00 gekennzeichneten Verdichtungszustandes unabhängig von der Verdichtbarkeit also unabhängig vom Verdichtungswiderstand und unabhängig vom relativen Verdichtungspotential - ist. lle Mischgutvarianten erfordern denselben Verdichtungsaufwand. Dies bedeutet, daß alle Mischgutvarianten ohne Einschränkung auf Mischgutzusammensetzung oder Verwendungszweck, egal ob verdichtungswillig oder verdichtungsunwillig mit der gleichen Verdichtungsarbeit bei der Eignungsprüfung nach Marshall verdichtet werden. Bei der Definition des Verdichtungsgrades wird also

2 Die sphaltverdichtung 3 keine Rücksicht auf die unterschiedlichen Verdichtbarkeiten von verschiedenen Mischgutvarianten genommen, sondern vielmehr sogar festgeschrieben, daß die Bezugsraumdichten generell an Marshall-Probekörpern ermittelt werden müssen, die mit 50 Schlägen des Verdichtungshammers je Probenkörperseite verdichtet worden sind. Lediglich die Unter- und Obergrenze der nach ZTV sphalt StB 01 vorgeschriebenen Hohlraumgehalte müssen eingehalten werden. Diese Festlegung führt zwangsläufig dazu, daß schwer verdichtbare Mischgutvarianten zum Erreichen des Verdichtungsgrades unterhalb von k=100% weit größere Verdichtungsarbeit benötigen, als leicht verdichtbare Mischgutvarianten zur Überschreitung des Verdichtungsgrades von k=100%. bb. 2: Darstellung der Zusammenhänge der nzahl der Verdichtungsschläge nach Marshall zu dem erzielten Verdichtungsgrad von unterschiedlich schwer verdichtbarem Mischgut. [8] Der Grund für diesen unbefriedigenden Zustand ist laut ussage von Renken darin zu suchen, daß bei der Einführung des Marshall-Verfahrens in Deutschland darauf verzichtet wurde, bei der Herstellung der Probekörper zur Ermittlung der Bezugsraumdichten mit unterschiedlichen Verdichtungsarbeiten für verschieden schwer verdichtbare Mischgutvarianten zu arbeiten. Dieses Vorgehen steht im

3 Die sphaltverdichtung 3 Widerspruch zu US-amerikanischen Praktiken. Dem Handbuch des sphaltinstituts für die Rezeptierung von sphaltbetonen und anderen Heißmischgutsorten kann entnommen werden [9], daß die nzahl der Verdichtungsschläge zur Herstellung von Probekörpern für die Bestimmung der Bezugsraumdichten in bhängigkeit von der Verkehrskategorie variiert wird. Bei Straßen mit schwerem Verkehr wird die Bezugsraumdichte an Probekörpern ermittelt, welche mit 75 Schlägen je Probekörperseite verdichtet werden. Bei Straßen mit mittlerem Verkehr werden nur noch 50 und bei Straßen mit leichtem Verkehr nur noch 35 Schläge des Marshall- Verdichtungshammers je Probekörperseite zur Feststellung der Bezugsraumdichten angewendet. Dieses Vorgehen zeigt, daß der Versuch unternommen wird, die Bezugsraumdichten der Verdichtbarkeit der sphaltgemische anzupassen, da für Straßen mit leichtem Verkehr im allgemeinen flexiblere und damit leichter verdichtbare und weniger standfeste Mischgutvarianten zur nwendung gelangen, während bei Straßen mit schwerem Verkehr bevorzugt standfestere und damit schwerer verdichtbare sphalte zum Einsatz kommen. Eine Möglichkeit, die ohne heraufsetzen der in der ZTV sphalt StB 01 geforderten Verdichtungsgrade auch eine bessere Verdichtung des sphaltmischgutes erreichen würde. Ein anderer Gedanke zur Eindämmung dieser Bewertungsproblematik kam bereits im Jahr 1982 auf. Danach wird zur Beurteilung des Verdichtungszustandes einer sphaltstraße der Verdichtungsindex K verwendet, der in nalogie zur Bestimmung des Verdichtungsgrades k als Bezugsraumdichte die rechnerisch maximal erreichbare Raumdichte ρ verwendet. ρ Somit gilt: Verdichtungsindex K= 100 [%] ρ us Untersuchungen zum Verdichtungsindex K geht hervor, daß durch die Verwendung der Bezugsdichte durch die rechnerisch maximale Raumdichte bei normal und schwer verdichtbaren Mischgutvarianten ein deutlich standfesteres Verhalten bei der Stempeleindringtiefe erreicht wird, als dem Gegenüber die Beurteilung der Bezugsdichte durch den Verdichtungsgrad k. Durch die Verwendung des Verdichtungsindexes K ist die Möglichkeit gegeben, die Bereiche einer größeren

4 Die sphaltverdichtung 3 Raumdichte und dem damit verbundenen positiven Einfluß auf die Eigenschaften der sphalte nutzbar zu machen. Es ist zweifelsohne richtig, daß zum Erreichen dieser höheren Raumdichte eine größere Verdichtungsarbeit geleistet werden muß. Die Praxis zeigt aber auch, daß dies bei einigen sphalten problemlos möglich und zum andern auch üblich ist, was z.b. durch ermittelte Verdichtungsgrade von deutlich über 100% bei sphaltbinderschichten bestätigt wird [45]. Im Schlussbericht des Forschungsvorhabens der IF Nutzungsdauer von sphaltbefestigungen in bhängigkeit vom Verdichtungsgrad geht hervor, daß in besonderen Fällen bei anforderungskonformem Verdichtungsgrad k es in der Straße hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften zu einer schädlichen Über- aber auch Unterverdichtung kommen kann.weiter geht hervor, daß dieses Phänomen nicht auftritt, wenn der Verdichtungsindex K als nforderungskriterium verwendet wird[45]. 2.4 Die Erforderliche Verdichtungsarbeit Die Gebrauchseigenschaften von Walzasphalt werden durch die Zusammensetzung des Mischgutes und durch den Dichtezustand der fertigen Schicht maßgeblich beeinflusst. us diesem Grunde muß der sphalt mit geeigneten Verdichtungsgeräten auf den optimalen Dichtezustand verdichtet werden. Die Eigenschaft Verdichtbarkeit eines sphaltgemisches kann über das Prüfmerkmal erforderliche Verdichtungsarbeit S(k) beschrieben werden. S(k) ist diejenige Verdichtungsarbeit, die geleistet werden muß, um ein Mischgut auf ein Dichteniveau zu verdichten, welches durch den Verdichtungsgrad k beschrieben wird. Um die zu investierende Verdichtungsarbeit welche gerade aus wirtschaftlicher Sicht des Bauunternehmers interessant ist ermitteln zu können, sind folgende Gedanken anzustellen. Zunächst ist die mischgutspezifische Verdichtungskurve durch den in der Eignungsprüfung nach Marshall hergestellten sphalts experimentell zu ermitteln.

5 Die sphaltverdichtung 3 us dieser Kurve ist dann diejenige Verdichtungsarbeit abzulesen, die erforderlich ist, um ein gewünschtes Dichteniveau zu erreichen. Dies setzt voraus, daß die Verdichtungskurve auch mathematisch unter folgenden Überlegungen formuliert wird. sphaltmischgut wird in einen Formzylinder eingefüllt, mit dem Marshall- Verdichtungsgerät verdichtet und würde nach jedem einzelnen Verdichtungsschlag die Raumdichte gemessen, so ergäbe sich eine Verdichtungskurve, deren Zunahme der Raumdichte in bhängigkeit von der aufgewendeten Verdichtungsarbeit durch eine Exponentialfunktion angenähert werden kann [10]. S ( S ) D ρ = ρ ( ρ ρ ) e 0 [g/cm³] Darin bedeuten: ρ ρ 0 (S) ρ S D = rechnerisch, maximal erreichbare Raumdichte = rechnerische nfangsraumdichte zu Beginn des Verdichtungsprozesses = Raumdichte in bhängigkeit von der aufgewendeten Verdichtungsarbeit = Verdichtungsarbeit, nzahl der Verdichtungsschläge nach Marshall = Verdichtungswiderstand, bzw. Verdichtbarkeit des sphaltes