Asphaltanwendungen in der Praxis, neue Regelwerke DAV-Informationsveranstaltung am in Bonn

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1 Asphaltanwendungen in der Praxis, neue Regelwerke DAV-Informationsveranstaltung am in Bonn Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 1

2 Anpassungen Regelwerk Asphaltbauweise Veranlassung Anforderungen an Bitumen nach TL Bitumen-StB Anforderungen an Asphaltmischgut nach TL Asphalt-StB Anforderungen an Asphaltbefestigungen nach ZTV Asphalt-StB Ausblick Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 2

3 Anpassungen Regelwerk Asphaltbauweise, Veranlassung ARS 11/2012 des BMVBS Verbesserung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen aufgrund von Erfahrungen nach Einführung des europäischen Regelwerkes Zusätzliche Prüfungen an Bindemitteln bei der Mischgutherstellung und aus der eingebauten Schicht durch Hersteller, AN und AG zur Erfahrungssammlung (Auswertung durch die BASt) Erstellung einer Leistungserklärung für Asphaltmischgut (bisher Konformitätserklärung) nach europäischer Bauproduktenverordnung (BauPVO) seit durch den Mischguthersteller Redaktionelle Änderungen infolge der Weiterschreibung von Regelwerken (z.b. RStO, TL Gestein-StB) Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 3

4 Europäisches Regelwerk im Straßenbau Ziel der Harmonisierung des europäischen Regelwerkes Abbau von Handelshemmnissen zwischen den EU-Staaten Gewährleistung der Sicherheit aller Bürger Förderung der Innovation Struktur der Umsetzung in Deutschland Technische Lieferbedingungen (TL) Anforderungen für die Herstellung von Produkten Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien (ZTV) Anforderungen für Bau von Verkehrsflächenbefestigungen Technische Prüfvorschriften (TP) Verfahren zur Überprüfung der Eigenschaften Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 4

5 Begriffe und Regelwerk im Straßenaufbau Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 5

7 Zusätzliche Bindemittelprüfungen bei der Bindemittel- und Asphaltmischgutherstellung sowie bei Kontrollprüfungen nach ARS 11/2012 der BMVBS Zur Sammlung von Erfahrungen zum Verformungsverhalten von Bitumen sind durch die verschiedenen Vertragspartner Prüfergebnisse zur statistischen Auswertung der BASt zur Verfügung zu stellen Zusätzlich Bindemitteluntersuchungen im Rahmen der Kontrollprüfungen durch den Auftraggeber für ausgewählte Projekte Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 7

8 Anforderungen an Bitumen Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 8

9 Prüfverfahren zum Nachweis von Eigenschaften des Bitumens Konventionelle Prüfverfahren Performance orientierte Prüfverfahren Erweichungspunkt Ring und Kugel Nadelpenetration Brechpunkt nach Fraaß Elastische Rückstellung (bei PmB) Verformungsverhalten im Dynamischen Scherrheometer (DSR) Verformungsverhalten im Dynamischen Scherrheometer (MSCR) bei 60 C Verhalten bei tiefen Temperaturen Biegebalkenrheometer (BBR) Kraftduktilität Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 9

10 Konventionelle Prüfverfahren zur Beschreibung und Klassifizierung von Bitumen Erweichungspunkt Ring und Kugel (DIN EN 1427) im hohen Gebrauchstemperaturbereich obere Grenze der Plastizitätsspanne Brechpunkt nach Fraaß (DIN EN 12593) im niedrigen Gebrauchstemperaturbereich untere Grenze der Plastizitätsspanne Nadelpenetration bei 25 C (DIN EN 1426) Sortenbeschreibung Elastische Rückstellung (DIN EN 13398) Nachweis Polymere Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 10

11 Performance orientierte Prüfverfahren zur Beschreibung der Leistungsfähigkeit von Bitumen (bei möglichst realistischer Beanspruchung) Verformungsverhalten im Dynamischen Scherrheometer (DSR) (TL Bitumen- StB 07, Pkt. 5.3) Bestimmung des komplexen Schubmoduls und Phasenwinkels Verformungsverhalten im Dynamischen Scherrheometer (MSCR) bei 60 C (AL MSCR- Prüfung (DSR), 12/2012) Bestimmung der prozentualen Erholung und des nicht rückformbaren Anteils Verhalten bei tiefen Temperaturen Biegebalkenrheometer (BBR) (DIN EN 14771, 08/2012) Bestimmung der Biegekriechsteifigkeit Kraftduktilität (DIN EN 13589) Bestimmung der Formänderungsarbeit Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 11

12 Angestrebte Eigenschaften von Bitumen im Gebrauchstemperaturbereich Bei höheren Temperaturen (z.b. über 100 C) ist Bitumen zunehmend viskos, erforderlich bei Asphaltherstellung, Transport, Einbau und Verdichtung Im oberen Gebrauchstemperaturbereich (z.b. 60 C) sollte Bitumen möglichst steif und elastisch sein Hohe Steifigkeit erhöht die Standfestigkeit des Asphaltes Elastische Eigenschaften ermöglichen die Rückbildung der durch Beanspruchungen entstandenen Verformungen und verhindern so eine bleibende Verformung Im unteren Gebrauchstemperaturbereich (z.b. 20 C) sollte Bitumen eine gute Relaxationsfähigkeit aufweisen Innere Spannungen durch noch ausreichende Viskosität schnell abbauen Verhinderung von Rissbildung und Sprödbruch Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 12

13 Verformungs- und Fließverhalten von Stoffen (Rheologie) Bei Einwirkung einer äußeren Kraft reagieren unterschiedliche Stoffe verschieden Ideal elastisch (Flummi) Visko- elastisch (Farbe, Honig, Bitumen) Ideal viskos (Wasser) Visko- elastische Stoffe verändern sich bei Temperaturerhöhung in Richtung ideal viskos und bei hoher Belastungsgeschwindigkeit in Richtung ideal elastisch Ideal viskos Visko-elastisch Ideal elastisch Wasser Bitumen Reaktion auf Temperaturerhöhung Flummi Reaktion auf Erhöhung der Belastungsgeschwindigkeit Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 13

14 Performance orientierte Prüfungen am Bitumen mittels dynamischen Scherrheometer im oberen Gebrauchstemperaturbereich Beschreibung des visko-elastischen Verhaltens von Bitumen bei unterschiedlichen Temperaturen (DSR) Beschreibung des Kriechverhaltens von Bitumen (rückformbarer und nicht rückformbarer Anteil) bei 60 C (MSCR) Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 14

15 Verformungsverhalten im dynamischen Scherrheometer (DSR), Phasenwinkel unterschiedlicher Bitumen Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 15

16 Verformungsverhalten im Dynamischen Scherrheometer (MSCR) bei 60 C 0,14 0,12 0,1 c Absolutwert der Verformung am Ende der Kriechphase jedes Zyklusses nach 1 s rückformbarer Anteil der Verformung Verformung [%] 0,08 0,06 0,04 0,02 nichtrückformbarer Anteil der Verformung r Absolutwert der Verformung am Ende der Erholungsphase jedes Zyklusses nach 10 s 0... Absolutwert der Verformung zu Beginn der Kriechphase jedes Zyklusses Zeit [s] Beanspruchung: 1 Zyklus bei einer Kriechbelastung Beanspruchung: 10 Zyklen bei den 3 Kriechbelastungen Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 16

17 Performance orientierte Prüfungen am Bitumen mittels Biegebalkenrheometer im unterer Gebrauchstemperaturbereich (bis 20 C) Beurteilung des Widerstandes von Bitumen gegen Versprödung und Rissbildung bei Kälte (BBR) Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 17

18 Verhalten bei tiefen Temperaturen, Biegebalkenrheometer (BBR), Biegekriechsteifigkeit und m-wert unterschiedlicher Bitumen Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 18

19 Änderungen der TL Bitumen-StB Handlungsbedarf: Zusätzliche Prüfungen an Bitumen durch die Vertragspartner durchführen Übergabe der Prüfergebnisse an die BASt zur Erfahrungssammlung Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 19

21 Änderungen der TL Asphalt-StB 07 gemäß ARS 11/2012 der BMVBS Raumdichtebestimmung von Asphalttragschichten (Hohlraumgehalt am MPK V max7,0 ) nach Verfahren B Tauchwägung ab durchführen Erhöhung des Mindestbindemittelgehaltes um 0,1 M.-% an ausgewählten Walzasphalten Prüfung des Haftverhaltens von Bindemitteln an Gesteinskörnungen von Walzasphalten mit besonderen Beanspruchungen und PA und Nachweis einer verbleibenden Umhüllung von mindestens 60 % an der Prüfkörnung 5/8 oder 8/11, Angabe der Ergebnisse im Erstprüfungsbericht (bei unzureichender Umhüllung sind Maßnahmen zu ergreifen) Senkung des max. Hohlraumgehaltes von AC11 D S von bisher V max4,5 auf V max3,5 Veränderte Festlegungen zur Prüfung von Baustoffen bei der Anlieferung im Rahmen der WPK am Mischwerk und zur Ermittlung der maximalen Zugabemege von Asphaltgranulat Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 21

22 Maximale Zugabemenge von Asphaltgranulat in Abhängigkeit von deren Gleichmäßigkeit Formel 1 für AC T, ACTD:! ///// 0,8! ///// 1,0! Formel 2 für AC D, AC B: Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach

23 Leistungserklärung (Beispiel) für Asphaltmischgut nach der Bauproduktenverordnung (BauPVO), Anhang III Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 23

24 Vergleich der Begrifflichkeiten Bauproduktenrichtlinie (alt) und Bauproduktenverordnung (neu) Quelle Bull-Wasser: Die neue Bauproduktenverordnung und ihre Auswirkungen, Straße und Autobahn, 05/2013 Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 24

25 Änderungen aus TL Gestein-StB, neue Definitionen für grobe und feine Gesteinskörnungen!! > 4 mm!! 4 mm Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 25

26 Änderungen der TL Asphalt-StB 07 gemäß neuer TL Gestein-StB Neue Definitionen für feine und grobe Gesteinskörnungen, Grenze nunmehr auch für Asphalt 4 mm Daraus abgeleitete redaktionelle Änderungen Ersatz Begriff feine Gesteinskörnungen Gesteinskörnungen 2 mm Ersatz Begriff groben Gesteinskörnungen Gesteinskörnungen > 2 mm Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 26

27 Änderungen der TL Asphalt-StB 07 Handlungsbedarf: Überprüfung und ggf. Neuerstellung der Erstprüfung für Asphaltmischgut (erhöhter Bindemittelgehalt, veränderte Zugabemengen von Asphaltgranulat, veränderterte Raumdichtebestimmung von Asphalttragschichten, Haftverhalten, veränderter Hohlraumgehalt von AC11 D S) Erstellung einer Leistungserklärung nach BauPVO für jedes Asphaltmischgut durch den Mischguthersteller seit Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 27

29 Änderungen gemäß ARS 11/2012 der BMVBS Im Eignungsnachweis sind Prüfergebnisse zum Haftverhalten mit anzugeben (siehe Erstprüfung) keine Anforderung im Bauvertrag! Erforderlicher Verdichtungsgrad für Walzasphalte 98% (Festlegung außer AC 16 TD und AC 5 D L: 97%) Verringerter Hohlraumgehalt von 6,5 auf 5,5 Vol.-% bei AC 11 D S Erhöhung der Mindesteinbaudicke von 3,0 auf 3,5 cm bei SMA 8 S Minimierung des Toleranzen bei Bindemittelgehalt für alle Mischgüter Durchführung zusätzlicher Prüfungen im Rahmen der Kontrollprüfungen Probenahme Mischwerk, Untersuchungen am verwendeten Bindemittel Straßenbaubitumen Penetration, EP RuK, Verhärtung durch Alterung und Langzeitalterung Polymermodifiziertes Bitumen Penetration, EP RuK, DSR, MSCR, BBR, Verhärtung durch Alterung und Langzeitalterung Probenahme aus fertiger Schicht, Rückgewinnung des Bindemittels aus fertige Schicht und Prüfung von Penetration, EP RuK, DSR, MSCR, BBR Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 29

30 Beispiel für Anforderungen fertige Schicht *) *) 98 % nach ARS 11/2012 Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 30

31 Änderungen gemäß RStO 2012 Katalogisierte Bauweisen nach RStO Eingangsgrößen Verkehrsbelastung Belastungsklassen Frostsicherheit Frostempfindlichkeitsklasse, Frosteinwirkungszone, hydrologische Verhältnisse, Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 31

32 Zuordung Belastungsklassen Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 32

33 Asphaltbauweise Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 33

34 Auswahl von Asphaltmischgutart und -sorte Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 34

35 Auswahl von Bindemittelart und -sorte Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 35

36 Rundschreiben des BMVBS vom zur Einsatzankündigung für thermoisolierte Mulden und Beschicker Nach Stufenplan sind ab im Bauvertrag Übergabegeräte (für kontinuierlichen Einbauprozess) und thermoisolierte Transportfahrzeuge (Einhaltung vorgegebener Verdichtungstemperaturen bei Transport und Einbau) auszuschreiben Einsatz Übergabegeräte (Beschicker) erforderlich bei Stufe 1 bis über m² Stufe 2 ab über m² Einsatz thermoisolierter Transportfahrzeuge erforderlich bei Stufe 1 bis von m² Stufe 2 bis über m² Stufe 3 ab für alle Flächen Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 36

37 Rundschreiben des BMVBS vom , technische Standards für Bestands- und Neufahrzeuge Bestandsfahrzeuge (bis Baujahr 2016) Thermoisolierte Transportmulde (Seiten-, Stirn- und Rückwand) und Abdeckeinrichtung Temperaturmesseinrichtung mit Messpunkten an den Ecken der Mulde zur Dokumentation der Übergabetemperatur Neufahrzeuge (ab Baujahr 2016) Thermoisolierte Transportmulde (Seiten-, Stirn- und Rückwand und Unterboden) und Abdeckeinrichtung Temperaturmesseinrichtung als Bestandteil des Fahrzeuges mit fünf Messpunkten an den Ecken und am Unterboden der Mulde Temperaturverfolgung zwischen Beladen und Entladen und umfassende Dokumentation der Temperaturverläufe Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 37

38 Rundschreiben des BMVBS vom , Abgleich mit den Temperaturgrenzwerten nach ZTV Asphalt-StB Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 38

39 Änderungen der ZTV Asphalt-StB 07 Handlungsbedarf : Erweiterung des Eignungsnachweises bzgl. des Haftverhaltens Veränderte Anforderungswerte und Toleranzen bei Kontrollprüfungen beachten Bei ausgewählten Projekten Probenahme und Untersuchung von Bitumen aus der fertigen Schicht und vom Mischwerk durch den Auftraggeber, Übergabe der Ergebnisse an die BASt Beachtung der neuen Belastungsklassen bei der Auswahl des zweckmäßigen Mischgutes und Bindemittels nach Tabelle 1 und 2 Planung von Investitionsmitteln für Übergabegeräte und thermoisolierte Transportfahrzeuge nach Stufenplan Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 39

41 Wie geht s weiter? Veröffentlichung der Fortschreibung von TL Bitumen-StB 07, TL Asphalt-StB 07 und ZTV Asphalt-StB 07 durch die Ausgaben 2013 im Herbst vorgesehen Zusätzliche Prüfergebnisse an Bitumen werden im Auftrag der BASt durch Forschungsnehmer statistisch ausgewertet Ziel: Festlegung von Anforderungswerten Weitere Fortschreibung von TL Asphalt-StB 07/13 und ZTV Asphalt-StB 07/13 ist 2015/16 zu erwarten Verbesserung der Einbauqualität durch optimierte Transportund Einbautechnik Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 41

42 Telefon Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach 42