Performance-Prüfungen an Asphalt

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1 Performance-Prüfungen an Asphalt - Chancen zur Optimierung - Vortrags- und Fortbildungsveranstaltung des Bundesverbandes unabhängiger Institute für bautechnische Prüfungen e. V. (bup) 10. März 2010 Ulrich Lüthje Einführung Einführung Grundlagen / Begriffe Vorstellung der Prüfverfahren Anwendungsfälle Zusammenfassung / Ausblick Fragen - Diskussion 1

2 Grundlagen Begriffe performance (Auswahl aus Wikipedia) Form der Aktionskunst relatives Maß für r das Verhältnis von Ertrag und Risiko einer Kapitalanlage das konkrete Verhalten in der Soziologie Name einer Sportbootwerft Performance Marine Titel eines Filmes von Nicolas Roeg Flugleistung eines Flugzeuges in der Luftfahrt Englisch-Wörterbuch Leistungsfähigkeit / Leistungsvermögen gen Asphaltstraßenbau Gebrauchsverhalten (im Sinne von Verhalten bei Beanspruchung durch Verkehr und Wetter) Grundlagen Erstprüfung 1. Untersuchung und Auswahl geeigneter Baustoffe a. Mineralstoffe b. Bindemittel c. ggf. Zusätze d. ggf. Ausbauasphalt 2. Festlegung der Anteile der jeweiligen Komponenten 3. Herstellung und Untersuchung von Probemischungen im Labormaßstab 4. Auswertung und Beurteilung der Untersuchungs- ergebnisse 5. Vorschlag der geeigneten Rezeptur 6. ggf. Durchführung hrung zusätzlicher erweiterter Prüfungen 2

3 Grundlagen Erstprüfung 1. Untersuchung und Auswahl geeigneter Baustoffe a. Mineralstoffe b. Bindemittel c. ggf. Zusätze d. ggf. Ausbauasphalt 2. Festlegung der Anteile der jeweiligen Komponenten 3. Herstellung und Untersuchung von Probemischungen im Labormaßstab 4. Auswertung und Beurteilung der Untersuchungs- ergebnisse 5. Vorschlag der geeigneten Rezeptur 6. ggf. Durchführung hrung zusätzlicher erweiterter Prüfungen Grundlagen ZTV Asphalt-StB 01 Für Straßen der Bauklassen SV und I sowie für Verkehrsflächen mit besonderen Beanspruchungen sind zusätzliche Prüfungen in Form einer erweiterten Eignungsprüfung für das Mischgut der Decke erforderlich. Beurteilung des Verformungswiderstandes Beurteilung der Verdichtbarkeit Beurteilung des Tieftemperaturverhaltens TL Asphalt-StB 07 / ZTV Asphalt-StB 07 TL Asphalt-StB 07 Tabelle 11: ZTV Asphalt-StB 07 dynamische Stempeleindringtiefe proportionale Spurrinnentiefe Werden vom Auftraggeber Anforderungen gestellt oder Prüfungen gefordert, die über die TL-Asphalt-StB hinausgehen, so sind Art und Umfang in der Leistungsbeschreibung festzulegen. 3

4 Grundlagen AC SMA MA PA Grundlagen Beanspruchung 4

5 Grundlagen Beanspruchung Trendprognose 1995 bis 2015 Grundlagen Beanspruchung 5

6 Grundlagen Grundlagen Erstprüfung 1. Untersuchung und Auswahl geeigneter Baustoffe a. Mineralstoffe b. Bindemittel c. ggf. Zusätze d. ggf. Ausbauasphalt 2. Festlegung der Anteile der jeweiligen Komponenten 3. Herstellung und Untersuchung von Probemischungen im Labormaßstab 4. Auswertung und Beurteilung der Untersuchungs- ergebnisse 5. Vorschlag der geeigneten Rezeptur 6. ggf. Durchführung hrung zusätzlicher erweiterter Prüfungen 6

7 Grundlagen Gebrauchsverhaltensorientierte Prüfverfahren Verformungsverhalten bei WärmeW Verhalten bei tiefen Temperaturen (Kälteflexibilit lteflexibilität) t) Verhalten bei mittleren und tiefen Temperaturen (Ermüdung) [Verdichtungswiderstand (bei Walzasphalt)] [Verarbeitbarkeit (bei Gussasphalt)] Verformungsverhalten bei Wärme Prüfverfahren zur Ansprache des Verformungsverhaltens 1. Spurbildungsversuch 7

8 Probekörperherstellung Fotos: infratest Verformungsverhalten bei Wärme Spurbildungsversuch 8

9 Verformungsverhalten bei Wärme Spurbildungsversuch Verformungsverhalten bei Wärme Prüfverfahren zur Ansprache des Verformungsverhaltens 2. einaxialer Druckschwellversuch (Walzasphalt) 9

10 Verformungsverhalten bei Wärme einaxialer Druckschwellversuch Prüftemperatur Oberlast Unterlast Dauer des Lastimpulses Dauer der Lastpause Dauer des Belastungszyklus Belastungsbild : 50 C ± 0,3 C (Luftbad) : 0,35 MPa : 0,025 MPa : 0,2 s : 1,5 s : 1,7 s : Sinusimpuls (haversine) zylindrische Probekörper Ø 100 mm oder MPK Höhe 60 mm Laststempel Ø 100 mm Verformungsverhalten bei Wärme einaxialer Druckschwellversuch 10

11 Verformungsverhalten bei Wärme einaxialer Druckschwellversuch Anforderungen an die Dehnungsrate aus dem einaxialen Druckschwellversuch lversuch mit Splittmastixasphalt für r verschiedene Kategorien der Verkehrs- und Temperaturbeanspruchung Temperaturkategorie Verkehrskategorie 1 (höchste) 2 (sehr hohe) 3 (hoch, Standard) 1 (sehr hoch) Dehnungsrate ε* [10-4 o w oo /n] 2,9 3,8 5,5 4 o / oo 2 (hoch) Dehnungsrate ε* [10-4 o w oo /n] o / oo Verformungsverhalten bei Wärme Prüfverfahren zur Ansprache des Verformungsverhaltens 3. dynamischer Stempeleindringversuch (Gussasphalt) 11

12 Verformungsverhalten bei Wärme dynamischer Stempeleindringversuch Prüftemperatur Oberlast Unterlast Dauer der Oberlast Lastpause Zyklus Dauer Belastungsbild : 50 C ± 0,3 C (Luftbad) : 0,35 MPa : 0,08 MPa : 0,2 s : 1,5 s : 1,7 s : Sinusimpuls (haversine) zylindrische Probekörper Ø 150 mm Höhe 60 mm Laststempel Ø 56,4 mm Verformungsverhalten bei Wärme dynamischer Stempeleindringversuch Dynamische Stempeleindringtiefe an Gussasphalt 12

13 Verformungsverhalten bei Wärme dynamischer Stempeleindringversuch bleibende Verformung reversibler Verformungsanteil Verformungsverhalten bei Wärme dynamischer Stempeleindringversuch 13

14 Verformungsverhalten bei Wärme dynamischer Stempeleindringversuch Dynamischer Eindringversuch mit ebenem Stempel Richtwerte für f r Gussasphalte für f r hohe Beanspruchungen Beanspruchung durch ET dyn ZET dyn Kategorie Verkehr Klima/Lage [mm] [mm] 1 langsam rollender bis stehender Schwerverkehr (Stauraum, Steigung/ Gefälle) extrem warme Sommer, lange direkte Sonneneinstrahlung, milde Winter 1,5 0,5 2 rollender Verkehr auch mit hohem Anteil an Schwerverkehr warme Sommer mit direkter Sonneneinstrahlung, milde Winter 2,5 1,0 3 rollender Verkehr mit geringem Anteil an Schwerverkehr mäßige Temperaturen, kurze Sonneneinstrahlung, kalte Winter, Höhenlage 5,0 2,0 Gerätetechnik - Hydropulsanlage Belastungseinrichtung Meßdatenerfassung und verarbeitung Wärme-/Kälte-Aggregat und Temperierkammer kraftübertragende Gestänge 14

15 Grundlagen Gebrauchsverhaltensorientierte Prüfverfahren Verformungsverhalten bei WärmeW Verhalten bei tiefen Temperaturen (Kälteflexibilit lteflexibilität) t) Verhalten bei mittleren und tiefen Temperaturen (Ermüdung) Verdichtungswiderstand (bei Walzasphalt) Verarbeitbarkeit (bei Gussasphalt) Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität Prüfverfahren zur Ansprache der KälteflexibilitK lteflexibilität Abkühlversuch [einaxialer Zugversuch] 15

16 Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität 16

17 Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität Versuchsbedingungen Abkühlversuch Probekörperabmessungen : 40 x 40 x 160 mm 3 Dauer der Vortemperierung : 1,5 h Starttemperatur : 20 C Abkühlgeschwindigkeit : -10 K/h Abbruchbedingung : Bruch des Probekörpers Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität 17

18 Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität Abkühlversuch 4,0 3,5 kryogene Zugspannung [N/mm²] 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Kerntemperatur [ C] Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen - Kälteflexibilität Ausreichende KälteflexibilitK lteflexibilität t ist gegeben, wenn die Bruchtemperatur T Br mindestens die folgenden Temperaturen erreicht: Frosteinwirkungszone I und II: -20 C Frosteinwirkungszone III: -25 C 18

19 Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung Prüfverfahren zur Ansprache der Ermüdungsfestigkeit dynamischer Spaltzugversuch / Spaltzugschwellversuch Biegeversuche (2-,, 3-3 und 4-Punkt 4 Biegung) einaxialer dynamischer Zugschwellversuch Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung Prüfverfahren zur Ansprache der Ermüdungsfestigkeit dynamischer Spaltzugversuch / Spaltzugschwellversuch Biegeversuche (2-,, 3-3 und 4-Punkt 4 Biegung) einaxialer dynamischer Zugschwellversuch 19

20 Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung (1) Lastfall Kälte (2) Lastfall Verkehr (3) Lastfall Winter Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung + 20

21 Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung Versuchsbedingungen Probekörperabmessungen : 40 x 40 x 160 mm 3 Prüftemperatur : zwischen 0 C und +10 C unterer Scheitelwert der Belastung : im Abkühlversuch ermittelte kryogene Zugspannung oberer Scheitelwert der Belastung Belastungsfrequenz Belastungsbild Abbruchbedingung : 1,6 N/mm 2 (Gussaphalt) 1,2 N/mm 2 (Walzasphalt) : 10 Hz : Sinus : Bruch des Probekörpers 21

22 Verhalten von Asphalt bei mittleren und tiefen Temperaturen - Ermüdung Anwendungsfälle Anwendungsfälle Optimierung der Zusammensetzung von Asphaltgemischen Ergänzung von Kontrollprüfungen an Asphalt Feststellung von Schadensursachen Entwicklung und Dimensionierung von Spezialbelägen für f Sonderflächen, z. B. Industrie- oder Lagerflächen mit hohen Belastungen Forschung und Entwicklung, Wirkung z. B. bei Zugabe von Ausbauasphalt oder Zusätzen auf die Asphalteigenschaften Eingangsgröß ößen für f r die rechnerische Dimensionierung Ergänzung, aber kein Ersatz der bekannten und bewährten Prüfverfahren 22

23 Zusammenfassung Zusammenfassung / Ausblick Prüfungen mit einem großen Bezug zur Praxis durch Lastannahmen und Prüfbedingungen Möglichkeiten und Chancen der Optimierung trotz teilweise gegenläufiger Wirkung Ergänzung der vorhandenen Prüfungen bzw. im Zusammenhang zu den performance-orientierten orientierten Bindemittelprüfungen Umsetzung der Europäischen Normung Vielen Dank für f r Ihre Aufmerksamkeit! 23