Anforderungen an mineralische Baustoffe für Binder- und Deckschichten und ihre Auswirkungen auf die Asphaltschichten

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1 VSVI-Seminar Mecklenburg Vorpommern Tagesthema: Asphaltstraßenbau am 19. Februar 2004 GMBH FÜR BAUTECHNISC Anforderungen an mineralische Baustoffe für Binder- und Deckschichten und ihre Auswirkungen auf die Asphaltschichten Nordlabor GmbH für bautechnische Prüfungen Pinneberg Dipl.-Ing. Carsten Oelkers

2 GMBH FÜR BAUTECHNISC

3 GMBH FÜR BAUTECHNISC Im Abschnitt der ZTV Asphalt-StB 01 sind Regelungen über Mineralstoffe hinsichtlich ihrer Verwendung in Asphaltdeck- und Binderschichten wiedergegeben. Verwiesen wird zu Beginn des o. g. Abschnittes auf die DIN Verkehrswegebauarbeiten- Oberbauschichten aus Asphalt, Kapitel 2.1.1, aus welchem hervorgeht, daß die Technischen Lieferbedingungen für Mineralstoffe im Straßenbau (TL Min-StB) zu berücksichtigen sind.

4 GMBH FÜR BAUTECHNISC Ausflussmesser

5 GMBH FÜR BAUTECHNISC Die TL Min-StB enthalten Anforderungen an langfristig bewährte Gesteinskörnungen sowie an Werksteine, die bei der Herstellung und Instandsetzung von Oberbauschichten im Straßen- und Wegebau verwendet werden und legen die zugehörigen Prüfverfahren fest.

6 GMBH FÜR BAUTECHNISC Anforderungen an Gesteinskörnungen 1) Stoffliche und gesteinsspezifische Eigenschaften -Rohdichte -Druckfestigkeit -Porigkeit von Schlacken -Widerstandsfähigkeit gegen Verwitterung, Schlag, Polieren (Polierresistenz), Hitzebeanspruchung -Haftung zwischen Mineralstoff und Bitumen

7 Anforderungen an Gesteinskörnungen GMBH FÜR BAUTECHNISC 2.) Aufbereitungsabhängige, granulometrische Eigenschaften -Korngrößen -Korngrößenverteilung -Unter- und Überkorn -Kornform -Anteil an gebrochenen Körnern -Reinheit Speziell für Füller: -Hohlraumgehalt nach Ridgen -Versteifende Eigenschaften -Wasserempfindlichkeit -Wasserlösliche Anteile -Glühverlust (bei Steinkohlenflugaschen)

8 GMBH FÜR BAUTECHNISC Die granulometrischen Eigenschaften der Mineralstoffe sind insbesondere für die Herstellung von Asphalt mit gleichmäßiger Zusammensetzung und gleich bleibenden Eigenschaften ausschlaggebend. Tabelle 6 der TL Min-StB 2000 enthält die Lieferkörnungen mit den zulässigen Höchstwerten für Unterkorn- und Überkornanteile für die im Deckenbau normalerweise verwendeten Körnungen Füller, Edelbrechsand und Edelsplitt.

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10 GMBH FÜR BAUTECHNISC Bei Füller darf der Überkornanteil >0,09 mm außerdem nicht mehr als ± 5 M.-% von dem Wert abweichen, den der Hersteller vorher anzugeben hat. Edelbrechsand 0/2 F weist einen gleichmäßigen Eigenfüllergehalt auf, der nicht mehr als ± 3 M.-% von dem anzugebenden Wert abweichen darf. Diese Regelungen in den TL Min-StB sorgen für eine bessere Gleichmäßigkeit der Körnungen und ermöglichen damit auch die Herstellung von gleichmäßigem Mischgut mit gleichmäßigen Eigenschaften

11 Die Kornform ist ausreichend, wenn bei Edelsplitt >5 mm höchstens 20 M.-% der Lieferkörnung das Verhältnis Länge zu Dicke größer als 3 : 1 aufweisen. Der Anteil an bruchflächigen Körnern (jeweils mit Oberflächen zu mehr als der Hälfte aus Bruchflächen) muss bei Edelsplitt mindestens 90 % betragen; ein Nachweis darüber ist in der Regel nur bei gebrochenem Kies erforderlich.

12 Grobe Stoffe organischen Ursprungs wie Holz oder Pflanzenreste und feinverteilte humose Stoffe dürfen nicht in schädlichen Mengen enthalten sein. Die Körnungen dürfen keine Fremdstoffe wie Metalle und Kunststoffe in schädlichen Mengen enthalten.

13 Mineralstoffe müssen nach den RG Min-StB für den vorgesehenen Verwendungszweck güteüberwacht sein. Die Richtlinien für die Güteüberwachung von Mineralstoffen im Straßenbau (RG Min-StB 93) (Ausgabe 1993/1996, ergänzte Fassung 2000) regeln die Güteüberwachung bei der Gewinnung, Aufbereitung und Lieferung von Mineralstoffen zur Einhaltung der Güteanforderungen.

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15 RG Min-StB 93: Festlegung von Eignungsnachweis, Eigenüberwachung und Fremdüberwachung Beschreibung der Bekanntgabe güteüberwachter Lieferwerke und Maßnahme bei Mängeln Zusammenstellung der Prüfverfahren und Häufigkeit der Prüfungen

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17 Die Verwendung von nachweislich güteüberwachten Mineralstoffen bietet erhöhte Sicherheit für eine gleich bleibende Qualität der für den jeweiligen Verwendungszweck ausgewählten Mineralstoffe. Die folgenden Mineralstoffe dürfen für die Herstellung von Mischgut für Asphaltdecken nicht verwendet werden: - Hausmüllverbrennungsasche - Gießereirestsand - Gießerei-Kupolofenstückschlacke - Recycling-Baustoffe obwohl in den TL Min-StB 2000 erfasst.

18 Zusätzliche Anforderungen: - über die Technische Lieferbedingungen hinaus gehend. Ziele: Einengung der Mineralstoffeigenschaften für spezielle Verwendungen, um bestimmte Eigenschaften des Bauwerkes zu erzielen. 1.) Widerstandsfähigkeit gegen Schlag (Schlagzertrümmerungswert) 2.) Affinität zwischen Mineralstoffen und Bindemittel

19 Zusätzliche Anforderungen: 3) Kornbruchflächigkeit 4) Griffigkeit a) hoher Widerstand gegen Polieren (PSV-Wert) b) SCRIM-Messverfahren 5) Scharfkantigkeit und Kantenfestigkeit 6) Prüfung auf Quellung nach DIN 1996 Teil 9 7) Begrenzung des möglichen Rundkornanteils in den Splittkorngruppen 8) kein Gesteinsmehl mit organischen und quellfähigen Bestandteilen in schädlicher Menge 9) Aufhellungsgestein (geregelt durch Vorschriften der Landesbauverwaltungen für Straßenbau & Verkehr).

20 Zusätzliche Anforderungen: 1. Widerstandsfähigkeit gegen Schlag Schlagzertrümmerungswert SZ 8/12 Anforderungen an die Schlagzertrümmerungswerte SZ 8/12 von Mineralstoffen sind in Abhängigkeit von den Verwendungszwecken in der Straße zu wählen. Festlegung nach folgenden technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten: - örtliche Verkehrsverhältnisse - örtliche vorhandene Mineralstoffe - spezielle Mischgutzusammensetzungen - Einflüsse auf die Haltbarkeit der Fahrbahnbefestigungen - voraussichtliche Unterhaltungs- und Erneuerungskosten sowie Liefermöglichkeiten

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22 Soweit für einzelne Mineralstoffe mit höherem Schlagzertrümmerungswert von Splitt die Eignung in Deck- und/oder Asphaltbinderschichten in einer bestimmten Bauklasse hinreichend erwiesen ist (z. B. bestimmte Kalksteine, Hochofenschlacke HOS-A), können diese Mineralstoffe in den entsprechenden Anwendungsbereichen weiterhin verwendet werden. Verwendung preiswerter örtlicher oder transportgünstiger Mineralstoffe wird ermöglicht Energieersparnis geringerer Verschleiß von Fahrzeugen und Verkehrswegen Verminderung von Abgas-, Staub- und Lärmemissionen

23 Die Vorgehensweise zur Bestimmung der Ziel- bzw. Meßgröße des Schlagversuches der Schlagzertrümmerungswert SZ 8/12 wird durch die DIN EN festgelegt. Bei Splitt und Kies entspricht dieser Wert dem mittleren Siebdurchgang der Probe durch fünf im einzelnen festgelegten Analysensiebe nach dem Schlagversuch.

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25 usätzliche Anforderungen: Affinität zwischen Mineralstoffen und Bindemittel Zwischen den Mineralstoffen und dem verwendeten Bindemittel muß ausreichende Affinität bestehen. wichtig für dauerhaften Verbund mangelnde Affinität und Wassereinfluss führt zu Ablösungen des Bindemittels von den Mineralstoffkörnern gefährdet sind v.a.binder- und Deckschichten mit relativ niedrigen Bindemittelgehalten, d.h. geringen Bindemittelfilmdicken bei hoher Anzahl von Verkehrsstraßen Prüfung gemäß DIN 1996 Teil 10 oder gemäß der Arbeitsanleitung für die Ansprache des Haftverhaltens zwischen Bindemittel und Mineralstoffen in einem verdichteten Asphalt (Spaltzugversuche)

26 Zusätzliche Anforderungen: 3.) Kornbruchflächigkeit Für die mit S gekennzeichneten Mischgutsorten für Asphaltbinderschichen und Deckschichten aus Splittmastixasphalt sind Edelsplitte mit vollständig gebrochener Oberfläche zu verwenden. höhere Verspannung und innere Reibung im Korngerüst hohe Standfestigkeit der Schicht

27 Für die vorgenannten Asphaltschichten ist auch die Verwendung oder Mitverwendung von Kiesedelsplitten der Lieferkörnungen bis 11 mm Größtkorn zulässig, wenn der Auftragnehmer hierzu über langjährige gute Erfahrungen verfügt. Dabei muss ergänzend zu den Anforderungen der TL Min-StB an die Bruchflächigkeit der Anteil der Einzelkörner mit einer gebrochenen Oberfläche von mehr als 75 % mindestens 70 M.-% betragen.

28 Zusätzliche Anforderungen 4.) Griffigkeit a) hoher Widerstand gegen Polieren Edelsplitte und Edelbrechsande, die für Deckschichten oder als Abstreusplitt verwendet werden, müssen in Abhängigkeit vom jeweiligen Verwendungszweck einen hohen Widerstand gegen Polieren - PSV-Wert aufweisen; dieser muss -für Straßen der Bauklassen III bis VI mit normaler Beanspruchung...PSV 43 -für Straßen der Bauklassen SV, I und II sowie für Straßen der Bauklasse III mit besonderer Beanspruchung...PSV 50 betragen.

29 Für Deckschichten auf Fahrbahnen mit langfristig besonders starker Polierbeanspruchung (z. B. enge Kurven, Gefälle- und Bremsbereiche bei starkem Verkehr) werden bei polierempfindlichen Bauweisen (z. B. sand- und feinsplittarme Asphaltdeckschichten) Mineralstoffe oder Mineralstoffgemische mit höherem PSV-Wert (z. B. 53) empfohlen.

30 Mineralstoffe, die die o. g. Werte unterschreiten, können trotzdem für die angeführten Beanspruchungsfälle verwendet werden, - wenn ihre Eignung hinreichend erwiesen ist oder - wenn sie zusammen mit Mineralstoffen höherer Polierresistenz verwendet werden. Für die Beurteilung derartiger Gemische ist ein rechnerischer PSV-Wert heranzuziehen, der entsprechend dem Verhältnis der Massenanteile der einzelnen Splittkomponenten aus deren PSV-Werten ermittelt wird. Für Straßen der Bauklassen SV, I und II sowie für Straßen der Bauklasse III mit besonderer Beanspruchung dürfen nur Mineralstoffe mit einem PSV-Wert 43 anteilmäßig gemischt werden.

31 Bestimmung des Polierwertes von Splitt (Polished Stone Value PSV)

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33 ier Probekörper ro Mineralstoffart ro Probekörper: 2 ± 5 Körner der ornklasse 8/10 mm ornform > 6,3 mm tababstand 90,6 mm Probenrad 44,5 mm wei Probekörper mit SV-Kontrollgestein GMBH FÜR BAUTECHNISC

34 Bestimmung des Polierwertes von Splitt (Polished Stone Value PSV) GMBH FÜR BAUTECHNISC SRT-Pendelgerät

35 Bestimmung des Polierwertes von Splitt (Polished Stone Value PSV) - Reibungsmessung GMBH FÜR BAUTECHNISC Federgespannter Gleitkörper Polierter Probekörper

36 Bestimmung des Polierwertes von Splitt (Polished Stone Value PSV) - Reibungsmessung GMBH FÜR BAUTECHNISC SRT-Skala PSV-Skala

37 Bestimmung des Polierwertes von Splitt (Polished Stone Value PSV) GMBH FÜR BAUTECHNISC

38 Der Widerstand gegen Polieren ist ein wesentlicher Beitrag für eine ausreichende und dauerhafte Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche. Die Griffigkeit von Asphaltbetondeckschichten kann entscheidend von Brechsanden beeinflusst werden. 1) Die Verwendung von Brechsanden mit niedrigem PSV-Wert führt zu niedriger Griffigkeit, selbst wenn Splitte mit hohem Polierwert eingesetzt werden. 1) 1) Fazit Forschungsarbeit TU Berlin, J. Dames Straße und Autobahn 3/2002

39 Zusätzliche Anforderungen: 4.) Griffigkeit b) SCRIM-Messverfahren GMBH FÜR BAUTECHNISC Erfassung des Kraftschlussbeiwertes mit dem Messverfahren SCRIM (Sideway- force Coefficient Routine Investigation Machine) essgerät zur routinemäßigen Untersuchung des Seitenkraftbeiwertes

40 Der Kraftschluss resultiert aus den Wechselwirkungen zwischen Reifen und Fahrbahnoberfläche und wird beeinflusst von der Rauheit der Oberfläche, den Eigenschaften des Reifens, der Anwesenheit und Dicke eines Zwischenraumes, (z.b. Wasser, Schmutz) sowie der Geschwindigkeit. GMBH FÜR BAUTECHNISC

41 SCRIM-Messverfahren GMBH FÜR BAUTECHNISC

42 Radlast N SCRIM-Messverfahren F Z Seitenkraft F Y Schräglaufwinkel: 20 Annässen der Fahrbahn: Wasserfilmbreite 80 mm Wasserfilmdicke 0,5 mm GMBH FÜR BAUTECHNISC

43 SCRIM-Messverfahren GMBH FÜR BAUTECHNISC Seitenkraftbeiwert µ y = µ SCRIM inkel = 20 Seitenkraftbeiwert ( µ SCRIM ) am schräglaufenden Rad: Quotient aus der gemessenen Seitenkraft F Y und der bekannten Radlast (Normalkraft) F Z.

45 GMBH FÜR BAUTECHNISC um welchen Zeitpunkt soll die riffigkeit der Straßen-Oberfläche messen werden? o soll die Griffigkeit der Straßenberfläche gemessen werden?

46 GMBH FÜR BAUTECHNISC SCRIM-Messverfahren Klimatische Einflüsse sind bekannt und haben einen nicht zu vernachlässigen Einfluss auf die Ermittlung der SCRIM-Werte (Differenzen bis zu 0.10 µ scrim ).

47 SCRIM-Messverfahren GMBH FÜR BAUTECHNISC Messperiode: Mai bis Oktober, im Einzelfall auch von November bis April möglich, sofern die Außentemperatur T + 5 C nicht unterschritten wird.

48 Zum welchen Zeitpunkt soll die Griffigkeit der Straßen-Oberfläche gemessen werden? Wo soll die Griffigkeit der Straßen- Oberfläche gemessen werden? GMBH FÜR BAUTECHNISC

49 SCRIM-Messverfahren Beeinflussung der Messdatenerfassung durch den Fahrer (Fahrereinfluss) beim Suchen der Mitte der rechten Rollspur. GMBH FÜR BAUTECHNISC

50 Neue Entwicklung: SCRIM-Messverfahren Alle Messfahrten sind auf zweibahnigen Straßen so durchzuführen, dass das Messrad grundsätzlich einen Abstand von 0,70 m zur rechten Randmarkierung einhält.... durch geeignete Einrichtungen ist dafür Sorge zu tragen, dass Abweichungen von der Messlinie dem Fahrer als Hilfe zur Fahrtkorrektur angezeigt werden. GMBH FÜR BAUTECHNISC

53 riffigkeitsmessung mit SCRIM ( , 12:47 Uhr) ontrollprüfung im Rahmen des Bauvertrages gemäß ZTV Asphalt-StB / ZTV Beton-StB 1,0 0,9 0,8 Messwerte Grenzwert Abnahme Grenzwert Gewährleistung 0,7 µ-scrim 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,5 0,47 0,0 74,850 75,350 75,850 76,350 76,850 77,350 77,850 78,350 78,850 79,350 Kilometer aten zur Messstrecke Daten zur Bewertung der Ergebnisse traßenbezeichnung: L 80 Grenzwert für die Abnahme (ZTV Asphalt-StB) 0,53 µ-scrim - 0,03 ahrstreifen: 1. Fahrstreifen Grenzwert für die Gewährleistung 0,50 µ-scrim - 0,03 ichtung: Hunteburg Mittelwert des gesamten Messabschnittes: 0,60 µ-scrim tartkilometer: 74,850 Endkilometer: 79,710 minimaler 100-m-Mittelwert 0,48 µ-scrim on: Damme maximaler 100-m-Mittelwert 0,71 µ-scrim is: Hunteburg Anzahl der Unterschreitungen des Abnahmewertes (einschl. Toleranz) 4 -Soll: 60,0 km/h Anzahl der Unterschreitungen des Gewährleistungswertes (einschl. Toleranz) 0 GMBH FÜR BAUTECHNISC

54 GMBH FÜR BAUTECHNISC Anforderungen an die Griffigkeit Die ZTV Asphalt-StB 01 enthalten erstmals konkrete Grenzwerte für die Griffigkeit von Asphaltdeckschichten zum Zeitpunkt der Abnahme und für den gesamten Zeitraum bis zum Ende der Verjährungsfrist für die Gewährleistung.

55 Anforderungen an die Griffigkeit Für die Abnahme: bei 80 km/h µ SCRIM = 0,46 bei 60 km/h µ SCRIM = 0,53 bei 40 km/h µ SCRIM = 0,60 Bis zum Ablauf der Verjährungsfrist für die Gewährleistung: bei 80 km/h µ SCRIM = 0,43 bei 60 km/h µ SCRIM = 0,50 bei 40 km/h µ SCRIM = 0,56 GMBH FÜR BAUTECHNISC

56 Anforderungen an die Griffigkeit Für die Abnahme: bei 80 km/h µ SCRIM = 0,46 bei 60 km/h µ SCRIM = 0,53 =0,51 bei 40 km/h µ SCRIM = 0,60 =0,56 Bis zum Ablauf der Verjährungsfrist für die Gewährleistung: bei 80 km/h µ SCRIM = 0,43 bei 60 km/h µ SCRIM = 0,50 =0,48 bei 40 km/h µ SCRIM = 0,56 =0,52 GMBH FÜR BAUTECHNISC

57 Wie können die µ SCRIM -Werte erreicht werden? - Merkblatt für den Bau griffiger Asphaltdeckschichten, Ausgabe 1994 Die Oberflächen von Asphaltdeckschichten bestehen nach einer vom Verkehr und der Witterung abhängigen Einfahrzeit zum größten Teil aus fast bindemittelfreien Gesteinsflächen. -Die griffigkeitsbildenden Elemente einer Deckschicht sind ihre mineralischen Baustoffe

58 Einfluß der Zusammensetzung des Mischgutes der Deckschicht auf die Griffigkeit durch 1) die Gesteinsart des Splittes (große Härte, geringe Spaltbarkeit abhängig von der Kristallstruktur) 2) die Menge und Korngrößenverteilung des Splittes 3) das Größtkorn des Splittes (Anteil der Kantenschärfe im Verhältnis zur flächenhaften Schärfe) 4) die Gesteinsart des Sandes 5) die Menge und Korngrößenverteilung des Sandes (Einfluß von Grob- und Mittelsand größer als Feinsand) 6) die Kornart des Sandes (Brech-Natursandverhältnis)

59 Zusätzliche Anforderungen 5) Scharfkantigkeit und Kantenfestigkeit - kein aussagefähiges Nachweisverfahren - es kann angenommen werden: je geringer der SZ 8/12 -Wert ist, desto höher die Scharfkantigkeit und Kantenfestigkeit - Scharfkantiger Splitt erschwert zwar die Verdichtung, ermöglicht aber eine intensive Verspannung des Korngerüstes - hohe Standfestigkeit und Tragfähigkeit der Asphaltschicht Bei Verwendung von scharfkantigem Splitt wird die Griffigkeit verbessert.

60 Zusätzliche Anforderungen: 6) Prüfung auf Quellung Bei der Verwendung von Sand, der mehr als 5 M.- % Kornanteile unter 0,02 mm enthält, ist das Mischgut auf Quellung nach DIN zu prüfen und zu beurteilen. Damit soll geklärt werden, inwieweit die Feinstanteile wasserempflindlich sind und sich negativ auf das vorgesehene Mischgut in eingebautem Zustand auswirken.

61 Zusätzliche Anforderungen: 7) Begrenzung des möglichen Rundkornanteils in den Splittkorngruppen Soweit Natursand verwendet wird, darf dieser höchstens 25 M.- % Kornanteile größer 2 mm enthalten; umgerechnet auf das gesamte Mineralstoffgemisch darf der Kornanteil größer 2 mm aus dem Natursand 6 M.- % nicht überschreiten. Hiermit erfolgt eine Begrenzung des möglichen Rundkornanteils in den Splittkorngruppen des Mischgutes -Begrenzung des Verlustes an Standfestigkeit

62 Zusätzliche Anforderungen: 8) kein Gesteinsmehl mit organischen und quellfähigen Bestandteilen in schädlicher Menge - Vermeidung von geringerer Gleichmäßigkeit der Füllerkorngrößen sowie -kornverteilung - kein erhöhter Bindemittelanspruch - keine stark versteifende / oder versprödende Wirkung 9) Aufhellungsgestein - Mindestwerte für Masseanteile für künstliche und / oder natürliche Aufhellungsstoffe Ziel: - Verhinderung des starken Aufheizens von schwarzen Decken in besonders warmen Sommermonaten - Verringerung der Absorption von Licht bei Nacht Subjektive Verbesserung des Fahrkomforts Erhöhung der Verkehrssicherheit

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65 Ausblick Einführung der europäischen Gesteinskörnungsnorm Umsetzung der Gesteinskörnungsnormen in ein nationales Regelwerk 65

66 Ausblick Einführung der europäischen Gesteinskörungsnorm Zeitplan für die Umsetzung der EN

67 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Nordlabor GmbH für bautechnische Prüfungen Pinneberg Dipl.-Ing. Carsten Oelkers