Wiederverwendung von Fräsasphalt aus Offenporigen Asphaltdeckschichten in SMA und ABi

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1 Wiederverwendung von Fräsasphalt aus Offenporigen Asphaltdeckschichten in SMA und ABi 1

2 Ziele des Forschungsprojektes Schaffung einer Grundlage für eine hochwertige Wiederverwendung von Offenporigen Ausbauasphalten Überprüfung und Beurteilung des Alterungszustandes der Bitumenphase in Offenporigen Ausbauasphalten und Auswirkung auf resultierende Bitumenphase Auswirkungen der Asphaltgranulatzugabe auf wesentliche Asphalteigenschaften 2

3 Vorgehensweise 5 Asphaltgranulate aus OPA-Deckschichten Variation von Zugabeanteil (15 / 30 M.-%) Zugabetemperatur (20 / 100 C) Frischbindemittel (3-fach) Herstellung von SMA 0/8 S und ABi 0/16 S Ansprache Asphalteigenschaften Verformung Ermüdung Kälteresistenz Haftung Beurteilung des Einfluss der Granulatzugabe auf resultierende Bitumenphase 3

4 Eigenschaften der Asphaltgranulate Merkmal Bindemittelprodukt Bindemittelgehalt Dim. - M.-% V1 PmB 6,7 Bezeichnung der Granulatvariante V2 gummi mod. 5,1 V4 PmB 5,5 V5 PmB 7,8 V7 PmB 6,5 EwP-RuK C 87,6 89,4 107,4 84,2 82,7 Art der Gesteinskörnung - Gabbro Gabbro Gabbro Gabbro, Rhyolith Gabbro Füllergehalt M.-% 6,9 4,9 4,4 5,6 3,9 Sandgehalt M.-% 20,6 10,3 9,9 12,7 10,6 2,0 5,0 M.-% 28,9 20,8 32,0 23,1 22,5 5,0 8,0 M.-% 36,4 57,7 49,2 43,4 46,1 8,0 11,2 M.-% 7,3 6,4 4,5 9,0 10,1 > 11,2 M.-% 0,7 0,1 0,1 6,3 6,9 4

5 Variantionsumfang 5

6 Variantionsumfang Insgesamt 38 Asphaltvarianten 6

7 Bitumenprüfungen Kenndatenbestimmung am zurückgewonnenen Bindemittel Erweichungspunkt Ring und Kugel Brechpunkt Fraaß Nadelpenetration Elastische Rückstellung Kraftduktilität DSR (Temperatur-Sweep) BBR (-10 C, -16 C, -25 C) 7

8 Prüfungen am Asphalt Prüfverfahren an Asphalt-Probekörpern Verformungseigenschaften Spurbildungsversuch Dynamischer Stempeleindringversuch Kälteeigenschaften Einaxiale Zugversuche bei 4 Temperaturen (+20 / +5 / -10 / -25 C) Abkühlversuche Ermüdungseigenschaften Einaxiale Zug-Schwellversuche bei einer Prüftemperatur (-10 C) Haftverhalten Verhältnis der ind. Zugfestigkeiten gem. DIN EN

9 Ergebnisse am zurückgewonnenen Bindemittel Einfluss des frischen Bindmittels bei 30 M.-% Granulatzugabe von V4 (EwP 107 C) in SMA 0/8 S Pen [1/10mm] EwP [ C] BP [ C] El. R [%] Nullvariante mit 25/55-55A 25/55-55A 45/80-50A 120/200-40A 9

10 Ergebnisse am zurückgewonnenen Bindemittel Einfluss des frischen Bindmittels bei 30 M.-% Granulatzugabe von V4 (EwP 107 C) in SMA 0/8 S Viskosität des Zugabebindemittels wirkt sich unmittelbar auf die Viskosität des resultierenden Bindemittels in plausibler Weise aus Pen [1/10mm] EwP [ C] BP [ C] El. R [%] Nullvariante mit 25/55-55A 25/55-55A 45/80-50A 120/200-40A 10

11 Ergebnisse am zurückgewonnenen Bindemittel Einfluss des "frischen" Bindemittels bei 30 M.-% Granulatzugabe von V4 (EwP 107 C) in ABi 0/16 S Einfluss des frischen Bindmittels bei 30 M.-% Granulatzugabe von V4 (EwP 107 C) in ABi 0/16 S Pen [1/10mm] EwP [ C] BP [ C] el R [%] Nullvariante mit 10/40-65A 25/55-55A 45/80-50A 120/200-40A 11

12 Ergebnisse am zurückgewonnenen Bindemittel Korrelationen zwischen Asphaltgranulat und resultierendem Bindemittel Erweichungspunkt am zurückgewonnenen Bindemittel [ C]c M.-% Granulatzugabeanteil M.-% Granulatzugabeanteil R 2 = SMA 0/8 S Erweichungspunkt des Bindemittels im Granulat [ C] 12

13 Ergebnisse am zurückgewonnenen Bindemittel Korrelationen zwischen Asphaltgranulat und resultierendem Bindemittel Erweichungspunkt am zurückgewonnenen Bindemittel [ C]c M.-% 15 M.-% Granulatzugabeanteil Granulatzugabeanteil M.-% 30 M.-% Granulatzugabeanteil Granulatzugabeanteil R 2 = R 2 = R 2 = SMA ABi 0/8 0/16 S S Erweichungspunkt Erweichungspunkt des Bindemittels des Bindemittels im Granulat im Granulat [ C] [ C] 13

14 Ergebnisse am zurückgewonnenen Bindemittel am wiedergewonnenen Bindemittel lässt sich anhand der konventionellen Kennwerte der Einfluss durch die Asphaltgranulatzugabe in Form von Verhärtungstendenzen (steigende Erweichungspunkte und Brechpunkte, sinkende Nadelpenetration und elastische Rückstellung) nachweisen, Verschneidung des verhärteten Bindemittels aus Asphaltgranulat mit frischem Bindemittel wirkt sich nicht entscheidend ungünstig auf die Bindemitteleigenschaften im Vergleich zur Nullvariante (ohne Asphaltgranulat) aus. Mehrheit der Varianten erfüllt Grenzwerte bzgl. EwP und El. R. gem. ZTV Asphalt-StB 01 und TL PmB 01 für frische Bindemittel 14

15 Ergebnisse am Asphalt beispielhaft: Einfluss des Frischbindemittels auf Resistenz gegen Kälterisse dominanter, vorteilhafter Einfluss des Frischbindemittels auf Resistenz gegen Kälterisse Mit Nullvarianten (ohne Asphaltgranulatzugabe) vergleichbar vorteilhafte Kälteeigenschaften 15

16 16

17 Ergebnisse am Asphalt beispielhaft: Einfluss der Asphaltgranulathärte auf die Spurrinnentiefe Spurinnentiefe [mm] SMA 0/8 S Granulat V4, EwP 107 C granulatspezifische Unterschiede unbedeutend ; V7 andere Effekte Zugabeanteil Granulat [M.-%] Granulat V2, EwP 90 C Granulat V1, EwP 88 C Granulat V5, EwP 85 C Granulat V7, EwP 80 C Nullvariante (ohne Asphaltgranulat) vorteilhafte Beeinflussung der Spurrinnentiefe durch Asphaltgranulatzugabe 17

18 Ergebnisse am Asphalt beispielhaft: Einfluss der Asphaltgranulathärte auf die Spurrinnentiefe Spurinnentiefe [mm] ABi 0/16 S Granulat V4, EwP 107 C Granulat V2, EwP 90 C Granulat V1, EwP 88 C Granulat V5, EwP 85 C Granulat V7, EwP 80 C Nullvariante (ohne Asphaltgranulat) Zugabeanteil Granulat [M.-%] hier: keine signifikante Beeinflussung durch Asphaltgranulatzugabeanteil /- härte 18

19 Ergebnisse am Asphalt beispielhaft: Einfluss der Asphaltgranulathärte auf die Spurrinnentiefe Spurinnentiefe [mm] c SMA 0/8 S - 50 % Zugabeanteil Granulat [M.-%] Frischbindemittel beeinflusst dominant Spurinnentiefe 19

20 Zug-Schwellversuch 10 Hz Zugstange Probekörper Adapter Wegaufnehmer Probekörper Adapter 20

21 Zug-Schwellversuch 10 Hz Zugstange Probekörper Adapter Wegaufnehmer Probekörper Adapter 21

22 Ergebnisse am Asphalt beispielhaft: Einfluss der Asphaltgranulathärte auf Resistenz gegen Materialermüdung Granulat V4, EwP 107 C Granulat V2, EwP 90 C Granulat V1, EwP 88 C Granulat V5, EwP 85 C Granulat V7, EwP 80 C Nullvariante ohne Asphaltgranulat Asphaltgranulatzugabe beeinflusst Ermüdungseigenschaften meist vorteilhaft Ausnahmen: hoher Zugabeanteil (30 M.-%) bei ABi-Varianten wirkt sich nachteilig aus 22

23 Ergebnisse am Asphalt Beurteilung der Signifikanz der Einflussfaktoren auf Asphalteigenschaften Multiple Varianzanalysen Faktor 1 (z. B. Zugabeanteil) Faktor 2 (z. B. Frischbindemittel) Wechselwirkung zw. Faktor 1 und 2 Fehleranteil (= zufallsbedingter Ergebnisanteil) 15 % an Gesamtvariabilität 74 % Merkmal 3% (z.b. Bruchtemperatur) 8 % 23

24 Varianzanteile [%] c SMA 0/8 S Verhältniswert indirekte Zugfestigkeiten dyn. Stempeleindringtiefe Temperatur an der max. ZFR Bruchlastwechselzahl Ergebnisse Spurrinnentiefe am Asphalt Beurteilung der Einflussfaktoren durch multiple Varianzanalyse aufgrund hohen Fehleranteils nicht signifikant Maximale Zugfestigkeitsreserve (ZFR) Bruchtemperatur Varianzanteile [%] c ABi 0/16 S X X Zugabeanteil Frischbindemittel Zugabeanteil vs. Frischbindemittel 20 0 Zugabeanteil X Frischbindemittel 24

25 Ergebnisse am Asphalt qualitativer Einfluss der jeweiligen Herstellungsvariation auf die Asphalteigenschaften keine Herstellungsvariation führt zu entscheidend ungünstigeren Asphalteigenschaften gegenüber Nullvariante Ausnahme am ABi: 30 M.-% Zugabe des härtesten Asphaltgranulats führt zu ungünstigeren Ermüdungseigenschaften 25

26 Ergebnisse am Asphalt Wichtige Erkenntnisse Einfluss Frischbindemittel (insbesondere auf Kälteverhalten + in abgeschwächter Form auf Verformungsverhalten) dominant Tendenziell günstige Beeinflussung der Kälteeigenschaften, in geringerem Maße ungünstiger Einfluss auf die Verformungseigenschaften durch niedrigviskose Bindemittel Wahl des Frischbindemittels von Bedeutung; Viskosität des frischen Bindemittels auf die Verhärtung des Asphaltgranulats abstimmen! 26

27 Offene Fragen Verifizierung des Einflusses Frischbindemittel für weitere Asphaltgranulate (bisher nur Variation unter Zugabe eines Asphaltgranulats) Gewinnung von Empfehlungen für optimale Frischbindemittelsorten für bestimmte Asphaltgranulathärte Zugabeanteil-Kombinationen Sind größere Asphaltgranulatzugabeanteile (> 30 M.-%) realisierbar, ohne Einbußen der Asphaltqualität hinnehmen zu müssen? Kann unter Laborbedingungen erreichte Asphaltqualität auch bei einer großtechnischen Herstellung erreicht werden? 27

28 Wiederverwendung von Fräsasphalt aus Offenporigen Asphaltdeckschichten in SMA und ABi Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 28