Strelasund-Brücke Gussasphalt mit Olexobit NV 45. Michael Kreide Linstow,

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1 Strelasund-Brücke Gussasphalt mit Olexobit NV 45 Michael Kreide Linstow,

2 2 Gliederung Einleitung Eignungsprüfung Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer Ergebnisse der Untersuchungen Tieftemperaturverhalten Bending Beam Rheometer Ergebnisse der Untersuchungen Zusammenfassung

3 Strelasund-Querung 3

4 Einbau Schutz- und Deckschicht 4

5 5 Einleitung Durch die ingenieurtechnisch anspruchsvolle Strelasund-Querung war es notwendig, bereits bei der Erstellung der Eignungsprüfungen zu ermitteln, ob der Gussasphalt die Anforderungen aus Konstruktion, Witterung und Verkehr erfüllen kann. Neben den konventionellen Prüfverfahren wurden dynamische Versuche zur Ermittlung der Standfestigkeit durchgeführt. Weiterhin wurde die Kälteflexibilität und das Ermüdungsverhalten untersucht. Auch die Verarbeitbarkeit zur Abschätzung der Einbautemperatur war Gegenstand der Untersuchungen.

6 6 Eignungsprüfung Zusammensetzung Gussasphalt 0/11 S (Schutzschicht) 27,0 M.-% Kalksteinmehlfüller 7,0 M.-% Natursand 0/2 mm 13,0 M.-% Edelbrechsand 0/2 mm (Rhyolith) 16,0 M.-% Edelsplitt 2/5 mm (Rhyolith) 12,0 M.-% Edelsplitt 5/8 mm (Rhyolith) 25,0 M.-% Edelsplitt 8/11 mm (Rhyolith)

7 7 Eignungsprüfung Zusammensetzung Gussasphalt 0/18 S (Deckschicht) 27,0 M.-% Kalksteinmehlfüller 10,0 M.-% Natursand 0/2 mm 17,0 M.-% Edelbrechsand 0/2 mm (Rhyolith) 4,0 M.-% Edelsplitt 2/5 mm (Rhyolith) 20,0 M.-% Edelsplitt 2/5 mm (Vossit) 7,0 M.-% Edelsplitt 5/8 mm (Rhyolith) 15,0 M.-% Edelsplitt 5/8 mm (Vossit)

8 8 Eignungsprüfung Der Bindemittelgehalt betrug lt. EP für GA 0/11 S und für GA 0/ 8 S jeweils 7,2 M.-%. In Abstimmung mit der Einbaufirma Max Bögl GmbH, dem Prüfinstitut Ingenieurgesellschaft für Baustoffe und Bautechnik Bischof mbh (Kontrollprüfung), der asphalt-labor Arno J. Hinrichsen GmbH & Co., Zweigniederlassung Schwerin (Eignungsprüfung) sowie der Mischanlage Stralsund AM wurde der Bindemittelgehalt zur Optimierung der Verarbeitbarkeit angepasst und um 0,2 M.-% auf 7,4 M.-% angehoben.

9 9 Eignungsprüfung Ansprache der Wärmestandfestigkeit Zur Ansprache des Verformungsverhaltens bei hohen Gebrauchstemperaturen wurde der dynamische Eindringversuch mit ebenem Stempel bei 50 C Prüftemperatur gem. TPA durchgeführt. Ein zylindrischer GA-Probekörper mit planparallel geschliffenen Grundflächen wird über einen mittig aufgesetzten Stempel einer Druckschwellbelastung ausgesetzt. Die aus der wiederholten Belastung resultierende Eindringtiefe wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Belastungszyklen aufgezeichnet (nach und weiteren Belastungszyklen).

10 10 Eignungsprüfung Ansprache der Wärmestandfestigkeit Es wurden folgende Versuchsbedingungen eingehalten:

11 11 Eignungsprüfung Ansprache der Wärmestandfestigkeit Zur Bewertung des Verformungswiderstandes werden die folgenden Richtwerte herangezogen:

12 12 Eignungsprüfung Ansprache der Wärmestandfestigkeit Die Ergebnisse der Eindringschwellversuche

13 13 Eignungsprüfung Ansprache der Kälteflexibilität Im Abkühlversuch wird ein prismatischer Asphaltprobekörper, beginnend bei einer Starttemperatur von 20 C, mit 10 K/h abgekühlt. Die Probekörperlänge wird konstant gehalten Die durch die Behinderung des thermischen Schrumpfes auftretende kryogene Zugspannung wird in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit gemessen Beim Bruch des Probekörpers wird die Bruchspannung und Bruchtemperatur gemessen

14 Eignungsprüfung Ansprache der Kälteflexibilität 14

15 15 Eignungsprüfung Ansprache der Kälteflexibilität Nachfolgende Prüfbedingungen sind einzuhalten:

16 16 Eignungsprüfung Ansprache der Kälteflexibilität Die Ergebnisse der Abkühlversuche Asphalte, die eine Bruchtemperatur < -20 C aufweisen, können als ausreichend kälteflexibel bezeichnet werden. Geprüft wurden Probekörper mit einem Bindemittelgehalt von 7,2 M.-%

17 17 Eignungsprüfung Ansprache der Ermüdungsfestigkeit Unter Ermüdung versteht man eine mit jedem Belastungszyklus sich aufbauende Gefügeschwächung, die dem Versagen vorausgeht. Mit dem Zugschwellversuch wurde die Ermüdungsfestigkeit bei niedrigen Temperaturen ermittelt. Prismatische Probekörper werden bei konstanter Prüftemperatur einaxial in Probekörperlängsrichtung einer sinusförmig schwellenden Zugbeanspruchung unterworfen: der untere Scheitelwert entspricht der kryogenen Zugspannung aus dem Abkühlversuch der obere Scheitelwert entspricht der Summe aus kryogener Verkehrsbelastung und Verkehrsbelastung

18 18 Eignungsprüfung Ansprache der Ermüdungsfestigkeit Für die Beurteilung dient die Bruchlastwechselzahl N. Nachfolgende Versuchsbedingungen sind einzuhalten:

19 19 Eignungsprüfung Ansprache der Ermüdungsfestigkeit Prismatischer Probekörper 40 x 40 x 160 mm

20 20 Eignungsprüfung Ansprache der Ermüdungsfestigkeit Die Ermüdungsfestigkeit der untersuchten GA-Probekörper kann als ausreichend bezeichnet werden.

21 21 Eignungsprüfung Ansprache der Verarbeitbarkeit Die Merkmalsgröße zur Abschätzung der Verarbeitbarkeit des untersuchten Gussasphaltes ist das sich in Abhängigkeit von der Mischtemperatur bei konstanter Drehzahl unter Verwendung eines Rührflügels mit definierter Geometrie einstellende Drehmoment. Das Prüfgerät besteht aus einem temperierbaren Messgefäß mit festgelegten geometrischen Abmessungen und einer drehzahlgeregelten Rühreinrichtung mit Drehmomentsensor. Das Drehmoment wird über einen vorgegebenen Temperaturbereich ermittelt.

22 22 Eignungsprüfung Ansprache der Verarbeitbarkeit Die Einbautemperaturen gemessen an der Bohle betrugen i. M. 210 C bis 230 C 215

23 23 Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer (DSR) Die viskose und elastische Komponente der Materialsteifigkeit leisten ein Beitrag gegen bleibende Verformungen Wenn auch die viskose Komponente bei höheren Gebrauchstemperaturen den quantitativ größeren Anteil liefert, so ist der elastische Anteil besonders wirksam: Sie bewirkt eine Vergrößerung der aus beiden Komponenten resultierenden Materialsteifigkeit und verstärkt die Fähigkeit des Materials zur elastischen Rückformung. Dies ist jedoch nicht mit der elastischen Rückstellung des Bitumens zu verwechseln

24 24 Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer (DSR) Deshalb wurden umfangreiche vergleichende rheologische Untersuchungen entsprechend den Regelungen der TL Bitumen mit dem Dynamischen Scherrheometer durchgeführt, um zu belegen, dass das verwendete Bindemittel Olexobit NV 45 einen ausreichenden Verformungswiderstand leisten kann.

25 Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer (DSR) 25

26 26 Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer (DSR) Komplexer Schubmodul G*

27 27 Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer (DSR) Phasenverschiebungswinkel δ

28 28 Verformungsverhalten Dynamisches Scherrheometer (DSR) Die Ergebnisse zeigen, dass infolge der thermischen Beanspruchung durch den Mischprozess und die anschließende Verweildauer im Rührwerkskessel bis zum Einbau keine wesentliche Veränderung der gemessenen Steifigkeiten erkennbar ist. Der Phasenverschiebungswinkel δ der zurückgewonnenen Bindemittel weisen tendenziell einen geringfügig niedrigeren Wert auf als das ungealterte Bindemittel. Dies lässt auf einen günstigeren Anteil der elastischen Komponente schließen.

29 29 Verhalten bei tiefen Temperaturen Biegebalkenrheometer (BBR) Das Tieftemperaturverhalten von Bitumen mit dem BBR wird bei 3 Temperaturen geprüft: -10 C, -16 C und -25 C. Der Probekörper wird mittig mit einer Last über 240 Sekunden belastet und die Durchbiegung ermittelt. Aus der Durchbiegung und den Probekörperabmessungen kann die belastungszeitabhängige Steifigkeit berechnet werden. Nach den SHRP-Kriterien besteht für Asphalte die Gefahr der thermisch-induzierten Rissbildung, wenn die Steifigkeit den Wert von 300 MPa überschreitet. Nach SHRP liegt die kritische Risstemperatur in der Praxis um 10 C niedriger

30 Verhalten bei tiefen Temperaturen Biegebalkenrheometer (BBR) 30

31 31 Verhalten bei tiefen Temperaturen Biegebalkenrheometer (BBR) Biegekriechsteifigkeit bei -16 C

32 32 Verhalten bei tiefen Temperaturen Biegebalkenrheometer (BBR) Temperatur bei T 300 MPa

33 33 Hinweise zur Extrahierbarkeit Zur vollständigen Rückgewinnung des Bindemittels aus Asphalt hat sich die Kaltextraktion mit Trichlorethylen als Lösemittel bei einer Extrahierzeit von mindestens 70 Minuten sowie einer Trocknungszeit von 20 Minuten als am wirkungsvollsten erwiesen. Abweichend vom sonstigen Regelwerk empfehlen wir auch bei der Schiedsanalyse die Verwendung von Trichlorethylen als Lösemittel.