Eignungsprüfung von Asphalt Prof. Dr.-Ing. Damm VSVI MVP am 19.Februar 2004
Gliederung Normale Eignungsprüfung Erweiterte Eignungsprüfung Wärmestandfestigkeit Griffigkeit Tieftemperatureigenschaften
Eignungsprüfung (EP) Definition: Prüfung des AN zum Nachweis/Beurteilung der Eignung der Baustoffe Baustoffgemisch für den vorgesehenen Verwendungszweck entsprechend den Anforderungen des Bauvertrages. Umsetzung der Qualitätsanforderungen in den Baustoff Auffinden der optimalen Zusammensetzung
Grundlagen für die Durchführung: Technische Regelwerke Angaben im Bauvertrag - ZTV Asphalt, ZTVT, ZTV BEA - VOB/C, DIN (z.b. DIN 1996) - TL (z.b. TL Min, TL PmB) - TP (z.b. TP Min) - Merkblätter (z.b für EP) - Bauklasse gem. RStO - besondere Beanspruchungen - topografische, klimatische Verh. - Mischgutart/-sorte - Bindemittelart/-sorte - Schicht-/Lagendicke
Durchführung Prüfzeugnis einer nach RAP-Stra anerkannten Prüfstelle Vorlage bei AG (AG kann EP ablehnen und andere, der Ausschreibung besser gerecht werdende EP verlangen)
zahlenmäßige Angabe in der EP = Soll-Wert Soll-Werte sind Grundlage für die Abnahme für bestimmte Soll-Werte dürfen Toleranzen der ZTV Asphalt/ZTVT berücksichtigt werden ohne Soll-Werte gelten die engen Grenzen der ZTV Asphalt / ZTVT!
ichtige Aussagen des Merkblatt für Eignungsrüfungen an Asphalt, 1998 Für jede Baumaßnahme ist die Eignung der Baustoffe und Baustoffgemische nachzuweisen Die Ergebnisse der EP werden Grundlage der Bausausführung, Abnahme und Abrechnung Bei gleichartigen Baumaßnahmen darf auf EP zurückgegriffen werden, die bis zu 2 Jahre alt sein können, wenn die Baustoffe sich nicht ändern
Schlussfolgerung: Für die Bauklassen III bis IV darf auf bewährte EP zurückgegriffen werden Für die BK SV, I und II müssen erweiterte EP durchgeführt werden Für den Ausschreibenden: Die Baumaßnahme muss detailliert im Bauvertrag beschrieben werden, z.b. besondere Beanspruchungen ( Spurverkehr) und klimatische Verhältnisse ( Waldlage oder Südhanglage)
Für den AN = Baufirma: Der AN muss die Angaben des Bauvertrages exakt an den Asphaltlieferanten weitergeben, will er nicht seiner etwaigen Ansprüche verlustig gehen. Der AN ist als Fachfirma im vollen Umfang für die EP verantwortlich. Wird keine EP vorgelegt, dann gelten die strengeren Regelungen der ZTV Asphalt bzw. ZVT T Für den Asphalthersteller: Sofern ihm die besonderen Randbedingungen der Baumaßnahme bekannt sind, übernimmt er die volle Verantwortung dafür, dass der Asphalt für den vorgesehenen Verwendungszweck geeignet ist
Was muß bei der EP alles berücksichtigt werden? Gültiges technisches Regelwerk, u.a ZTVT und ZTV Asphalt Spezielle Anforderungen des Bauvertrages, z. B. Art des Bindemittels Dauerhaftigkeit Beurteilung durch Fachmann: Bindemittelgehalt, Hohlraumgehalt, Bindemittelart Wärmestandfestigkeit Spurbildungsversuch, Dynamischer Druckschwellversuch für beide liegen Techn. Prüfvorschriften vor Tieftemperaturverhalten Beurteilung über das Bindemittel: Biegebalkenrheometer oder Brechpunkt nach Fraass
Verdichtbarkeit Arbeitsanleitung für die Bestimmung der Verdichtbarkeit von Walzasphalten mit Hilfe des Marshallverfahrens Griffigkeit PSV-Wert Prognoseverfahren nach Wehner / Schulze Helligkeit: Leuchtdichte q o, z.b. q o > 0,09 Messverfahren nach Range
Normale Eignungsprüfung 1. Wahl einer Sieblinie 2. Herstellen von Marshallprobekörpern mit Variation des Bindemittelgehalten in Schritten von 0,3 bis 0,5 M.-% 3. Festlegen des optimalen Bindemittelgehaltes
Volumetrische Betrachtung Gleiche Hbit Werte können trotz unterschiedlicher HM,bit Werte mit unterschiedlichen Bindemittelvolumen BV erreicht werden. H bit =3 Vol.-% H M,bit = 20 Vol.-% B V = 17 Vol.- % B V = 15 Vol.-% H M,bit = 18 Vol.-%
Optimaler Bitumengehalt Hohlraumgehalt H M,bit H bit sehr starker Verkehr optimaler Bitumengehalt schwacher Verkehr Bitumengehalt
19 Einfluß des Bindemittelgehaltes auf den fiktiven Hohlraum des Mineralstoff- gemisches im Marschallprobekörper HM,bit [Vol-%] 18 17 16 15 14 Mischung a Mischung b Mischung c 3 4 5 6 7 8 Bitumen [M-%]
Beispiel : Asphaltbeton 0/11 S Bindemittelgehalt [M.-% ] 2,46 2,45 2,44 Raumdichte [ g/cm ³ ] 2,43 2,42 2,41 2,4 2,39 2,38 Offen Dicht 2,37 2,36 5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,4 6,6 6,8 7
Hohlraumgehalt 7,5 7,0 Hohlraumgehalt [ Vol.-% ] 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Offen Dicht 0,0 5,3 5,5 5,7 5,9 6,1 6,3 6,5 6,7 6,9 Bindemittelgehalt [M.-% ]
Fiktiver Hohlraumgehalt des Mineralhaufwerkes 22,0 21,5 21,0 20,5 20,0 HMbit [ Vol.-% ] 19,5 19,0 18,5 18,0 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 Offen Dicht 5 5,3 5,6 5,9 6,2 6,5 6,8 Bindemittelgehalt [ M.-% ]
90,0 Hohlraumfüllungsgrad Hohlraumfüllungsgrad [ % ] 80,0 70,0 81 76 Offen Dicht 60,0 5 5,3 5,6 5,9 6,2 6,5 6,8 Bindemittelgehalt [M.-% ]
Bindemittelvolumen 18,00 Bindemittelvolumen [ Vol.- % ] 17,00 16,00 15,00 14,00 13,00 Offen Dicht 12,00 5 5,3 5,6 5,9 6,2 6,5 6,8 Bindemittelgehalt [M.-% ]
Fazit: Bei der normalen Eignungsprüfung nach Marshall sollte die optimale Bindemittelbemessung nach einer volumetrischen Betrachtung erfolgen. Dabei sind gegeneinander abzuwägen: - Hohlraumgehalt Hbit - Hohlraumgehalt Mineralstoffgemisch H Mbit - Hohlraumfüllungsgrad - Bindemittelvolumen
Empfohlene Asphalttechnologische Kenngrößen Tragschich t Asphaltbinder Asphaltbeton Splittmasti ohlraumgeh.[ Vol.-% ] 5 5 4 3,5 Hohlraumgehalt des ineralstoffhaufwerkes [ Vol.- % ] - > 15 18 bis 20 18,5 bis 21 Bindemittelvolumen [ Vol.-% ] > 9 > 10 14 bis 16 > 15 ohlraumfüllungsgrad [ % ] 62 bis 70 64 bis 70 76 bis 81 80-82
Wärmestandfestigkeit: Spurbildungsversuch
Lamellenverdichter 4 3 2 1 5 1 Asphalt 2 Lamellen 3 Hydraulikstempel 4 Verdichtungswalze 5 Grundform 6 Wagen 3 6 Absenkung der Verdichtungswalze pro Überrollung 0-10 mm Asphaltmengen: 4 cm Plattenstärke ~ 8000 g 6 cm Plattenstärke ~ 12000 g 8 cm Plattenstärke ~ 16000 g
Spurbildungstest bei 50 C Stahlrad Gewicht Antrieb Asphaltplatte Wasserbad Stahlrad: Durchmesser: 203,5 mm Breite: 47,0 mm Radlast: 700 N Spurtiefe [ mm ] 8 7 6 5 3 2 1 nicht standfest standfest 10000 20000 Prüfbedingungen: Temperatur: 50 C Überrollungen: 20000 ( 53 min -1 ) Rollstrecke: ~ 230 mm Rollgeschwindigkeit: max 1,15 km/h Belastungsdauer: ca. 0,1 s im Prüfprofil Die Spurtiefe ist ein Maß für die Standfestigkeit von Asphalten.
Für die Optimierung einer Mischgutzusammensetzung für besonders beanspruchte Bauwerke, z.b. komplizierte Brückenbeläge, die sowohl wärmestandfest als auch rissunempfindlich sein sollen, sind nur dynamische Prüfungen wie der dynamische Druckschwellversuch oder der dynamisch Stempeleindringversuch geeignet.
ynamischer Laststempel Temperaturfühle Probekörpe
Splittmastixasphalt 0/11 S 25,0 Dehnungsrate Eps [10-4 o /oo / n] 20,0 15,0 10,0 5,0 KGV 2 KGV 1 0,0 6,5 7,0 7,5 Bindemittelgehalt B [M-%]
40 Dehnungsrate Eps [10-4 o /oo / n] 35 30 25 20 15 Kalksteinmehl, SI = 2,0:1 Spezialfüller, SI = 1,3:1 10 70 75 80 85 90 Hohlraumausfüllungsgrad HBF [%]
Griffigkeitsprognose Zwei Verfahren PGM-Gerät nach Gauer 1 Gerät in Deutschland PWS Wehner / Schulze 30 Jahre Erfahrung TU Berlin 9 Geräte in Deutschland Bewertungshintergrund
Poliereinrichtung Messeinrichtung Für die Griffigkeit
Polierrollen Anpressdruck 0,7 bar Prüfkörper
Poliervorgang Unter Wasserzugabe und Schleifmittel
Messgummi Griffigkeitsmessung Nach den verschiedenen Polierstufen
a= Nullmessung vor dem Polieren b= Messung nach dem 1.Poliergang c= Messung nach dem 2.Poliergang d= Messung nach dem 3.Poliergang
Griffigkeitsverlauf Asphaltbeton 0/11S µpws 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Stufe 2 sandgestrahlter Probekörper Stufe 3 SV I x 1000 Überrollungen
Biegebalken Rheometer Steifigkeit nach 2 Stunden Bei einer um 10 C niedrigeren Temperatur Deflection δ(t) Luftlagerung ntrol and ta Aquisition umen Beam Lastzelle Flüssigkeitsbad 8 15 30 60 120 240 Log Loading Time, t (sec) Thermometer St () = 3 PL 3 4bh δ () t Log Creep Stiffness, S(t) Steigung= m-we 8 15 30 60 120 240 Log Loading Time, t (sec)
Beurteilung des Tieftemperaturverhaltens Die Prüfung des Tieftemperaturverhaltens von Asphalten ist versuchstechnisch sehr aufwendig. Hilfsweise beschränken wir uns daher auf die Prüfung der Tieftemperatureigenschaften des Bindemittels, die maßgeblich sind für Tieftemperatureigenschaften des damit hergestellten Asphalt
Prüfung der Tieftemperatureigenschaften Brechpunkt nach Fraas: große Prüfstreuung, insbesondere bei PmB Biegebalkenrheometer: kleine Prüfstreuung teure Prüfung
Anforderungen in Deutschland Steifigkeit bei 16 C: < 300 MPa m - Wert: > 0,3 Dann ist davon auszugehen, dass bei 26 C keine Risse infolge Thermisch induzierter Spannungen In der Asphaltbefestigung auftreten
-20-22 Bruchtemperatur Asphalt C -24-26 -28-30 y = 0,67x - 17,82 R 2 = 0,9967-32 -34-25 -20-15 -10-5 0 Bruchtemperatur Bindemittel C
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