Einsatz von Thermomulden im kommunalen Straßenbau 8. Detmolder Verkehrstag 22.06.2017 Marcel Gierse M.Sc. Corrensstraße 25 fon +49 (0)251-83 65106 marcel.gierse@fh-muenster.de D-48149 Münster fax +49 (0)251-83 65409 www.fh-muenster.de
Inhalt Anforderungen an die Mischguttemperatur Einsatz von Thermomulden auf Bundesfernstraßen Untersuchungen im kommunalen Straßenbau Verlauf der Asphaltmischguttemperatur Homogenität der Asphaltmischguttemperatur Thermografieaufnahmen der Transportmulden Einbauqualität Fazit 2
Anforderungen an die Mischguttemperatur Warum werden Thermomulden eingesetzt? Die Nutzungsdauer einer Straße hängt u.a. von der Einbautemperatur des Asphaltmischgutes ab. Anforderungen der ZTV Asphalt-StB an die höchste und niedrigste Asphaltmischguttemperatur Problem: relativ geringe Spannweiten von 30 C bis 40 C 3
Anforderungen an die Mischguttemperatur Einbautemperatur und Temperaturhomogenität Untersuchungen des Staatlichen Straßenamtes von Schweden zeigen einen Zusammenhang zwischen der Asphaltmischguttemperatur und der erzielbaren Raumdichte (vgl. Anderson, Conny / Krigsman, Bengt: Thermografischer Test von Asphaltbelägen. In: Die Asphaltstraße, 1993, Heft 8, S. 18-24.). Untersuchungen des amerikanischen National Cooperative Highway Research Program (NCHRP Report 441 ) zeigen eine Zusammenhang zwischen der Temperaturhomogenität und asphalttechnologischen Kennwerten (vgl. Stroup-Gardiner, M. / Brown, E. R.: Segregation in Hot-Mix-Asphalt Pavements. NCHRP Report 441, National Academy Press, Washington, D.C., 2000.). 4
Einsatz auf Bundesfernstraßen Bisherige Erkenntnisse Positive Erfahrungen zum Einsatz von Thermomulden im Rahmen des Projektes PAST (Prozesssicherer automatisierter Straßenbau) RS vom 18.10.2013: Einsatzankündigung von Maßnahmen zur Steigerung der Asphalteinbauqualität stufenweiser Einsatz von Thermomulden auf Bundesfernstraßen Stufe 1 2 3 herzustellende Asphaltfläche > 18.000 m² bis < 60.000 m² > 18.000 m² alle Asphaltflächen Anwendung 01.01.2015 31.12.2016 01.01.2017 31.12.2018 ab 01.01.2019 erste Untersuchungen auf Bundesfernstraßen versprechen einen positiven Einfluss auf dem Transportweg (5 C bis 12 C) 5
Einsatz auf Bundesfernstraßen Übertragbarkeit der Ergebnisse Straßenbau auf Bundesfernstraßen Kommunaler Straßenbau 6
Untersuchungen im kommunalen Straßenbau Ziele der Untersuchungen Welchen Einfluss haben thermoisolierte Mulden im kommunalen Straßenbau auf den Temperaturverlauf des Asphaltmischgutes beim Transport und Einbau gegenüber konventionellen Mulden? die Homogenität der Asphaltmischguttemperatur beim Transport und Einbau? die Einbauqualität (Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt der Asphaltschichten)? Dokumentation des Verlaufs der Asphaltmischguttemperatur von der Asphaltmischanlage bis hin zum Einbau mit dem Straßenfertiger auf kommunalen Straßenbaustellen im Münsteraner Stadtgebiet 7
Untersuchungen im kommunalen Straßenbau Untersuchungsstrecken Am Kreuztor Kanalstraße / Neubrückentor Isolde-Kurz-Straße / Mörikestraße Baumaßnahme Rüschhausweg Asphaltmischgutsorte AC 8 D S 50/70 AC 22 B S 30/45 AC 8 D S 50/70 AC 22 B S 30/45 AC 8 D S 50/70 AC 8 D S 25/55-55 Einbautag 11./12.08.15 (nachts) 12./13.08.15 (nachts) 13./14.08.15 (nachts) 24.11.15 25./26.11.15 25.11.15 Witterungsbedingungen trocken, 20-22 C trocken, 18-20 C trocken, 21-25 C bewölkt, 3-4 C sonnig, 4-7 C Nieselregen, 5-6 C Einbaufläche ca. 1.850 m² ca. 1.570 m² ca. 1.570 m² ca. 1.440 m² ca. 2.440 m² ca. 1.380 m² 8
Untersuchungen im kommunalen Straßenbau Untersuchungsdurchführung Messung der Asphaltmischguttemperatur an der Asphaltmischanlage, im Materialbehälter des Straßenfertigers, auf der eingebauten Asphaltschicht Thermografieaufnahmen der Muldenwände, der eingebauten Asphaltschichten, des Asphaltmischgutes an der Mischanlage Messung der Raumdichten mittels Isotopensonde Bohrkernuntersuchungen im Labor 9
Verlauf der Asphaltmischguttemperatur Messung der Asphaltmischguttemperatur Beispiel: Fahrzeug Nr. 2 Messung an der Asphaltmischanlage 1. Messung 178,3 C 2. Messung 187,7 C 3. Messung 181,2 C 4. Messung 184,8 C Messergebnis Asphaltmischanlage 183,0 C Messergebnis Materialbehälter (Fertiger) Fahrzeug Nr. 1 Temperaturverlauf -18,3 C Fahrzeug Nr. 2 Temperaturverlauf -14,7 C 168,3 C Fahrzeug Nr. 3 1. 2. 3. 4. Temperaturverlauf -24,3 C mittlerer Temperaturverlauf -19,1 C 10
Verlauf der Asphaltmischguttemperatur Messergebnisse AC 8 D S: geringere Temperaturverluste des mit Thermomulden transportierten Asphaltmischgutes im Vergleich zu konventionellen Mulden von bis zu 8,7 C (Mittelwert zwischen der Asphaltmischanlage und der eingebauten Asphaltschicht) AC 22 B S: kein Unterschied im Temperaturverlauf zwischen den Transportmulden große Spannweiten der Temperaturverläufe von über 50 C zwischen dem Materialbehälter (Fertiger) und der eingebauten Schicht mögliche Ursache: Kombination einer Temperaturheterogenität des Asphaltmischgutes, punktuelle Messungen mit dem Einstechthermometer und eine geringe Anzahl an Fahrzeugen je Untersuchungsstrecke Der genaue Einfluss der Thermomulden auf den Verlauf der Asphaltmischguttemperatur ist deshalb nicht definierbar. 11
8,5 C Homogenität der Asphaltmischguttemperatur Thermografieaufnahmen der eingebauten Asphaltschicht Messung der Verteilung der Oberflächentemperatur quer zur Einbaurichtung 161,1 C 152,6 C 12
33,1 C Homogenität der Asphaltmischguttemperatur Thermografieaufnahmen der eingebauten Asphaltschicht große Differenzen, nicht nur bei den konventionellen Mulden 149,3 C 116,2 C 13
Homogenität der Asphaltmischguttemperatur Thermografieaufnahmen der eingebauten Asphaltschicht Thermomulden AC 8 D S konventionelle Mulden AC 8 D S Thermomulden AC 22 B S konventionelle Mulden AC 22 B S Differenz der Oberflächentemperaturen [ C] Mittelwert Maximum Minimum 17,7 26,6 10,4 25,2 47,2 7,9 22,0 33,1 7,3 27,7 52,1 15,6 Temperaturheterogenität bei beiden Muldenarten kleinere mittlere Differenzen und Spannweiten bei den Thermomulden Einfluss der Witterungsbedingungen nicht nachweisbar 14
Homogenität der Asphaltmischguttemperatur Thermografieaufnahmen der eingebauten Asphaltschicht Der Verlauf der Asphaltmischguttemperatur ist nicht nur von der Art der Transportmulde abhängig. Übergang im Bereich des Fahrzeugwechsels Auskühlendes Asphaltmischgut im Materialbehälter des Fertigers 15
Thermografieaufnahmen der Transportmulden Vergleich Thermomulden konventionelle Mulden < 30 C 60 C 100 C Thermomulde konventionelle Mulde 16
Thermografieaufnahmen der Transportmulden Thermomulde Thermomulde umgerüstete Bestandsfahrzeuge keine Thermoisolation des Muldenbodens Neufahrzeuge (ab 01.01.2016) Thermoisolation des Muldenbodens 17
Thermografieaufnahmen der Transportmulden Konstruktionsbedingte Wärmebrücken 18
Einbauqualität Messungen mit der Isotopensonde Differenz des im Mittel erzielten Verdichtungsgrades der Thermomulden im Vergleich zu den konventionellen Mulden positiver Einfluss der Thermomulden ist nur indirekt gegeben höhere Einbautemperatur größerer Verdichtungsgrad Verdichtungsgrad ist neben der Einbautemperatur von weiteren Faktoren abhängig Anzahl der Walzübergänge Witterungsbedingungen stichpunktartige Laboruntersuchungen (Bohrkerne) bestätigen die Ergebnisse 19
Fazit insgesamt: positiver Einfluss der Thermomulden auf den Temperaturverlauf im Detail aufgrund der großen Spannweiten von über 50 C nicht immer nachweisbar Ursache: Kombination der Temperaturheterogenität des Asphaltmischgutes, punktuelle Messungen mit dem Einstechthermometer und geringe Anzahl an Fahrzeugen je Untersuchungsstrecke Empfehlung: Untersuchungen auf einer größeren, zusammenhängenden Baumaßnahme wiederholen Thermografieaufnahmen: geringere Differenzen der Oberflächentemperaturen (eingebaute Schicht) bei den Thermomulden deutlich niedrigere thermische Konvektion der Thermomulden höhere Verdichtungsgrade i.d.r. bei der Transportmulde mit höheren Einbautemperaturen 20
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!