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Bewertung des Kälteverhaltens von bitumenhaltigen Bindemitteln

Evaluation of low temperature properties of asphalt binders

Prof. Dr.-Ing. M. Radenberg, D. Twer, M. Sc., Dipl.-Ing. N. Nytus, Bochum
Dr.-Ing. M. Gehrke, Essen

Das Kälteverhalten bitumenhaltiger Bindemittel wird in Deutschland seit Jahrzehnten anhand des Brechpunktes nach Fraaß bewertet. Dabei ist seit Langem bekannt, dass die Untersuchungsergebnisse wenig präzise sind und dass der Brechpunkt nach Fraaß teilweise nicht den Bindemitteleinfluss auf das Kälteverhalten des Asphalts wiedergibt. Dies gilt in besonderem Maße für die mittlerweile vielfach eingesetzten modifizierten Bitumen. Mit der Beurteilung des Kälteverhaltens im Biegebalkenrheometer (BBR) ist ein großer Fortschritt in der Bindemittelcharakterisierung erzielt worden, obwohl hierbei ebenfalls relevante Kritikpunkte bekannt sind. Daher besteht neben der Verbesserung der Prüfung mit dem BBR das Bestreben, das Dynamische Scherrheometer (DSR) zur Analyse des Kälteverhaltens bitumenhaltiger Bindemittel einzusetzen. Neben dem Ansatz des 4-mm-Messsystems werden in dieser Veröffentlichung zwei weitere Ansätze vorgestellt. Einen praxisorientierten Ansatz zur Bewertung des Kälteverhaltens stellt die direkte Messung der Zugrelaxation bei konstanter Dehnung des Bindemittels dar. Die Validierung des Zug-Relaxations-Versuchs mit dem m-Wert zeigt, dass dieses neu entwickelte Prüfverfahren geeignet ist, das Relaxationsverhalten von Bitumen zu bewerten. Ein weiterer Ansatz zur Analyse des Kälteverhaltens bitumenhaltiger Bindemittel ist die dynamisch-mechanische Thermoanalyse (DMTA). Aufgrund der Spannungsverteilung erlaubt die  Festkörpereinspannvorrichtung rheologische Bindemitteluntersuchungen bis zur Glasübergangstemperatur. Darüber hinaus ist aufgrund der größeren Probekörper neben der reinen Bindemittelcharakterisierung auch die Untersuchung gröberer Komponenten, z. B. im Asphaltmastix, möglich.

In Germany, the low-temperature behaviour of asphalt binders has been evaluated by the Fraass breaking point for decades. It has long been known that the test results are not very precise and that the Fraass breaking point does not reflect the influence of the asphalt binder on the cold behaviour of the asphalt perfectly – especially regarding the widely used polymer-modified binders. With the evaluation of the low-temperature behaviour of asphalt binders with the bending beam rheometer (BBR) a great advance in the binder characterization has been achieved, however, points of criticism have also been known. Thus, beside the improving of the test method with the BBR, the aim is to use the dynamic shear rheometer (DSR) for the analysis of the low-temperature behaviour of asphalt binders. In addition to the approach of the 4 mm measurement system, two further approaches are presented in this publication. A practical approach is the direct measurement of the tensile relaxation of asphalt binders at constant strain with the tensile-relaxation test. The validation of this test method by the m value shows that this newly developed test method – with the advantage of a comparatively low sample quantity – is suitable for evaluating the relaxation behaviour of asphalt binders. A further approach for the analysis of the low-temperature behaviour of asphalt binders is the dynamic-mechanical thermal analysis (DMTA). Due to the stress distribution, the solid geometry of the DMTA permits rheological asphalt binder tests up to the glass transition temperature. Because of the larger sample dimensions, not only pure asphalt binders can be examined, but also coarser materials, e. g. asphalt mastic.

Fortschreibung des Regelwerks Asphalt – Schwerpunkte der Diskussion

Updating regulations relating to asphalt: focus of the discussion

Prof. Dr.-Ing. H.-H. Weßelborg, Münster

Die derzeit aktuellen Fassungen der Technischen Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen (TL Asphalt-StB 07/13) und der Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 07/13) basieren inhaltlich weitgehend noch auf den ZTV Asphalt-StB 01. Daher erfolgt derzeit eine inhaltliche Überarbeitung des asphalttechnologischen Regelwerkes. In dem vorliegenden Beitrag wird die hierbei bisher gewählte strukturelle und organisatorische Vorgehensweise zur Überarbeitung der Regelwerke innerhalb der FGSV vorgestellt. Außerdem werden Schwerpunkte der bisherigen inhaltlichen Diskussion und derzeitige Überlegungen zu einer grundsätzlichen Neustrukturierung des asphalttechnischen Regelwerkes dargestellt. In einem abschließenden Fazit wird der ursprünglich vorgesehene Zeitplan zur Überarbeitung des asphalttechnologischen Regelwerkes kritisch hinterfragt.

The content of the valid versions of the Technical Delivery Terms for Asphalt Mixture for the Construction of Road Pavements (TL Asphalt-StB 07/13) and the Additional Technical Terms of Contract and Guidelines for the Construction of Road Asphalt Pavements (ZTV Asphalt-StB 07/13) is largely based on ZTV Asphalt-StB 01. This is why the decision was taken to revise the content of these regulations. This paper will outline the structural and organizational approach adopted thus far within the FGSV to the revision of the regulations. In addition, the main focus of the discussions on content to date and current reflections regarding a fundamental restructuring of these technical regulations for asphalt will be presented. To conclude, the paper will take a critical look at the original schedule for the revision of the regulations.

 

 

Lärmarme Oberflächen bei Gussasphalt-Deckschichten

Low-noise pavements with mastic-asphalt

Prof. Dr.-Ing. K. Schellenberg, Rottweil

Eine Lärmreduzierung beim Einbau von Gussasphalt-Deckschichten erfolgt ausschließlich über die Abstreuung mit speziell hergestellten Abstreusplitten, die dauerhaft in die Gussasphaltoberfläche eingebunden sind und Fahrzeuglärm durch die erzeugte Mikrotextur reduzieren. Die hierbei erreichte Lärmminderung ist abhängig von Art, Form, Menge und der Struktur der in der Oberfläche des Gussasphalts eingebundenen Splitte. Wie die Ergebnisse der Testabschnitte auf einer Versuchsstrecke eines Autobahnviadukts in der Schweiz auf Antrag des Bundesamtes für Straßen (ASTRA) Bern (CH) zeigen, wirken sich die ausgewählten Abstreusplitte in den Kornklassen 1–3 bzw. 2–4 mm unterschiedlich auf die Lärmminderung aus. Bei Einsatz von herkömmlichen Natursteinsplitten der Kornklasse 2–4 mm wurden bezogen auf StL-86+ bei Mischverkehr mit 8 % Schwerverkehrsanteil nach 6-monatiger Befahrung Werte von –2,7 bis –2,8 dB (A) erreicht. Diese wurden bei Verwendung der Schmelzkammergranulatschlacke Scoral 1,2–2,8 mm mit Werten von –4,2 dB (A) noch deutlich übertroffen.

Noise reduction in road constructions using mastic asphalt are exclusively achieved by chipping with specially manufactured surface chippings, which are permanently integrated in the mastic asphalt surface and reduce noise by their microtexture. The achieved noise reduction is depending on type, shape and structure of the used chipping material. The results of the research project with test sections on a motorway-viaduct in Kerzers/Switzerland show that the selected chippings perform differently concerning the noise reduction. In case of mixed traffic with an 8 % share of heavy-duty traffic, with natural stone chippings (1–3 or 2-4 mm) a pavement performance value of –2.7 til –2.8 dB (A) and with SCORAL (1.2–2.8 mm, granular material from melting chambers) a pavement performance value of –4.2 dB (A) in comparison to StL-86+ is reached after 6 month of use.

Einfluss von Qualitätsunterschieden polymermodifizierter Bindemittel gleicher Sorte auf das mechanische Verhalten von Asphalten

The influence of polymer-modified binders of the same type but of different quality on the mechanical behaviour of asphalts

Dr.-Ing. M. Hase, Pinneberg

Das Ziel zweier Forschungsvorhaben [2] und [3] war es, herauszufinden, ob sich unterschiedliches rheologisches Stoffverhalten verschiedener polymermodifizierter Bindemittel gleicher Sorte von verschiedenen Herstellern auf das Verformungs-, Kälte-, Ermüdungs- und Steifigkeitsverhalten von Asphalten auswirkt. Für die Untersuchungen wurden drei Bitumensorten (25/55-55 A, 10/40-65 A, 40/100-65 A) von jeweils vier verschiedenen Herstellern verwendet. Es wurden zwei Asphaltdeckschichtvarianten (AC 11 D S, SMA 11 S) und eine Asphaltbinderschichtvariante (AC 16 B S) mit jeweils zwei verschiedenen Verdichtungsgradniveaus untersucht. Ferner wurden Asphalttragschichtvarianten (AC 22 T S) mit Bitumen der Sorte 25/55-55 A und 50/70 von je zwei Herstellern in analoger Weise untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Ansprache der Bindemitteleigenschaften belegen, dass signifikante Unterschiede in technischen Eigenschaften von Bitumen gleicher Sorte und unterschiedlicher
Hersteller in 90 % [2] und 74 % [3] der untersuchten Varianten vorhanden sind. Diese technischen (rheologischen) Unterschiede der Bitumen gleicher Sorte von verschiedenen Herstellern beeinflussen auch das Verformungs-, Kälte-, Ermüdungs- und Steifigkeitsverhalten von Asphalten.

The objective of the two research projects [2] and [3] was to find out whether the different rheological behaviour of a variety of polymer-modified binders of the same type but produced by different manufacturers has an impact on the deformation, cold, fatigue and stiffness behaviour of asphalts. Three types of bitumen (25/55-55 A, 10/40-65 A, and 40/100-65 A) were used for the tests. The samples of each type of bitumen were obtained from four different manufacturers. Two different types of asphalt wearing courses (AC 11 D S and SMA 11 S) and one type of asphalt binder course (AC 16 B S), each of which had two different levels of compaction, were tested. In addition, asphalt base course types (AC 22 T S) with bitumen types 25/55-55 A and 50/70 (each of which were obtained from two manufacturers) were also tested in parallel. The results of the binder property tests show that there were significant differences in the technical properties of bitumens of the same type made by different manufacturers in 90 % [2] and 74 % [3] of the variants examined respectively. These technical (rheological) differences in the same type of bitumen made by different manufacturers also influence the deformation, cold, fatigue and stiffness behaviour of asphalts.

Aktueller Stand zum Asphaltrecycling am Beispiel Hamburg

Actual State of Asphalt recycling in Germany stating the example of Hamburg

Dipl.-Ing. C. Denck, Hamburg

Seit über 30 Jahren ist die Wiederverwendung von Asphalt ein echtes Erfolgsmodell. Sie stellt die vorbildliche Umsetzung einer Kreislaufwirtschaft auf höchstem Wertschöpfungsniveau dar und übt nachweislich einen positiven Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Asphaltbauweise aus. Ökologisch und ökonomisch liegen die Vorteile des Asphaltrecyclings klar auf der Hand. Die Ausbeutung wertvoller Primärrohstoffe und damit verbundene umweltbelastende Transporte können deutlich reduziert und die langfristige Verfügbarkeit von Asphalt zu wettbewerbsfähigen Konditionen gewährleistet werden. Für den Straßenbaulastträger wird damit eine größtmögliche Wertschöpfung erzielt. Die Recyclinganteile von Ausbauasphalt liegen in Deutschland bereits auf hohem Niveau. Seit Jahren werden etwa 80 % des angefallenen Ausbauasphaltes bei der Heißmischgutherstellung wiederverwendet, wobei dem neuen Asphalt im Mittel über alle Asphaltmischgutarten ca. 20 % Ausbauasphalt zugegeben werden. Angestrebt wird, den Recyclinganteil weiter zu erhöhen auf 30 bis 50 % auch bei Deck- und Binderschichten. Die Aufgabenstellung der Zukunft wird dabei vor allem in der Wiederverwendung von Asphaltgranulaten der zweiten und dritten Generation mit stark gealterten bitumenhaltigen Bindemitteln liegen. Zielsetzung hier ist die Reaktivierung des Bitumens durch Zugabe von geeigneten Produkten, um die wertvollen Rohstoffe gemäß Kreislaufwirtschaftsgesetz wieder höchstwertig einsetzen zu können.

For 30 years asphalt recycling has been a success story. It sets an example showing the transition of a circuit economy to the highest level of creating value. It provably has a positive influence on the cost effectiveness related to the construction methods of asphalt. Ecologically and economically the advantages of asphalt recycling are obvious: first of all the exploitation of valuable primary raw materials, being therefore connected with environmental pollution due to their transports, can be notably reduced, and second the long-term availability of asphalt in competitively viable conditions will be guaranteed. For the provider of public easement the highest level of added value is therefore achievable. The shares of recycled material (talking of disassembled asphalt) already have risen to a fairly high level throughout Germany. Already during recent years 80 % of the accrued disassembled asphalt have been used in the asphalt hot mixtures. New asphalt defined as all possible sorts of asphalt mixtures contains an average of 20 % disassembled asphalt, though it is intended to raise this level up to 30 % or even 50 % in surface courses and base/asphalt intermediate courses. The definition of tasks in the future will primarily involve the recycling of asphalt granulates in the second and third generation, meaning that severely aged bituminous binders are to be reused. Here the goal is to reactivate the bitumen through the addition of appropriate products, so the valuable raw material can be applied in the highest possible order due to the Recycling Management Law.