Technische und wirtschaftliche Bewertung von Standardaufbauten mit Asphaltmischgütern aus Destillations- und polymermodifizertem Bitumen

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. R. Blab; Dipl.-Ing. Dr. M. Spiegl; Dipl.-Ing. Dr. L. Eberhardsteiner; Dipl.-Ing. Dr. W. Kluger-Eigl, A-Wien

Bei der Anwendung von Oberbaustandards bei der Dimensionierung von Asphaltstraßen werden die Gebrauchseigenschaften der Asphaltschichten in der Regel nicht berücksichtigt. Die Dickenfestlegung des bitumengebundenen Oberbaus erfolgt in Abhängigkeit von der erwarteten Verkehrsbelastung unabhängig von den tatsächlich ausgeführten Asphaltmischgut- und Bindemittelsorten. In der gegenständlichen Studie wird der Einsatz von Straßenbaubitumen und polymermodifizierten Bitumen (PmB) in den Asphaltmischgütern für zwei im Landes- und Gemeindestraßennetz typische Standardaufbauten technisch und wirtschaftlich bewertet. Die technische Bewertung erfolgt über eine rechnerische Dimensionierung unter Berücksichtigung maßgeblicher asphaltmechanischer Kenngrößen, die Wirtschaftlichkeit wird auf Grundlage einer  Lebenszykluskostenanalyse beurteilt. Es zeigt sich, dass der Einsatz von PmB-Asphalten auch in den Binder- und Tragschichten eine erhöhte strukturelle Lebensdauer sowie spätere Instandsetzungs- und Erneuerungsintervalle ermöglicht. Trotz höherer Investitionskosten können für den Baulastträger deshalb die Lebenszykluskosten von Asphaltstraßen mit PmB-Asphalten oft deutlich günstiger sein.

When applying pavement standards in the design of flexible roads, the performance characteristics of asphalt layers are in general not taken into account. The thickness of the bitumen-bound pavement layers are derived only in dependence of the expected traffic load, regardless of the specific asphalt mix and binder properties. In this study the use of non-modified (distillation) and polymer-modified bitumen (PmB) in asphalt layers of two flexible pavement types typically used in the rural and local road network is technically and economically assessed. The technical evaluation is carried out on the basis of a mechanistic pavement design method taking into account relevant asphalt mechanical characteristics, the economic efficiency is judged based on a life cycle cost analysis. It turns out that the use of PmB asphalt in the binder and base courses can significantly increase the structural life time of these pavements and subsequently lead to longer repair and renewal intervals. Therefore, despite higher investment costs for the road agency more favorable life cycle costs may result for flexible roads by using PmB asphalts.

Challenge infrastructure maintenance

Dr.-Ing. U. Zander, Bergisch Gladbach

Der Erhaltungsstau der deutschen Verkehrsinfrastruktur hat mittlerweile ein Maß erreicht, das zu spürbaren Problemen im Reise- und Güterverkehr führt. Insbesondere der Zustand der Brücken und der Straßen im nachgeordneten Netz ist offensichtlich nicht mehr als gut zu bezeichnen. Die Politik hat nach vielen Jahren, in denen die Schwerpunkte des Handelns und Investierens in anderen Bereichen gesehen wurden, nunmehr reagiert und stellt deutlich mehr Finanzen zur Verbesserung der Verkehrsinfrastruktur zur Verfügung. Dies zum Anlass zu nehmen, schlicht die baulichen Aktivitäten erheblich zu intensivieren, führt jedoch zu weiteren gravierenden Beeinträchtigungen der Verfügbarkeit des Verkehrsnetzes. Gefragt sind Anstrengungen, die zu einer Verbesserung der Qualitäten im Straßenbau und damit zu einer Verlängerung der Nutzungsdauern von Schichten und ganzen Befestigungen beitragen, um langfristig eine Reduktion der Beeinträchtigungen für den Verkehr zu erwirken.

The maintenance backlog in Germany's traffic infrastructure system has grown to the extent that it is now leading to tangible problems in both the passenger and freight transport sectors. In particular, the condition of bridges and roads on the subsidiary network can obviously no longer be described as good. For many years, politicians felt that action and investment were more  urgently required in other areas. Now, they are reacting to the current situation in the transport sector and are making much more money available for traffic infrastructure improvements. However, if this increased availability of funding is used to simply intensify construction work significantly, the result will be more serious reductions in the availability of the traffic network. What is needed now is a programme that will lead to an improvement in the quality of road construction measures and, therefore, to an extension of the service life of both individual courses and entire pavement structures in order to reduce hindrances to traffic in the long term.

Three-dimensional Modelling of the Temperature Behaviour of Hot-Mix Asphalt during Transportation

B. Falb M. Sc., Mörlenbach; D. Rott M. Sc.; Prof. Dr.-Ing. J. S. Bald, Darmstadt

Da der Baustoff Asphalt seine Verarbeitungskonsistenz und Verdichtungsfähigkeit nur bei sehr hohen Temperaturen erreicht, hängen die Verarbeitbarkeit und die Verdichtbarkeit wesentlich von der Mischguttemperatur beim Einbau ab. Um die Temperaturabnahme des Asphaltmischguts während des Transports von der Mischanlage bis zum Einbau möglichst gering zu halten, sollen spätestens ab 2019 in Deutschland bei allen Bundesvorhaben ausschließlich thermoisolierte Transportfahrzeuge verwendet werden. Dieser Beitrag stellt einen Einblick in die thermischen Prozesse im Asphaltmischgut während des Transports dar und gibt so die Möglichkeit, nähere Erkenntnisse über das Abkühlverhalten des Mischguts zu erhalten. Hierzu werden Modelle für das Abkühlverhalten des Mischguts im dreidimensionalen Fall aufgezeigt.

In order to build an asphalt pavement as high in quality and homogeneity as possible, the temperature of the hot mix is crucial. Therefore, the German Federal Ministry of Transport and Digital Infrastructure passed an announcement that stipulates from 2019 the use of insulated lorries for the transport of HMA for all federal construction projects. The following studie gives an insight into the thermodynamical process within the HMA and confirms that insulated lorries can ensure a higher homogeneity of HMA temperature during transportation. For this purpose, models for the temperature behaviour of the hot-mix asphalt are shown in the
three-dimensional case.

Effectiveness of Aggregates in Mastic Asphalt Mixtures on the Surface Layer Properties due to Long-Term Service Time and High Traffic Loading

Dr.-Ing. S. Böhm, T. Blumenfeld, M. Sc., Darmstadt;
Dipl.-Ing. M. Gerigk, Groß-Zimmern

Für die Oberflächeneigenschaften, wie Griffigkeit, Verschleißfestigkeit und Helligkeit, ist zumindest in der ersten Nutzungszeit in hohem Maße das verwendete Abstreumaterial verantwortlich, welches zum Abschluss des Einbaus auf Verkehrsflächen aus Gussasphalt aufgebracht wird. Um besonders gute Oberflächeneigenschaften, insbesondere gute Griffigkeiten, zu erhalten, werden hochwertige Gesteinskörnungen als Abstreumaterial verwendet. In der Regel werden polierresistente Gesteinskörnungen auch in dem Gussasphaltmischgut eingesetzt. Im Rahmen eines Forschungsprojektes sollte untersucht werden, ob nach langer Nutzungsdauer und hohen Verkehrsbelastungen die Gesteinskörnungen aus dem Gussasphaltmischgut einen signifikanten Einfluss auf die Griffigkeit haben oder ob das Abstreumaterial ausschlaggebend für die Oberflächeneigenschaften ist. Innerhalb der zu erwartenden Nutzungszeit nach den RPE-Stra 01 (bei Autobahnen: 19 Jahre) war Abstreumaterial auf den Gussasphaltstrecken vorhanden. Bei Strecken mit sehr langer Nutzungsdauer (> 20 Jahre) verbleibt das Abstreumaterial nicht über die gesamte Nutzungsdauer auf einer Gussasphaltdeckschicht, sodass die Gesteinskörnungen im Gussasphaltmischgut nach einer längeren Nutzungsdauer für die Oberflächeneigenschaften mit verantwortlich werden. Daher sollten zur Sicherstellung einer sehr langen Nutzungsdauer (> 20 Jahre) auch im Gussasphaltmischgut hochwertige und helle Gesteinskörnungen mit hohem Polierwiderstand verwendet werden. Kosteneinsparungen durch Verwendung von weniger polierresistenten Gesteinskörnungen im Asphaltmischgut sind in diesen Fällen nicht sinnvoll.

The properties of mastic asphalt surface layers such as friction, abrasion resistances and surface reflectivity, particularly at the initial service life of a pavement, are highly influenced by the type and quality of the chippings used. For better surface characteristics and skid resistance, high-quality aggregates should be used as chipping material. Usually chippings with high quality, skid and abrasion resistance are used for the mixture of mastic asphalt, which result in additional costs compared to ordinary chippings. This is only justified when the performance requirements of mastic asphalts have been met and effect positively the surface characteristics during the service life of the road. So far, the effectiveness of aggregate materials on the surface layer properties regarding long-term performance has not clearly been researched in many investigations. This research project was carried out in order to investigate the significant influences of aggregates in the mastic mixture on the friction properties under high traffic volume during service life as well as to judge whether the chippings remain crucial for the surface properties. The results of this research project confirm the necessity of using high or ordinary quality aggregates in the mixture. Unless and otherwise needed, the cost of materials for the mastic asphalt mixtures can be reduced in the future and the resources of expensive and high-quality aggregates will be spared.