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Schichtenverbund – Performanceprüfung und Auswirkung auf die Nutzungsdauer von Asphaltbefestigungen

Layer Bond – Performance Test and the Effect on Service Life of Asphalt Pavements

Prof. Dr.-Ing. habil. F. Wellner, Dipl.-Inf. U. Reinhardt, Dresden
Prof. Dr.-Ing. B. Hristov, Berlin

In diesem Beitrag wird in Ergänzung zur Veröffentlichung zum Deutschen Straßen- und Verkehrskongress 2016 die Auswirkung des Schichtenverbundes in Asphaltbefestigungen auf der Grundlage der versuchstechnischen Charakterisierung rechnerisch detaillierter abgeschätzt. Dabei wurden im Rahmen einer umfangreichen Studie verschiedene aus Versuchen ermittelte Funktionen zur Modellierung des Verbundes in verschiedenen Verbundebenen der Asphaltbefestigungen angenommen. Die Berechnungen wurden mithilfe des Finite-Elemente-Programmes SAFEM, entwickelt am Institut für Straßenwesen der RWTH Aachen [Oeser u. a. 2014], und unter Anwendung des Verfahrens der rechnerischen Dimensionierung nach den RDO Asphalt [RDO Asphalt]  vorgenommen. Die Abschätzung der Nutzungsdauer erfolgte ausschließlich auf der Grundlage des Ermüdungskriteriums an der Unterseite der unteren Asphalttragschichtlage. Weiterhin wurde unter Berücksichtigung dieser Methodik eine monetäre Bewertung für nicht vorhandene Verklebung, festgestellt nach Ausführung der Befestigung, für ausgewählte Beispiele vorgenommen. Die Untersuchungen zeigen, dass eine pauschale Minderungs- oder Abzugsregelung nur sehr schwierig vorgenommen werden kann. Minderungs- oder Abzugsregelungen auf rechnerischer Grundlage erscheinen in jedem Falle eine wesentlich fairere Bewertung zu ermöglichen.

In addition to the publication of the German Road and Transportation Congress 2016, the contribution of the layer bound in asphalt pavements on the basis of the experimental characterization is estimated more in detail. In the course of a comprehensive study, various functions determined from experiments for modeling the layer bound in different bond levels of asphalt pavements were assumed. The calculations were carried out by using the finite element programme SAFEM, developed at the Institute of Highway Engineering of RWTH Aachen [Oeser et al. 2014], and carried out using the method of ME pavement design according to the RDO Asphalt [RDO Asphalt]. The service life prediction was based solely on the fatigue criterion at the bottom of the lower asphalt base
course layer. Furthermore, taking into account this methodology, a monetary valuation for non-existent bond, determined after the pavement was build, was undertaken for selected examples. The investigations show that a blanket reduction or deduction is very complicated. Deductions on a basis of the results of a ME design calculations allow a much fairer valuation.

Das Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren

The Binder-Fast-Characterization-Test

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. M. P. Wistuba; M. Sc. J. Schrader, Braunschweig
Dr.-Ing. A. Alisov, Hofolding

Das Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren (BTSV) ermöglicht eine klare Differenzierung von modifizierten und nichtmodifizierten Bitumen für den Asphaltstraßenbau mithilfe des Dynamischen Scherrheometers im oberen Bereich der Gebrauchstemperatur. Es basiert auf dem historischen Erweichungspunkt Ring und Kugel (EP RuK), bei dem es bei komplexen Bitumen zu Widersprüchen und Fehlinterpretationen kommen kann. Die zwei Schlüsselparameter des BTSV sind die Temperatur TBTSV, für die der komplexe Schermodul G* = 15 kPa beträgt, sowie der dazugehörige Phasenwinkel δBTSV. Mit beiden Parametern können Bitumen rheologisch hinsichtlich ihrer Härte und ihrem Grad der Modifizierung differenziert werden. Das Verfahren kann ohne Voruntersuchung auch für nicht näher bekannte Bitumenproben angewendet werden und eignet sich daher nicht nur für die Wareneingangskontrolle und Bitumen-Typisierung, sondern auch, um das Alterungsverhalten von Bitumen zu beschreiben und für die Optimierung der Bitumendosierung im Rahmen des Asphalt-Recyclings.

With the Binder-Fast-Characterization-Test (BTSV, Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren, in German) plain and modified bitumen can be characterized in the high service temperature range. The method uses the Dynamic Shear Rheometer (DSR) and is based on the historical Softening Point Ring & Ball (SPR&B), which is unable to correctly characterize modified bitumen. The BTSV identifies two parameters for the rheological characterization of bitumen: the temperature TBTSV, where the complex shear modulus G* is equal to 15 kPa, and the corresponding phase angle δBTSV. These two parameters are used to discriminate different bitumen based on their stiffness and degree of modification. The procedure can be used for unknown bitumen and is very suitable for bitumen characterization. It can also be used to analyze the ageing and rejuvenating behaviour in the context of asphalt recycling.

Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert – Teil 1

Unbound granular layers for the road in the 21st century

Dr.-Ing. C. Kellermann-Kinner, Bergisch Gladbach
Dr.-Ing. M. Wolf, Dresden

Schichten ohne Bindemittel (SoB) haben durch ihre Lage eine zentrale Rolle im Straßenoberbau. Ihre Hauptaufgaben sind, die Lasten aus Verkehr schadlos in den Untergrund/Unterbau weiterzuleiten und Schäden aus Witterungseinflüssen zu verhindern. Bisher erfolgt der Aufbau von SoB rein empirisch. Damit dauerhafte SoB als Fundament für die Straße im 21. Jahrhundert dienen können, müssen heute die Grundlagen für zukünftige Entwicklungen gelegt werden. Der Arbeitskreis 6.3.1 „Infiltrationsverfahren, Merkblatt für Schichten ohne Bindemittel“ stellt sich diesen Herausforderungen. Es werden die Nachteile der heutigen Vorgehensweise beschrieben und Ziele für Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert formuliert. Der Fachbeitrag „Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert“ ist zweigeteilt. In Teil 1 geht es insbesondere um die Klärung der Fragen: „Wie viel Wasserdurchlässigkeit braucht die ToB?“ In Teil 2 (nächste Ausgabe der „Straße und Autobahn“) werden dann die Fragen behandelt: „Ist der Proctorversuch noch zeitgemäß?“ und „Reicht das Kriterium Feinkornanteil zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit?“

Unbound granular layers (SoB) have a central role in the road structure due to their location. Their main tasks are to pass on the traffic load harmlessly into the subsoil/subgrade and to prevent damage caused by weather conditions. So far, the structure of SoB is purely empirical. In order for lasting SoB to serve as the foundation for the road in the 21st century, the foundations for future developments must be laid today. Working group 6.3.1 “Infiltration method, Information sheet for unbound granular layers” addresses these challenges. Describing the disadvantages of today's approach are describing and objectives for unbound granular layers in the 21st century are formulated. The article “Unbound granular layers for the road in the 21st century” is divided into two parts. Part 1 deals in particular with the clarification of the questions: “How much water permeability does the ToB need?” In Part 2, the questions are then addressed: “Is the Proctor compaction still up-to-date?” And “Is the criterion of fines content sufficient to assess frost susceptibility?”

Unterschiedliche Bitumeneigenschaften während einer Bausaison und deren Auswirkung auf die Performance-Eigenschaften von Asphalt

Varying bitumen properties during a construction season and their impact on the performance properties of asphalt

Dr. N. Simmleit; Dr.-Ing. P. Sivapatham; Dipl.-Ing. H. Sacihan, Köln

In der zweiten Hälfte eines Kalenderjahres wurden 34 Bitumenproben 70/100 von 7 Lieferstellen genommen und mittels Metallanalysen auf ihre Provenienz untersucht. Durch die Bestimmung von konventionellen und rheologischen Eigenschaften in allen Labor-Alterungsstufen sollte geklärt werden, ob es Unterschiede zwischen Bitumenproben von verschiedenen Lieferstellen gibt. Mit zunehmender Alterung wird die Spannbreite des Erweichungspunktes Ring und Kugel (EP RuK) immer größer, während die Spannbreite der Nadelpenetration (PEN) immer kleiner wird. Mithilfe der konventionellen Parameter EP RuK und PEN ist es nicht möglich, ein unterschiedliches Alterungsv · erhalten von Bitumen 70/100 von verschiedenen Lieferstellen darzustellen. Frische (ungealterte) Bitumenproben zeigen nur sehr geringe Unterschiede in den mittels Dynamischem Scherrheometer (DSR) bestimmten rheologischen Eigenschaften. Mit zunehmender Laboralterung zeigen sich jedoch durch den Phasenwinkel bei 60 °C deutlich zwei Gruppen von Bitumenproben. Mit drei ausgewählten Markerbitumen wurden Asphalttragschicht-Mischgüter hergestellt und nach AL Sp-Asphalt 09 auf ihre Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es einen linearen Zusammenhang zwischen der Abnahme des Phasenwinkels bei 60 °C nach Kurzzeitalterung und der Lastwechselzahl NMakro bei ε = 0,05 ‰ aus der Ermüdungsfunktion gibt. Zwischen den Asphalttragschichten, hergestellt aus den Markerbitumen, wurde eine bis um den Faktor 3,2 unterschiedliche Lebensdauer festgestellt.

In the second half of a calendar year 34 samples of bitumen 70/100 were taken from 7 suppliers and investigated by metal analyses to determine the provenance. It should be found out by conventional and rheological analysis methods if there are differences between the bitumen samples of the different suppliers. With increasing ageing of the bitumen in the laboratory, the range of the softening point ring and ball (EP RuK) gets wider and the range of the needle penetration (PEN) gets smaller. It is not possible to show a different ageing behaviour of the investigated bitumen samples using the conventional parameters EP RuK and PEN. The unaged bitumen samples show only little differences in their rheological properties determined by dynamic shear rheometer (DSR). However, measuring the phase angle at 60 °C, it could be shown that the investigated bitumen samples separate into two groups with increasing ageing.  Asphalt base course was produced with three selected marker bitumen and investigated on stiffness and fatigue strength according to AL Sp-Asphalt 09. It could be shown that there is a linear correlation between the reduction of the phase angle at 60 °C after short-term ageing and the number of load cycles NMakro at ε = 0,05 ‰ gained from the fatigue curve. The life time of the asphalt base course materials produced with the marker bitumen differentiates by the factor 3,2.