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Bewertungshintergrund für den Widerstand gegen Polieren (Polierprüfung und Petrografie) Teil 1: Prüfverfahren PWS

Valuation background on the polishing resistance of aggregates according to the PWS method (polishing test and petrography) Part 1: PWS method

Dipl.-Geol. B. Dudenhöfer, Berlin

In den Jahren ab 1959 wurde an der Technischen Universität Berlin von B. Wehner und seinem Assistenten K.-H. Schulze eine Prüfeinrichtung entwickelt, mit der die Polierresistenz von groben und feinen Gesteinskörnungen ermittelt werden konnte. Mit dieser Prüfeinrichtung wurde eine Vielzahl von Forschungsprojekten abgewickelt und grundlegende Erkenntnisse zum Polierverhalten von Gesteinskörnungen gewonnen. Zwei wichtige Erkenntnisse waren, dass der Polierwiderstand eines Gesteins von der Korngröße abhängt und dass die Griffigkeit einer Fahrbahndeckschicht nicht im Wesentlichen von der Polierresistenz der groben Gesteinskörnung, sondern von der Polierresistenz des gesamten Gesteinskörnungsgemisches beeinflusst wird. Dies widerspricht der derzeitigen Praxis, das Merkmal „Griffigkeit“ bei der Konzeption von Baustoffgemischen für Fahrbahndeckschichten aus Asphalt und Beton über den PSV der Gesteinskörnung 8/10 prognostizieren zu wollen. Ende der 1990er-Jahre waren die noch existierenden Prüfeinrichtungen nicht mehr gebrauchstauglich. Dies bewog 1999 dazu, einen modernisierten Nachbau unter Beibehaltung wesentlicher Maschinenparameter durchzuführen. Bei Vergleichsuntersuchungen stellte sich heraus, dass mit den Prüfeinrichtungen der 2. Generation ein abweichendes Messwerteniveau ermittelt wird. Um den Bewertungshintergrund und die daraus abgeleiteten Anforderungswerte weiter nutzen zu können, musste dieser auf die neue Gerätegeneration übertragen werden. Durch Untersuchungen an unterschiedlichen Prüfkörnungen verschiedener Gesteine im Rahmen eines FE-Projektes [1] wurde der Erwartungsbereich für die Polierwerte PWS ermittelt und ein Bewertungshintergrund aufgestellt. Durch Vergleichsuntersuchungen an Rückstellproben aus der TU Berlin konnte für die Prüfkörnungen 8/11 und 0,2/0,4 mm eine direkte Übertragung des Bewertungshintergrundes auf die aktuelle Gerätegeneration vorgenommen werden. Die Unterschiede in den Messwerteniveaus zwischen den Gerätegenerationen wurden quantifiziert. Um einen aktuellen Vergleich zwischen den Polierverfahren PWS und PSV herzustellen, wurden Gesteinskörnungen aus Lagerstätten in die Untersuchungen aufgenommen, die auch in einer parallel laufenden PSV-Forschungsarbeit genutzt wurden. Für die 2. Gerätegeneration der Prüfanlage Wehner/Schulze wurde somit erstmalig ein Zusammenhang zum Polierverfahren PSV hergestellt.

In the years since 1959, B. Wehner and his assistant K.-H. Schulze developed a testing device at the Technical University of Berlin that could determine the polishing resistance of coarse and fine aggregates. With this test facility, a large number of research  projects were carried out and basic findings on the polishing behavior of aggregates were obtained. Two of the most important findings were that the polishing resistance of a rock depends on the grain size and furthermore that the grip of a road surface layer is not substantially influenced by the polishing resistance of the coarse aggregate, but by the polishing resistance of the entire aggregate mixture. Forecasting the feature "grip" in the concept of construction material mixtures for pavement layers of asphalt and concrete on the PSV of the aggregate 8/10 contradicts current practice. By the late 1990s, however, these extant testing devices were no longer fit for use. This prompted the university in 1999 to create an updated redesign that retained the essential machine parameters. Comparison studies demonstrated that a deviating measured value level results from the 2nd generation testing devices. In order to continue to use the valuation background from numerous research projects and the specification values derived thereof, this background had to be transferred to the new device generation. Tests on different test grit sizes of different rocks determined the expectancy range for the PWS polished stone values and thus established a valuation background. The comparison studies on TU Berlin’s reference samples could directly transfer the existing specification values to the current device generation for the 8/11 and 0.2/0.4 mm test grit sizes. It was possible to quantify the differences in the measured value levels between the device generations. Despite this change, the spread of the polished stone values remains the same. In order to make a current comparison between the PWS and PSV polishing methods, aggregates were taken from deposits that were also used in a parallel PSV research project. For the first time, a correlation with the PSV polishing method was established for the 2nd device generation of the Wehner/Schulze testing device. Because of these tests, it is recommended to adapt the existing specification value for the polishing resistance of fine aggregates in road surface course layers made of concrete and secure the proposed specification values for the coarse aggregates with a data collection.

Bewertungshintergrund für den Widerstand gegen Polieren (Polierprüfung und Petrografie) Teil 2: Petrografie

Valuation background on the polishing resistance of aggregates according to the PWS method (polishing test and petrography) Part 2: Petrography

Dr. rer. nat. F. Röthlisberger , CH-Dompierre

In Verbindung mit zwei Forschungsvorhaben, die in Deutschland von der FGSV initiiert wurden, wurde eine ergänzende Forschung von dem Fachverband der  Schweizerischen Kies- und Betonindustrie unterstützt, um einen Zusammenhang zwischen Petrografie und Polierwiderstand zu finden. Bei bisherigen  Forschungen konnte keine Korrelation zwischen der genetischen Petrografie und dem Polierwiderstand eines Gesteins gefunden werden. Welche mineralogischen Eigenschaften lassen sich gegebenenfalls für den neuen Versuch einer Korrelation nutzen? Naheliegend erscheint es, das Abnutzungsverhalten der Mineralien für eine Unterscheidung heranzuziehen. Tourenq und Fourmaintraux (1971) haben ein interessantes Konzept des „Härtekontrastes“ entwickelt. Das Konzept des Härtekontrastes basiert auf dem Unterschied zwischen der Härte des häufigsten Minerals und der Härte der übrigen Mineralien. Dieses Konzept stellt die Basis für die Korrelation zwischen Polierwiderstand und Mineralogie dar. Demnach basiert die Bestimmung des Polierwiderstands, sei es beim PSV oder beim PWS, prinzipiell auf der Ermittlung der differenziellen Abnützung der gesteinsbildenden Minerale.  Ein differenzieller Polierwiderstandskoeffizient lässt sich mit diesem Prinzip berechnen. Die Lithologien mit den höchsten differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten weisen die höchsten PWS-Werte auf. Der Reibwiderstand von kompakten Lithologien nimmt mit zunehmendem Härteunterschied linear zu. Die Korrelation zwischen den PWS-Messwerten und den dazugehörigen mineralogischen Zusammensetzungen weist darauf hin, dass eine relativ genaue und einfache Theorie aufgrund von mineralogisch-petrografischen Grössen für die Polierresistenz denkbar wäre. Dies sollte auch für den PSV wie wahrscheinlich auch für bestimmte Messungen in situ (SCRIM, SKM) gelten. Die Existenz einer brauchbaren Theorie bringt Vorteile für das PWS und für das PSV-Verfahren. Es hilft bei der Interpretation der Messresultate. Ausserdem können Abweichungen und Ausreisser erklärt werden.

In conjunction with two research projects initiated by the FGSV in Germany, additional research was supported by the Association of the Swiss Gravel and Concrete Industry (FSKB) in order to find a connection between petrography and polishing resistance of aggregates. In previous research, no correlation could be found between genetic petrography and the polishing resistance of a lithology. Which mineralogical properties would be suitable for this new attempt to find a correlation? It seems obvious to consider the wear resistance of the minerals for a distinction. Tourenq and Fourmaintraux (1971) have developed an interesting concept of "hardness contrast". The concept of hardness contrast is based on the difference between the hardness of the most common mineral and the hardness of the remaining minerals. This concept forms the basis for the correlation between polishing resistance and mineralogy. Accordingly, the determination of the polishing resistance, measured with the PSV-testing method as well as with the PWS-apparatus, is based in principle on the determination of the differential wear of the rock-forming minerals. A differential polishing resistance coefficient can be calculated using this principle. The lithologies with the highest differential polishing resistance coefficients have the highest PWS values. The frictional resistance of compact lithologies increases linearly with increasing hardness difference. The correlation between the PWS measurements and the associated mineralogical compositions indicates that a relatively accurate and simple theory, based on mineralogical-petrographic parameters, would be feasible for the polishing resistance of aggregates used in road pavements. This should also apply to PSV as well as to certain measurements in Situ (SCRIM, SKM). The existence of a suitable theory represents a significant improvement for the PWS and the PSV methods. It is useful for the interpretation of the measurement results. In addition, deviations and outliers can be explained.

Erfahrungsbericht über die Erprobungsstrecke in Betonbauweise mit Waschbetonoberfläche auf der BAB A 5 unter Verwendung von gebrochenem Kies des Oberrheins (Alpine Moräne Edelsplitt)

An experience report on the test section built of exposed aggregate concrete on BAB A 5 using crushed gravel from the Upper Rhine (alpine moraine)

Dr.-Ing. L. Chakar, Ostfildern
Dr.-Ing. V. Hartmann, Iffezheim
Dipl.-Geol. P. Schlager, Karlsruhe
Dipl.-Ing. M. Schmitz, Iffezheim

Anfang 2006 wurde die Betonbauweise mit Waschbetonoberfläche als Referenzbauweise für lärmmindernde Betonfahrbahndecken auf Bundesfernstraßen in Deutschland eingeführt. Bei dieser Bauweise erfolgt die Texturierung der frischen Betonfahrbahnoberfläche durch das Entfernen des Oberflächenmörtels und  Freilegung der Gesteinskörnungen an der Oberfläche. Daher wurde eine spezielle Betonrezeptur mit erhöhtem Zementgehalt unter Verwendung gebrochener grober Gesteinskörnungen konzipiert. Um Langzeiterfahrungen mit der neuen Betonrezeptur und der Waschbetonoberfläche unter Verwendung von  gebrochenem Kies des Oberrheins (Alpine Moräne Edelsplitt) zu gewinnen, wurde im Sommer 2007 eine Erprobungsstrecke auf der BAB A 5 gebaut. Ende des Jahres 2015 wurde der Oberflächenzustand dieser Erprobungsstrecke im Rahmen einer Ortsbegehung (8,5 Jahre nach Verkehrsfreigabe) hinsichtlich einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) visuell begutachtet sowie anhand von Bohrkernen aus der Erprobungsstrecke analysiert. Bei der Bewertung der Erprobungsstrecke mit Waschbetonoberfläche wurden auch die systematisch erfassten Daten der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) für diesen Abschnitt aus dem Jahr 2015 hinsichtlich der Ebenheit, Griffigkeit und der Substanzmerkmale Oberfläche berücksichtigt.

In early 2006, the concrete road pavement with exposed aggregate concrete was introduced as a reference design for noise-reducing concrete pavements on Federal Highways in Germany. In this design, the fresh concrete surface texturing is done by removing the surface mortar and exposure of the aggregates to the surface. Therefore a special concrete recipe was designed with increased cement content and crushed coarse aggregates. In order to gain long-term experience with the new concrete recipe and the exposed aggregate concrete using crushed gravel from the Upper Rhine (alpine moraine), a test section was built in summer 2007. At the end of 2015 the surface condition of this test section was visually examined (8.5 years after opening for traffic) with regard to a damaging alkali-silica reaction (ASR) and analyzed on the base of drilling cores from this section. The regularly recorded data of road monitoring ”Survey and Assessment of Condition on Federal Highways“ (ZEB) from 2015 in features of skid-resistance, levelness as well as substance features (surface) were also taken into account in the assessment of the test section with exposed aggregate concrete.

Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert – Teil 2

Unbound granular layers for the road in the 21st century

Dr.-Ing. C. Kellermann-Kinner, Bergisch Gladbach
D. Demond, M. Sc., Duisburg
Prof. Dr.-Ing. M. Radenberg;
Dipl.-Ing. N. Flottmann, Bochum

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. Der Fachbeitrag „Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert“ ist zweigeteilt. In Teil 1 (veröffentlicht in Straße und Autobahn 8/2018) wurde neben einem allgemeinen Teil der Frage nachgegangen, wieviel Wasserdurchlässigkeit die ToB brauchen. In dem hier folgenden Teil 2 werden die Fragen behandelt „Ist der Proctorversuch noch  zeitgemäß?“ und „Reicht das Kriterium Feinkornanteil zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit?“. Abschließend erfolgt ein Fazit über beide Teile der Veröffentlichung und darüber hinaus werden Ziele für Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert formuliert.

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. The article “Unbound granular layers for the road in the 21st century” is divided into two parts. In Part 1, in addition to a general part, we looked at how much water permeability ToB needs. In the following part 2, the questions are addressed
“Is the Proctor compaction still up-to-date?” And “Is the criterion of fines content sufficient to assess frost susceptibility?”. Finally, a conclusion is brought about both parts of the article and beyond, goals for unbound granular layers for the road in the 21st century are formulated.