2007 BMVBS - Bestimmung des Alterungsverhaltens von Asphaltgemischen

Bestimmung des Alterungsverhaltens von Asphaltgemischen als Grundlage für die Bemessung von Asphaltbefestigungen und Prognose der Lebensdauer/Schadensentstehung

Bearbeiter

Dipl.-Ing. Daniel Ascher

Auftraggeber

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Lehrstuhl für Verkehrswegebau der Ruhr-Universität Bochum

Projektdauer

11/2007 - 10/2009

Kurzbeschreibung

Zielstellung ist die Ermittlung und Beschreibung des Alterungsverhaltens von Asphalt als Grundlage für die Einbindung dieses in das rechnerische Dimensionierungsverfahren für Straßenbefestigungen, welches in den RDO Asphalt, Entwurf 2007 beschrieben ist. Dazu ist die stufenweise Alterung vom Tragschichtasphalten mit Hilfe von Laboralterungsverfahren und die Ermittlung des Einflusses der Bindemittelalterung auf die dimensionierungsrelevanten Eingangsgrößen E-Modul- und Ermüdungsfunktion erforderlich. Die Validierung der Laboralterungsverfahren soll anhand von aus definierten Versuchsstrecken entnommenen Probekörpern erfolgen, die ebenfalls im Labor hinsichtlich E-Modul- und Ermüdungsfunktion untersucht werden sollen.

Aus den an der Professur für Straßenbau der TU Dresden durchgeführten Tastversuchen lassen sich zunächst folgende Fragen ableiten:

Unter welchen Bedingungen tritt Alterung auf und in welchen Größenordnungen wirkt sich diese auf dimensionierungsrelevante Parameter aus?
Durch Bindemittelalterung zeigt sich zunächst eine Verbesserung der Steifigkeit und der Ermüdungsfunktion der Asphalte. Kann das zu einer Reduzierung der bisher im Rahmen der rechnerischen Dimensionierung berechneten Schichtdicken genutzt werden, oder ist dies als Sicherheitsreserve zu betrachten?
Unter welchen Umständen bzw. ab welchem Zeitpunkt und in welcher Größenordnung bewirkt die Alterung ein beschleunigtes Versagen der Befestigung, wie es aus Abb. 4 abgeleitet werden kann?

Ein wesentlicher Einflussparameter auf die dimensionierungsrelevanten Asphalteigenschaften ist die Alterung des Bindemittels. Dies soll durch die hier angebotenen Untersuchungen quantifiziert und modelliert werden. Durch verschiedene Alterungsmethoden im Labor soll zunächst die Auswirkung der Veränderung der Bindemitteleigenschaften durch Oxydation und Destillation auf die dimensionierungsrelevanten mechanischen Eigenschaften von Asphalt festgestellt werden. Hierzu sollen Spaltzugschwellversuche (Ermüdungsuntersuchungen) durchgeführt werden. Es sind die Eigenschaften der Gemischkomponenten (Bindemittel und Gestein) zu variieren. Weiterhin soll eine Versuchsprozedur zur Alterung des Asphaltes entweder nach dem Bochumer Verfahren (Modelltopf-Alterung von Asphaltplatten bei 130°C und definierter Luftdurchströmung) oder nach dem Warmboldschen Verfahren (Warmboldscher Alterungstisch) festgelegt werden. Die effektivste und realitätsnächste Alterungsprozedur soll ermittelt und für die anschließende Untersuchung der Auswirkung der Bindemittelalterung auf die dimensionierungsrelevanten Eigenschaften (E-Modulfunktion, Ermüdungsfunktion) der Asphalte verwendet werden. Weiterhin hat sich gezeigt, dass wegen der teilweise in Laborversuchen gegenüber der Praxis abweichenden zeitraffenden Beanspruchungen eine direkte Anwendung der aus Laborversuchen ermittelten Ermüdungsfunktion für die Dimensionierung nicht möglich ist. Hierfür sind Übertragungsparameter bzw. -funktionen (in der Literatur auch als „Shiftfaktoren“ bezeichnet [Werkmeister 2004]) erforderlich. Auf der Grundlage des an der Professur für Straßenbau entwickelten Dimensionierungsverfahrens werden diese Parameter bzw. Funktionen unter Berücksichtigung der Bindemittelalterung durch Kalibrierrechnungen mit dem Programm PaDesTo neu ermittelt, und die erforderliche Veränderung der Sicherheitsfaktoren vorgeschlagen. Ziel der Untersuchungen ist es, die Berücksichtigung der Auswirkung der Alterung auf die dimensionierungsrelevanten Asphalteigenschaften bei der rechnerischen Dimensionierung der Befestigung für praktische Anwendungen zu ermöglichen. Hierfür sollen möglichst einfache Versuche bzw. Versuchsprozeduren angewendet bzw. entwickelt werden. Dabei soll die Datenbank, entwickelt im FE 04.202 (Spaltzugschwellversuche), ergänzt werden. Diese Datenbank ist geeignet, bei ständiger Aktualisierung mit Versuchsergebnissen aus den hier angebotenen und aus zukünftigen Untersuchungen dimensionierungsrelevante Asphalteigenschaften in Abhängigkeit von der Gemischzusammensetzung, der Alterung sowie der Eigenschaften der Gemischkomponenten zur Verfügung zustellen.