Bestimmung des Erwärmungsverhaltens von Asphalt durch künstlicheBestimmung des Erwärmungsverhaltens von Asphalt durch künstliche Wärmebestrahlungen zur Einschätzung des Verformungswiderstandes

Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.)

INSTITUT FÜR STRASSEN UND EISENBAHNWESEN (ISE)

g y ( g )

INSTITUT FÜR STRASSEN- UND EISENBAHNWESEN (ISE)

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Großforschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

Verfahren nach VON STOSCH (1968)( )

Ziel: Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Verformungswiderstand g g gund Aufhellungsgrad durch Wärmebestrahlungen

Wärmebeanspruchung: 250-Watt-Rotlicht Lampe

Dynamische Beanspruchung: Walzsektor-Verdichtungsgerät

V VV V

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)2 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Verfahren nach ROSSBERG (2000) ( )

Ziel: Einfluss der thermischen Eigenschaften von Gesteinskörnungen und die g gHelligkeit der jeweiligen Asphalte auf deren Erwärmungsverhalten

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)3 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Vorgehensweiseg

Verformungswiderstand Temperaturverhalten

DSV bei 40, 50 und 60°CDSV bei 50°C Temperaturzuständeinnerhalb der MPK

Oberflächen-temperatur

Verformungswiderstand unter Berücksichtigung desKonventionelle Verformungswiderstand unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens ("mittlere Dehnungsrate")

Konventionelle Methode

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)4 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Untersuchungsasphalteg p

Zusammensetzung und Nomenklatur Splittmastixasphalt 11 S

Bindemittel:PmB 45

Füller:Kalksteinmehl

0/0,09

Sand:Edelbrechsand

0/2

GrobeGesteinskörnungen

2/5 5/8 8/11

stabilisierenderZusatz:Viatop,

EOS Moräne

p

2/5 5/8 8/11

KornklasseAsphalt-varianten

MMM M M M

EMM E M M

MEM M E M

EEM E E M

MME M M EVerhältnisse der Kornklassen im SMA

2/5 5/8 8/11

EME M E M

MEE M E E

2/5 mm 5/8 mm 8/11 mm

1 : 2 : 4

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)5 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

EEE E E E

Abstufung der Helligkeit der Asphaltvarianteng g p

MMM EMM MEM EEMMMM EMM MEM EEM

MME EME MEE EEE

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)6 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Modifizierte Versuchseinrichtung mit Ultra-Vitalux-Lampen und Asphaltprobenp p p

Ansicht B-Bmaßgebender Probekörper

Lampenkonstellation 1

3Vergleichsprobekörper

3

2Weißstandard-ThermometerSchwarzstandard-Thermometer

Tiefe in mm

AA 1

0

Ansicht A-APrüfkasten

Lampenkonstellation 2

L M R0

20

60

Ulta-Vitalux-Lampen

3M

2M

3R

2R

1L

2L

Sand

320 mm BB2M

1M

2R

1R

2L

3L

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)7 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Oberflächentemperaturen der Asphaltvarianten bei Referenztemperaturen von 60 bzw. 70 °Cp

Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C

70,0

75,0

]

70,0

60 0

65,0

r[°C

]

]

60,0

] ] ]

] ]]

60,1 60,1 60,161,8 62,2 61,5

55,0

60,0

Tem

pera

tur

]

]] ] ]

]

50,251,3

52,7 52,3 52,3 52,4]

] ] ]

53,8

45,0

50,0

]

]]

45,1

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE

Asphaltvariante

40,0MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE

Asphaltvariante

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)8 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Temperaturzustände innerhalb der Probekörper bei einer Referenztemperatur von 60 bzw. 70 °Cp

OberflächePosition der Messfühler

Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C

20 mm unterhalb der OberflächeUnterkante (60 mm Tiefe)

75 0 70 0

Balken zeigen Mittelwerte

64,0

75,0

60,0 60,1 60,1 60,1 61,8 62,2 61,5

70,0

C]

42 0

53,0

45,1

50,2

33 4

51,3 52,7 52,3 52,3 52,4 53,8

41,133,2

43,735,2 40,5

34,2

41,833,4

41,832,3 39,6

31,7

42,130,8

41,8

30,5

Tem

pera

tur [

°C

31,0

42,032,5

26,1

33,4

26,8 31,4

26,4

32,7

25,7

32,3

25,0 30,124,2

32,9

24,131,5

23,1

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE

Asphaltvariante

20,0MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE

Asphaltvariante

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)9 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Verformungswiderstandg

Einaxialer Druckschwellversuch nach TP Asphalt-StB

Po (2)Po (1)Oberlast Po

Last P

n = 2

Unterlast PuPa

Pu (1)

n = 1

Zeit

Verformung ε

Zeit

ε o (2)

n = 2n = 1

ε o (1)

ε a ε u (1)Zeit

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)10 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Verformungswiderstandg

Dehnung ε [%o] Dehnungsrate ε* [%o/n]Wendepunktg [ ] Dehnungsrate ε [%o/n]p

Phase 2

Phase 3

Phase 1

Wendepunkt wε w

ε*n w Lastimpulsanzahl [n]

ε w

( ) ( )1ebnan n.ck0 −⋅+⋅+ε=ε ( ) ( )n.c)1k( ecbnkan ⋅⋅+⋅⋅=ε −&

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)11 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Verformungswiderstand (Dehnungsraten bei 50 °C)g ( g )

10

MME EME

EOS in der

Kornklasse 8/11 mm 5

ungs

rate

[‰/1

0.00

0n] MEE

EEE

0

Deh

nu

00 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000

Lastimpulsanzahl [-]10

n]

Moräne in der

Kornklasse 8/11 mm

5

Deh

nung

srat

e [‰

/10.

000n

MMM Kornklasse 8/11 mm

00 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000

D

MMM EMM MEM EEM

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)12 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Lastimpulsanzahl [-]

Verformungswiderstandg

24,0

16,0

20,0

14,6 15,1

Temperatur 40°CTemperatur 50°CTemperatur 60°C

Prüftemperatur [°C]

12,012,3

10,2

14,6

10,3

1)

4,0

8,05,8 4,7

3,5

4,5

3,12,1

5,0

1 7

6,3

1,8

4,1

1)

2)

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE0,0

1,1 1,0 1,2 0,9 0,7 0,8 0,71,7

0,7

Steigender EOS-Anteil MMM EEE

Bewertungshintergrund für Dehnungsraten bei der Prüftemperatur 50 °C

g

1) Für Nutzungsdauern der Bauklasse SV und I von mindestens 10 Jahren < 9 ‰/10.000n

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)13 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

2) Für Nutzungsdauern der Bauklasse SV und I von mindestens 20 Jahren < 5 ‰/10.000n

Zusammenwirken des Mineralstoffgerüsts und des thermischen Verhaltens auf den Verformungswiderstandg

Temperatur (blau) [°C] bzw. Dehnungsrate (rot) [Promille/10.000*n]

05

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80

maßgebender Bereich

15202530e

[mm

]

Temperatur MMMDehnungsrate MMMT EEE30

35404550

Tief

e Temperatur EEEDehnungsrate EEE

tempCtemptemp )b(ha temp(h) +⋅=epsb

eps tempa (temp)*e ⋅=

505560

Mittlere Dehnungsrate =20

dh)temp(20h

0h

*∫=

=

ε

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20

Mittlere Dehnungsraten der Asphaltvarianten bei den festgelegten Temperaturzuständeng g p

Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C

4 00

5,00

000n

]

]

3,993,77 3,49

3,00

4,00

te [P

rom

ille/

10.

]

]

]

]

2,66

3,21

2 112,29

2,00

re D

ehnu

ngsr

at

0,911,05 1,01 0,92 0,83 0,75 0,82

]

]

]

1,59

2,11

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE0,00

1,00

mitt

ler

]] ]

]]

]

]]

0,58,

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEMMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)15 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009

Zusammenfassungg

- Oberflächentemperatur:Reduzierung bei SMA 0/11 S mit EOS durch Aufhellung mitReduzierung bei SMA 0/11 S mit EOS durch Aufhellung mit Moräne

- Verformungswiderstand unter Berücksichtigung des thermischen Verhaltens: Verbesserung bei den Varianten mit EOS in denVerhaltens: Verbesserung bei den Varianten mit EOS in den groben Kornklassen

Fazit: Realitätsnähere Einschätzung des Verfomungswiderstandes

E f hl B ü k i hti d th i h V h ltEmpfehlung: Berücksichtigung des thermischen Verhaltens bei der Erstellung von erweiterten Erstprüfungen

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