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
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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
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)14 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009
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
Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen (ISE)16 10.12.2009 Dr.-Ing. Leyla Chakar (M.Eng.) – Dresdner Asphalttage 2009