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24. Regenstaufer Asphalt- und Strassenbau-Seminar

02.04.2008

Dynamische Baustoffprüfung im Rahmen erweiterter Eignungsprüfungen

Dipl.-Ing. Thomas Lobach

Hansa-Bau-LaborInstitut für Bau- und Umweltprüfungen GmbH

Billstraße 21420539 Hamburg

Inhalt / Allgemeines

� Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt

� ZTV / TL Asphalt 07

� Herstellung von Asphalt-Probeplatten

� Verformungsverhalten

� Verdichtungsverhalten

� Hafteigenschaften

� Kälteverhalten

� Ermüdungsverhalten

Regenstaufer Asphalt- und Strassenbau-SeminarDipl.-Ing. T. Lobach

Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt

5. Zusätzliche Prüfungen (erweiterte Eignungsprüfung)

Sind möglich, bei:

� Asphalten für besondere Maßnahmen

(z.B. offenporige Asphalte, Brückenbeläge)

� Für Bauklassen SV und I

� „besonderer Beanspruchung“


Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt

5. Zusätzliche Prüfungen (erweiterte Eignungsprüfung)

Vorgeschlagene (mögliche) Prüfverfahren:

� Verformungswiderstand

- Spurbildungsversuche

- Druck-Schwell-Versuche

- Dynamischer Stempeleindringversuch an Gussasphalt

� Verdichtbarkeit

- Verdichtungswiderstand (C-Wert oder D-Wert)

� Tieftemperaturverhalten

- Einaxiale Zugversuche

- Abkühlversuche


ZTV / TL Asphalt-StB 07


Erstprüfung

Dynamische Prüfverfahren nach TL Asphalt-StB 07

• Spurbildungsversuche(SMA – alleAC BS/BN - alle)

• Dynamische Stempeleindringversuche(MA S - alle)

ZTV / TL Asphalt-StB 07


Eignungsnachweis

„Werden vom Auftraggeber

Anforderungen gestellt oder Prüfungen

gefordert, die über die TL Asphalt

hinaus gehen, so sind Art und Umfang

in der Leistungsbeschreibung

anzugeben.“

(„erweiterter“ Eignungsnachweis)

Asphalt-Probekörper


Verdichtungsgeräte:

• Walzsektor-Verdichtungsgerät

• (Marshall-Verdichter)

Asphalt-Probeplatten mit dem WSV-Gerät


Forschungsgesellschaft für Straßen- und VerkehrswesenARBEITSGRUPPE ASPHALTSTRASSEN

Technische Prüfvorschriften für Asphalt im Straßenbau

TP Asphalt-StB 07

Teil 33: Herstellung von Asphalt-Probeplatten im Laboratorium mit

dem Walzsektor-Verdichtungsgerät (WSV) (TP A-33)

Ausgabe 2007

Bearbeitungsstand 27.11.2007



Asphaltmischgut • Laboratoriumsprobe, hergestellt gemäß TP A-35

Verdichtung• Vorverdichtung• Hauptverdichtung

Prüfung der Asphalt-Probeplatten• Verdichtungstemperaturen• Überprüfung des Verdichtungserfolges:

- Plattendicke (Spannweite max. 7,5 % des Mittelwertes)- Verdichtungsgrad: 99 – 101 %



Festgelegte Verdichtungstemperaturen gem. DIN EN:

Bitumensorte nach der DIN EN 12591

Verdichtungstemperatur [°C]

20/30 180 ± 5

30/45 175 ± 5

50/70 150 ± 5

70/100 145 ± 5

160/220 135 ± 5

Polymermodifizierte Bitumen nach der

DIN EN 14023

Verdichtungstemperatur [°C]

10/40-65 (PmB 25) 175 ± 5

25/55-55 (PmB 45) 150 ± 5

45/80-50 (PmB 65) 150 ± 5

120/200-40 (PmB 130) 135 ± 5

40/100-65 (PmB H) 150 ± 5

In TP festgelegt:

Straßenbaubitumen: 135 °°°°C

PmB 45: 145 °°°°C

Verformungsverhalten


Verformungsverhalten

• Spurbildungsversuche

• dynamische Stempeleindringversuche

• Druck-Schwellversuche

• (Triaxial-Versuche)

Spurbildungsversuche




TP A-StB

Teil:

Spurbildungsversuch – Bestimmung der Spurrinnentiefe

im Wasserbad

Ausgabe 1997



TP Asphalt-StB 07

Teil 22: Spurbildungsversuch (TP A-22)

Ausgabe 2007




„ALT“ „NEU“ Merkmal TP A-StB, Teil:

Spurbildungsversuch TP A-22

Spurbildungsversuch

Prüftemperatur 50±1 °C 60±1 °C

Temperiermedium Wasser Luft

Prüfräder V2A - Stahl Vollgummibereiftes

Edelstahlrad

Durchmesser [mm] 203,5 ± 1 203 ± 2

Breite [mm] 47,0 ± 0,02 50 ± 5

Stahlform Probe

≥ (360 x 300 mm) 320 x 260 mm

≥ (360 x 260 mm) 320 x 260 mm

Messwerterfassung Genauigkeit: 0,01 mm Genauigkeit: 0,2 mm

Bezeichnung 20.000

Überrollungen

10.000 Zyklen

(1 Zyklus = 2 Überrollungen)



Versuchsergebnisse:

• Absolute Spurrinnentiefe RDLuft (0,1 mm)

• Proportionale Spurrinnentiefe PRDLuft (auf Plattendicke bezogen, 0,1 %)

• Spurbildungsrate WTSLuft (auf 1000 Zyklen bezogen

zwischen 5000 und 10000)

Bewertungshintergrund (alte Prüfbedingungen !):

z.B. ZTV/St-Hmb. 05 (Länderregelung Hamburg)

Für ABi 0/22 (S) und 0/16 (S)Eignungsprüfung: max. 3,5 mm SpurrinnentiefeKontrollprüfung: max. 4,5 mm Spurrinnentiefe

Dynamische Stempeleindringversuche




TP A-StB

Teil:

Dynamischer Eindringversuch mit ebenem

Stempel an Gussasphalt

Ausgabe 2003



TP Asphalt-StB 07

Teil 25A: Dynamischer Eindringversuch an Gussasphalt (TP A-25A)

Ausgabe 2007




Spa

nnun

g

Zeit

1 s´ 1 s

Belastungsschema nachDIN EN 12697

Belastungsschema nach„alter TP“



„ALT“ „NEU“

Merkmal TP A-StB, Teil: Dynamischer

Eindringversuch

TP A-25: Dynamischer

Eindringversuch

Spannungsform Haversine Blockimpuls

Unterspannung Oberspannung

0,08 0,35

0,01 0,10

Abbruchkriterium 2.500 3.600

Ergebnisdarstellung ETdyn [mm] εn [%]

ggf: Kriechrate fc

Kriechzahl En

Derzeit in der DiskussionZiel:Gleiche Prüfbedingungenwie in der „alten“ TP A-StB



0 500 1000 1500 2000 25000,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

dyna

mis

che

Ein

drin

gtie

fe E

Tdy

n [mm

]

Anzahl der Belastungszyklen n [-]



Bewertungshintergrund:

Kategorie 1: ETdyn ≤≤≤≤ 1,5 mm • langsam rollenden bis stehenden Schwerverkehr • Gebiete mit extrem warmen Sommern, direkter Sonneneinstrahlung

und milden Wintern

Kategorie 2: ETdyn ≤≤≤≤ 2,5 mm • rollenden Schwerverkehr• Gebiete mit extrem warmen Sommern, direkter Sonneneinstrahlung

und milden Wintern

Kategorie 3: ETdyn ≤≤≤≤ 5,5 mm • rollenden Verkehr mit geringem Schwerverkehrsanteil • Gebiete mit kurzer Sonneneinstrahlung, mäßigen Temperaturen

und kalten Wintern• in Höhenlagen

Aus: Straßenbau und Verkehrstechnik, Heft 798

Druck-Schwellversuch




TP A-StB

Teil: Einaxialer Druckschwellversuch - Bestimmung des

Verformungsverhaltens von Asphalten bei Wärme

Ausgabe 1999



TP Asphalt-StB 07

Teil 25 B: Druckschwellversuch an Walzasphalt

Erarbeitung der TP folgt später



© TU BS

Angabe der Prüfergebnisse:

Lage des Wendepunktes (nw)

Dehnung im Wendepunkt (εεεεw)

Dehnungsrate im Wendepunkt (εεεεw*)

Verdichtbarkeit von Walzasphalten



• T-Wert mittels Marshall-Verfahren

• (C-Wert mittels Marshall-Verfahren)




Merkblatt für das Verdichten von Asphalt

Teil 2:

Theorie der Verdichtung

Ausgabe 1991



TP Asphalt-StB 07

Teil 10: Verdichtbarkeit von Walzasphalt mit Hilfe des Marshall-

Verfahrens (TP A-10)

Ausgabe 2007




Praktisch identisch mit:

„Arbeitsanleitung für die Bestimmung der Verdichtbarkeit von Walzasphalt mit Hilfe des Marshall-Verfahrens“

2 Verfahren:- Messprinzip Dichteänderung (C-Wert)- Messprinzip Dickeänderung (T-Wert)

Derzeitiger Unterschied:

Viskositätsabhängige Verdichtungstemperaturen

Wird voraussichtlich geändert



Dickeänderung (T-Wert)

Messwertaufnahme während der Verdichtung

Berechnung erfolgt mittels Rechner

T

E

ebaEt

2

)(

1

2

−

⋅−=

Große Werte für T: Material schwerer verdichtbar

Kleine Werte für T: Material leichter verdichtbar

Haftverhalten


Haftverhalten

• Wasserempfindlichkeit von Probekörpern

(Verhältnis der indirekten Zugfestigkeiten)

• Haftverhalten zwischen Gestein und Bitumen

(Rolling-Bottle-Test)

Wasserempfindlichkeit




TP Asphalt-StB 07

Teil 12: Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern (TP A-12)

Ausgabe 2007


Zug-bruch

Verformungs-bruch

Kombinations-bruch


Prüfung von 6 Proben mittels Spaltzugversuch gemäß TP A-23- 3 Proben konditioniert (mit Unterdruck)- 3 Proben trocken gelagert

Prüftemperatur: 15 ±±±± 2 °°°°C

Prüfergebnis:Verhältnis der indirekten Zugfestigkeiten ITSR

100⋅=trocken

nass

ITS

ITSITSR

ITS: Mittelwert der 3 Einzelwerte der jeweiligen Gruppe




TP Asphalt-StB 07

Teil 11: Haftverhalten zwischen Gestein und Bitumen (TP A-11)

Ausgabe 2007


Rolling-Bottle-Test

Pyknometer-Rollgerät:40 UpM bei Straßenbaubitumen (Pen > 100)60 UpM bei Straßenbaubitumen (Pen ≤ 100)

bei modifizierten Bitumenbei Einsatz von Haftverbesserern

3 Proben je Variante © TU BS

Rolling-Bottle-Test

© TU BS

Ablesung:Visuelle Schätzung durch 2 Laboranten(unbeeinflusst voreinander !)Nach 6 / 24 und optional 48 und 72 h

Schätzen der Bitumenumhüllung auf 5 % genau

Rolling-Bottle-Test

© TU BS

© TU BS

Ablesung:Visuelle Schätzung durch 2 Laboranten(unbeeinflusst voreinander !)

Schätzen der Bitumenumhüllung auf 5 % genau

Prüfergebnis:Mittelwert aus denje 2 Ablesungen beiden 3 Proben

Rolling-Bottle-Test

Tieftemperaturverhalten



• Abkühlversuche

• einaxiale Zugversuche

• (Relaxationsversuche)

• (Retardationsversuche)




Technische Prüfvorschrift

Verhalten von Asphalt bei tiefen Temperaturen

Ausgabe 1994Nicht in der Euronorm berücksichtigt

Keine neue TP A



-40 -30 -20 -10 0 10 20

Zugfestigkeit βz(T)

Zug

fest

igke

it β

Z(T

) [N

/mm

2 ]

Kerntemperatur T [°C]



-40 -30 -20 -10 0 10 20

kryogeneZugspannung σ

z(T)

Bruchspannung σbr

gemessene Bruchtemperatur T

br

Kry

ogen

e Z

ugsp

annu

ng σ

Z(T

) [N

/mm

2]




-30 -20 -10 0 10 200,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0SMA 0/11 S (50/70)Hbit = 2,6 Vol.-%k = 100,1 %

Kry

ogen

e Z

ugsp

annu

ng σ

Z(T

) [N

/mm

2 ]

Zug

fest

igke

it β

Z(T

) [N

/mm

2 ]


Günstigeres Kälteverhalten:

• tiefere Bruchtemperatur(Abkühlversuch)

• tiefere Temperatur am Max.der ZfR

Ermüdungsverhalten


Ermüdungsverhalten

• 4-Punkt Biegeversuche

• einaxiale Zug-Schwellversuche

• (dynamische Spaltzugversuche)




TP Asphalt-StB 07

Teil 24: Beständigkeit gegen Ermüdung (TP A-24)

Erarbeitung folgt später

4-Punkt-Biegeversuch


© TU BS

4-Punkt-Biegeversuch

Belastung:- sinusförmig- Frequenzen: 1 bis 60 Hz

Prüfumfang: 18 Probekörper

Prüfergebnisse:- Dehnungs- bzw. Spannungslinie- Anfangsdehnung bei einerErmüdungsdauer von 1.000.000Lastwechseln

Zug-Schwellversuch




TP A-StB

Teil: Einaxialer Zug-Schwellversuch

Entwurfsfassung

Zug-Schwellversuch


© TU BS

Prüfergebnis:

Anzahl der Lastwechsel am Bruch der Probe

(simulierte Ermüdungsrissbildung)

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