Splittmastixasphalte mit Elektroofenschlacke (EOS) zur ... · -Wasserempfindlichkeit von...

Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen

Splittmastixasphalte mit Elektroofenschlacke (EOS) zur

Verbesserung des Gebrauchsverhaltens

Leyla Chakar

Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008

Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S

Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 2

100M

M

Vn

1i i

i

i

i

i ⋅

ρ

ρ=∑=

iV

iρ Mi

iρ[Vol.-%] - Volumenanteil der i Kornklasse in Vol.-%

- Massenanteil der Kornklasse i in M.-% - Rohdichte der Kornklasse i in g/cm3

= Konstant in g/cm3

0,09 0,710,25 11,2852 16

100

Maschenweite Quadratlochweite in mm

60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

9

13 20

40

30

100

90Si

ebdu

rchg

ang

in M

.-%

Sieb

rück

stan

d in

M.-%

60

27

Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB 01

Korngrößenverteilung in M.-%



iV

iρ Mi

iρ

0,09 0,710,25 11,2852 16

100


60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

9

13 20

40

30

100

90Si

ebdu

rchg

ang

in V

ol.-%

Sieb

rück

stan

d in

Vol

.-%

60

27


Korngrößenverteilung in Vol.-%

- Volumenanteil der i Kornklasse in Vol.-%- Massenanteil der Kornklasse i in M.-% - Rohdichte der Kornklasse i in g/cm3

= Konstant in g/cm3100M

M

Vn

1i i

i

i

i

i ⋅

ρ

ρ=∑=

[Vol.-%]



0,09 0,710,25 11,2852 16

100


60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Sie

bdur

chga

ng in

M.-%

Sie

brüc

ksta

nd in

M.-%

Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB

Massenanteile für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,1 g/cm

9

13 20

40

30

100

90

60

27

3

100.V

.VM n

1iii

iii ⋅

ρ

ρ=∑=

[M.-%]

iρ = 2,4 und 3,1 g/cm3

0,09 0,710,25 11,2852 16

100


60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

9

13

(33)

20

40

30

(66)

100

90

Sie

bdur

chga

ng in

M.-%

Sie

brüc

ksta

nd in

M.-%

(44)

60

(46)

(25)

(16)

27

(7)

(16)


Massenanteile für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,8 g/cm3



100.V

.VM n

1iii

iii ⋅

ρ

ρ=∑=

[M.-%]

iρ = 2,4 und 3,8 g/cm3

0,09 0,710,25 11,2852 16

100


60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

9

13

(33)

20

40

30

(66)

100

90

Sieb

durc

hgan

g in

M.-%

Sie

brüc

ksta

nd in

M.-%

(44)

60

(46)

(25)

(16)

27

(7)

(16)


Massenanteile für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,8 g/cm3



0,063 0,710,125 11,285,62 16

100

Siebnennöffnungsweite in mm

60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

8

12 20

45

35

100

90

Sie

bdur

chga

ng in

M.-%

Sie

brüc

ksta

nd in

M.-%

(46)

65

(30)

(17)

30

(7)

Grenzwerte nach TL Asphalt-StB 07

Korngrößenverteilung für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,8 g/cm3

50

100



Anforderung an den Bindemittelgehalt

Gemäß ZTV Asphalt-StB 01B ≥ 6,5 M.-%

Nach TL Asphalt-StB 07B ≥ 6,6 M.-%Bmin = 6,6 ·α

Nach DIN EN 13108, Teil 5

p

650,2ρ

=α

aρ - scheinbare Rohdichte- Rohdichte auf ofentrockener Basisrdρ

ssdρ - Rohdichte auf wassergesättigter und oberflächentrockener Basis- Trockenrohdichte

Nach DIN EN 1097-6

Pρ

aP ρ=ρ



rda ρ>ρ

scheinbare Rohdichte ρa

Rohdichte auf ofentrockener Basis ρrd

ausschließlich wasserzugänglicher Hohlräume

einschließlich wasserzugänglicher Hohlräume

Untersuchungsasphalte


Zusammensetzung und Nomenklatur

Bindemittel:PmB 45

Füller:Kalksteinmehl

0/0,09

Sand:Edelbrechsand

0/2

EOS Moräne

Splitt:2/5 5/8 8/11

stabilisierenderZusatz:Viatop

Splittmastixasphalt 0/11 S

2/5 5/8 8/11

EEE E E E

MMM M M M

MEE M E E

EEM E E M

EME E M E

EMM E M M

MME M M E

MEM M E M

EMM

KornklasseKombinationsvarianten



8/11

5/8

2/5mi

ei

mie

iM

Mρ

ρ⋅=

eiM

miM

eiρmiρ

Masse der Kornklasse i aus EOS in g

Masse der Kornklasse i aus Moräne in g

Rohdichte der Kornklasse i aus EOS in g/cm3

Rohdichte der Kornklasse i aus Moräne in g/cm3

Kenngröße und Einheit ρa ρrd

„experimentell“

Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches EEE

g/cm3 3,596 3,385

Faktor α - 0,74 0,78

BMMM M.-% 6,9

BEEE = BMMM ·α M.-% 5,1 5,4 5,6

Korngrößenverteilung der Gesteinskörnungsgemische


0,09 0,710,25 11,2852 16

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


60

50

40

30

80

70

20

10

0

90

100

Sieb

rück

stan

d in

M.-%

Sieb

durc

hgan

g in

M.-%

0

MMMEMMMEMEEMMMEEMEMEEEEE

Zusammensetzung und Asphalteigenschaften


0123456789

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Wasseraufnahme [Vol.-%]

Hoh

lraum

geha

lt [V

ol.-%

]

EOS > 20 M.-%EOS < 20 M.-%y = 1,3475x + 0,7624; R2 = 0,9904

Wasseraufnahme nach DIN 1996, Teil 8und Hohlraumgehalt

Merkmal MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE

Bindemittelgehalt in M.-% 6,9 6,7 6,5 6,3 6,1 5,9 5,8 5,6

Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches in g/cm3 (berechnet)

2,652 2,771 2,886 3,012 3,194 3,326 3,456 3,596

Rohdichte des Asphaltmischgutes in g/cm3

(berechnet)2,397 2,495 2,589 2,692 2,838 2,946 3,047 3,163

Raumdichte am MPK in g/cm3 2,319 2,396 2,482 2,561 2,632 2,708 2,807 2,870

Hohlraumgehalt in Vol.-% (berechnet) 3,3 4,0 4,1 4,9 7,2 8,1 7,9 9,3

Wasseraufnahme in Vol.-% 1,9 2,4 2,5 2,9 4,8 5,6 5,5 6,0

Bindemittelanteil in Vol.-% 15,3 15,4 15,5 15,5 15,4 15,3 15,6 15,4

MerkmalMerkmal MMMMMM EMMEMM MEMMEM EEMEEM MMEMME EMEEME MEEMEE EEEEEE

Bindemittelgehalt in M.-%Bindemittelgehalt in M.-% 6,96,9 6,76,7 6,56,5 6,36,3 6,16,1 5,95,9 5,85,8 5,65,6



2,6522,652 2,7712,771 2,8862,886 3,0123,012 3,1943,194 3,3263,326 3,4563,456 3,5963,596


(berechnet)


(berechnet)2,3972,397 2,4952,495 2,5892,589 2,6922,692 2,8382,838 2,9462,946 3,0473,047 3,1633,163

Raumdichte am MPK in g/cm3Raumdichte am MPK in g/cm3 2,3192,319 2,3962,396 2,4822,482 2,5612,561 2,6322,632 2,7082,708 2,8072,807 2,8702,870

Hohlraumgehalt in Vol.-% (berechnet)Hohlraumgehalt in Vol.-% (berechnet) 3,33,3 4,04,0 4,14,1 4,94,9 7,27,2 8,18,1 7,97,9 9,39,3

Wasseraufnahme in Vol.-%Wasseraufnahme in Vol.-% 1,91,9 2,42,4 2,52,5 2,92,9 4,84,8 5,65,6 5,55,5 6,06,0

Bindemittelanteil in Vol.-%Bindemittelanteil in Vol.-% 15,315,3 15,415,4 15,515,5 15,515,5 15,415,4 15,315,3 15,615,6 15,415,4

Weitere Eigenschaften


MMMEMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante

10,0

20,0

30,0

40,0

Verd

icht

ungs

wid

erst

and

D [2

1 N

m]

]

29,2]

29,5]

30,6 ]

33,0]

34,7

]

36,4

]

35,4]

38,2

Steigender EOS-Anteil MMM EEE

Verdichtungswiderstand D

Gebraucheigenschaften


- Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern nach DIN EN 12697-12

- Verformungswiderstand nach TP Asphalt-StB

- Einfluss der Temperatur auf den Verformungswiderstand

- Temperaturverhalten bei künstlicher Bestrahlung

- Verformungswiderstand unter besonderer Berücksichtigung des Temperaturverhaltens

Wasserempfindlichkeit


Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern nach DIN EN 12697-12

ITSR (Indirect Tensile Strength Ratio)

[%]d

wITSITS

100ITSR ⋅=

Dabei sind:

ITSw die durchschnittliche indirekte Zugfestigkeit der wassergelagerten Teilgruppe

ITSd die durchschnittliche indirekte Zugfestigkeit der trocken gelagerten Teilgruppe

Spaltzugversuch nach DIN EN 12697-23


Indirekte Zugfestigkeit ITS (Indirect Tensile Strengt)(MPK mit 10 °C)

MPK nach Lagerung im Wasserbad bei 40 °C für 68 h bis 72 h

MPK nach trockner Lagerung bei Raumtemperatur für 68 h bis 72 h

ITSw ITSd

Wasserempfindlichkeit


80,7

93,5 96,9

81,489,5

94,1

84,5

100,5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE

Ver

blei

bend

e S

paltz

ugfe

stig

keit

ITS

R [%

]


Temperaturempfindlichkeit des Verformungswiderstandes


MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE0,0

4,0

8,0

12,0

16,0

20,0

24,0

Deh

nung

srat

e [P

rom

ille/

10.0

00n]

1,1

5,8

12,3

1,0

4,7

10,2

1,2

3,5

14,6

0,9

4,5

15,1

0,7

3,1

10,3

0,8

2,1

5,0

0,7

1,7

6,3

0,7

1,8

4,1

Temperatur 40°CTemperatur 50°CTemperatur 60°C

Prüftemperatur [°C]

Für Nutzungsdauern von mindestens 10 Jahren < 9 ‰/10.000n

Für Nutzungsdauern von mindestens 20 Jahren < 5 ‰/10.000n


Abstufung der Helligkeit der Asphaltvarianten


MMM EMM MEM EEM

MME EME MEE EEE

Temperaturverhaltens von Asphaltproben bei künstlicher Wärmebestrahlung


Tiefe in mm

Sand

320 mm

AA

Ansicht A-A

BB

Ansicht B-B

Ulta-Vitalux-Lampen

Prüfkasten

maßgebender Probekörper

Vergleichsprobekörper

Lampenkonstellation 1

Lampenkonstellation 2

3

2

1

L M R

3M

2M

1M

3R

2R

1R

1L

2L

3L

Weißstandard-ThermometerSchwarzstandard-Thermometer

0

20

60

Versuchseinrichtung mit Ultra-Vitalux-Lampen und Asphaltproben


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


Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C


Asphaltvariante

40,0

45,0

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

Tem

pera

tur

[°C]

]

]]

]] ] ]

]

n=2

45,1

n=3

50,2

n=3

51,3

n=3

52,7

n=3

52,3

n=3

52,3

n=3

52,4

n=3

60,0


Asphaltvariante

]

] ] ]

] ]]

]

n=2

53,8

n=3

60,1

n=3

60,1

n=2

60,1

n=3

61,8

n=3

62,2

n=2

61,5

n=3

70,0

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



Asphaltvariante

20,0

31,0

42,0

53,0

64,0

75,0

Tem

pera

tur [

°C]

45,1

32,5

26,1

50,233,4

26,8

51,331,4

26,4

52,732,7

25,7

52,332,3

25,0

52,330,124,2

52,432,9

24,1

60,031,523,1



Asphaltvariante

53,841,133,2

60,143,735,2

60,140,534,2

60,141,833,4

61,841,8

32,3

62,239,631,7

61,542,130,8

70,0

41,830,5

Oberfläche20 mm unterhalb der OberflächeUnterkante (60 mm Tiefe)

Position der Messfühler

Mittlere Dehnungsraten der Asphaltvarianten



Fehlerbalken zeigen Mittelw ert +/- 1,0 Standardabw eichungen

Balken zeigen Mittelw erte

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

mitt

lere

Deh

nung

srat

e [P

rom

ille/

10.0

00n]

]

] ]]

]

]

]]

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

0,580,75 0,82

MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante

]

]

]

]

]

]

]

]

2,66

3,993,77

3,213,49

1,59

2,112,29

Zusammenfassung und Ausblick


- Besonderheiten bei der Rezeptierung von SMA mit EOS

- Verbesserung der Haftfestigkeit durch Zugabe von EOS möglich

- Erhöhung des Verdichtungswiderstandes

- Erhöhung des Verformungswiderstandes

- Verformungswiderstand unter besonderer Berücksichtigung des Temperaturverhaltens

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