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Qualität im Asphaltstraßenbau

Vermeidung von Schäden an Asphaltdeckschichten

Seminarveranstaltung des bup

Potsdam

14. März 2012

Dipl.-Geol. Bernd Dudenhöfer

ASPHALTA Prüf- und Forschungslaboratorium GmbH

Berlin

Dipl.Dipl.--Geologe Bernd DudenhGeologe Bernd Dudenhööferfer

2Vermeidung von SchVermeidung von Schääden an Asphaltdeckschichten den an Asphaltdeckschichten

Qualität definiert sich über die dauerhafte Sicherstellung der Gebrauchseigenschaften

im Nutzungszeitraum

Welche Schäden durch vorzeitiges Versagen sind derzeit typisch?

Aktuelle Diskussion zur Dauerhaftigkeit von Asphaltbefestigungen!

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(Aktuelle) Hierarchie der Schadensmerkmale

Alterung, Ausmagerungen



20.03.2012 © 2011 DSH-V e.V. Dipl.-Geol. Bernd Dudenhöfer 4

Alter 4 Jahre:Starke Alterung, Kornausbrüche, Risse

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Verdichtungsmangel?


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Netzrisse und Wilde Risse



Netzrisse, Wilde Risse

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Aufgehende Nähte




Durchschlagende Naht der Binderschicht

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Durchschlagende Naht der Binderschicht





Verformungen

Aufgehende Nähte


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Verformung

Verformungen in den Radspuren





Verformungen

Aufgehende Nähte


Schäden durch falsche Einschätzung der

Eigenschaften der Unterlagez.B. Reflexionsrisse oder Tragfähigkeitsschäden

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Zustandsbild 3 Jahre nach der Erhaltungsmaßnahme



Welche Ursachen lassen sich für das Qualitätsproblem

ausmachen?

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Situation im Asphaltstraßenbau heute

� Preiskampf – gerade bei Großprojekten

� Mengenschlacht => maximale Tagesleistungen => aufwendige und riskante Disposition

� Stauvermeidung => Nachteinbau, Wochenendeinbau nimmt zu => zusätzliche Belastungen für die Mitarbeiter

� Steigende Bitumenpreise => Kostendruck nimmt zu => Ständige Suche nach preisgünstigeren Alternativprodukten

� Qualität scheint abzunehmen => Flucht in Spezialzusätze mit immer neuen Eigenschaften/Eigenarten in Performace und Handling

Sind das optimale Voraussetzungen für ein gutes Produkt Asphalt?



Welche Ursachen sind für vorzeitiges Versagen verantwortlich zu machen?

Baustoff?

Was hat sich in den letzten 20 Jahren verändert?

Konzeptionelle Zusammensetzung und Eigenschaften?

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Änderungen in der konzeptionellen Zusammensetzung und in den Eigenschaften

Seit Mitte der 90er Jahre stehen die Eigenschaften VerformungsbestVerformungsbestäändigkeitndigkeit und

GriffigkeitGriffigkeit an erster Stelle

• Splittreiche Zusammensetzung (SMA statt Asphaltbeton)

• Bindemittel höherer Viskosität

• Ausschließliche Verwendung von Brechsand

• Additive



ZTV Asphalt-StB 07 / Tabelle 2(Zweckmäßige Bindemittelart und Bindemittelsorte in Abhängigkeit von der zu erwartenden Beanspruchung)

20/30 (25/55-55)25/55-55

50/70

25/55-55

50/70

-Rad- und

Gehwege

70/100

70/10070/100

-70/100VI

V

-30/45

50/7050/70

70/100

50/7070/100

(50/70)

IV

III

25/55-55

25/55-55 50/70

(30/45)II 40/100-65

20/30

(10/40-65)-

-

25/55-55

30/45

(10/40-65)

SV und I

Offenporige

Asphalt-

deckschicht

GussasphaltSplittmastix-

asphalt

Asphalt-

beton

Asphalt-

tragdeck-

schicht

Asphalt-

binder

Asphalttrag-

schichtBauklasse/

Flächenart

- Einsatz nicht vorgesehen() nur in Ausnahmefällen

50/70

50/70

50/70

(PmB 45)

50/70

30/45

(20/30)

30/45

30/45

PmB 45

(50/70)

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Optimierung des Mischgutes hinsichtlich Verformungsbeständigkeit

Auswirkungen auf die Mischguteigenschaften

• Erhöhung des Verdichtungswiderstandes

• Witterungsempfindlichkeit erhöht

• Verkürzte Verarbeitungszeiten



Verdichtungsmangel!

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Änderungen in den Eigenschaften der Baustoffe

Ist eine Veränderung der Bitumenqualität erkennbar?

Möglicherweise haben sich die Eigenschaften von Bitumen im letztenJahrzehnt verändert.Die Bitumenqualität ist in der Regel aber nicht zu beanstanden, da die Anforderungen der TL Bitumen erfüllt werden.

Haben sich die Eigenschaften der Gesteine verändert?

Gesteinskörnungen für Asphalt sind natürliche Rohstoffe, deren Eigenschaften sich nur in geologischen Zeiträumen ändern. Neue Lagerstätten sind in den letzten 20 Jahren praktisch nicht mehr erschlossen worden.



Der Eindruck bleibt:Nach subjektiven Maßstäben hat der Asphaltstraßenbau offensichtlich ein

Qualitätsproblem!

Erkennen und Beseitigen der Ursachen!

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Phasen des Entstehens einer Asphaltstraße

1. Planung und Ausschreibung

2. Angebot und Vergabe

3. Ausführung

3a. Auswahl und Herstellung des Asphaltmischgutes

3b. Einbau des Asphaltmischgutes



Planung

Ermittlung und sorgfältige Beachtung der

Beanspruchungen aus Verkehr

� Bemessungsrelevante Beanspruchung

� Besondere Beanspruchungen

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Landesstraße, Bauklasse IIINormale Beanspruchungen



Landesstraße, Bauklasse IIIBesondere Beanspruchungen

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Besondere Beanspruchungen

Normale Beanspruchungen



Kommunale Straße, Bauklasse IIIBesondere Beanspruchungen

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Wohnstraße, Bauklasse VLeichte Beanspruchungen



Abdrücke

Kann passieren, aber damit lässt es sich leben.

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Besonders hohe Beanspruchungen(gilt für jede Bauklasse)



IndustriesammelstraßeBesonders hohe Beanspruchungen

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Besondere Beanspruchungenvibrationsarme Verdichtung



Besondere Beanspruchungenauf Brücken - Schwingungen

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Planung

Sorgfältige Beurteilung der Gesamtkonstruktion

im Sinne der ZTV BEA-StB 09



Objektbezogene Mischgutkonzeption

Bei Festlegung der Eigenschaften des Asphaltmischgutes ist den Anforderungen durch Verkehrsbeanspruchung, Klima etc. bereits bei der Auswahl der Mischgutsorte, insbesondere

aber bei der Zusammensetzung des Mischgutes ein höherer Stellenwert beizumessen.

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Unterlagen (Baubeschreibung) besorgen

Erstprüfung auf die Erfordernisse des Objektes anpassen

- Eignungsnachweis -



Beachtung der Eigenschaften der Ausgangsstoffe beim Erstellen der Erstprüfung

Bitumen

Gesteine

Einflüsse aus der Wechselwirkung zwischen den Ausgangsstoffen

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Auswahl der Gesteinskörnungen

Grobe Gesteinskörnungen - Splitt

Feine Gesteinskörnungen - Sand

Füller



Auswahl der groben Gesteinskörnungen

2,65 Mg/m³ 2,73 Mg/m³ 2,78 Mg/m³ 2,84 Mg/m³

2,72 Mg/m³ 2,74 Mg/m³ 2,70 Mg/m³ 3,45 Mg/m³

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Feine Gesteinskörnung und Mörtel

Sieblinie feine GesteinskörnungFüllerarme Brechsande haben durch die

Windsichtung auch geringe Feinsandanteile.

Diese Hohlräume müssen durch Füller oder Bitumen gefüllt werden.



Feine Gesteinskörnung und Mörtel

Wasserempfindlichkeit des FüllersSchüttelabriebversuch

Anforderungswerte?

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Quellungen nach Wasserlagerung



Wasserempfindlichkeit von feinen

Gesteinskörnungen

Schüttel-Abriebverfahren

nach TP Gestein-StB Teil 6.6.3

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Unterschiedlicher Masseverlust beim Schüttelabrieb



Auswahl der feinen Gesteinskörnung

Sieblinie

Anteil und Eigenschaften der Feinanteile

• Sandäquivalentverfahren

• Methylenblautest

Sande kritisch auswählen!

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Eigen- und Fremdfüller

- Rigden Hohlraumgehalt-Versteifende Eigenschaften

Hand aufs Herz, wer schaut sich diese Kennwerte an wenn eine Rezeptur

entworfen oder verändert wird?



Füllereigenschaften

FremdfüllerRohdichte: 2,74 Mg/m³Hohlraumgehalt nach Rigden: 36,0 Vol.-%Versteifende Eigenschaften (Erweichungspunkterhöhung) : 16,5 °C

Eigenfüller 2Rohdichte: 2,82 Mg/m³Hohlraumgehalt nach Rigden: 44 Vol.-%Versteifende Eigenschaften(Erweichungspunkterhöhung) : 26,3 °C

Eigenfüller 1Rohdichte: 2,66 Mg/m³Hohlraumgehalt nach Rigden: 34 Vol.-%Versteifende Eigenschaften (Erweichungspunkterhöhung) : 21,3 °C

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Auswahl des Bitumens

Bitumen und Gestein sind Partner, ihre Eigenschaften sollten

zueinander passen!



Haftverhalten des Bitumens zum Gestein

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Affinität eines vulkanischen Gesteins zu

verschiedenen Bitumen

40%

25%

10%

15%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

P mB A

1. GmB

2. GmB

P mB +

H aftmitte l

Umhüllungsgrad

6h 24h Verminderung des Ümhüllungsgrades [%]



Affinität eines elastomermodifizierten Bitumens (mit

haftverbesserndem Zusatz) zu verschiedenen

Gesteinen

35%

15%

10%

10%

10%

20%

0%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Quarzit

Lysit / Labrado rit

A ndesit

R hyo lith

D iabas

Grauwacke I

Grauwacke II

Umhüllungsgrad

6h 24h Verminderung des Ümhüllungsgrades [%]

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Welche Möglichkeiten bestehen, hinsichtlich der Mischguteigenschaften Qualitätsdefiziten

vorzubeugen?

Sorgfältige Durchführung der Erstprüfung!

Berücksichtigung der Gesteinseigenschaften hinsichtlich Bindemittelbedarf.

Porosität, Wasseraufnahme, versteifende Eigenschaften von Füllern



Welche Möglichkeiten bestehen, hinsichtlich der Mischguteigenschaften Qualitätsdefiziten

vorzubeugen?

Sorgfältige Durchführung der Erstprüfung!

Volumetrische Bindemittelbemessungmit Hilfsgrößen wie:

BindemittelvolumenHohlraumausfüllungsgrad und

Füller-Bitumen-Verhältnis

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Mischgutherstellung und Einbau



Konzeption des Mischgutes

Entmischung ist nicht nur ein Einbauproblem!

Mörtelarme Mischungen oder Mischgut mit Ausfallkörnung fördern die Entmischungsneigung

Gesteine mit unterschiedlichen Dichten neigen zur „gravimetrischen Entmischung“

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h



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Maßgebende Faktoren für eine Walzasphaltschicht mit hoher Dauerhaftigkeit

Hohlraumgehalt

Hohlraumgehalt

Hohlraumgehalt

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6059,860,957,157,764,360> 2mm [M.-%]

73,278,5737274,772,568,7> 2mm [M.-%]

5,44,96,15,93,38,24,2Hohlraumgehalt [Vol.-%]

6,35,37766,95,8Fülleranteil [M.-%]

4,04,34,14,14,23,83,8BM-Gehalt [M.-%]

1968535549,844,846,665,656,2EP [°C]

AsphalttragschichtAsphalttragschicht

9,812,08,89,67,811,98,9Hohlraumgehalt [Vol.-%]

9,49,49,69,08,78,910,6Fülleranteil [M.-%]

4,23,64,24,44,24,24,5BM-Gehalt [M.-%]

199675837975,473,878,865,2EP [°C]

Einbaui.M.EinzelwerteBinderschichtBinderschicht

Untersuchungen an Asphaltschichten aus der Berliner Stadtautobahn



Feststellung!

Das Bindemittel im AsphaltbinderAsphaltbinder ist in 10 Jahren10 Jahren von einem PmB 45 A mit EP ca. 63 °C gealtert auf einen EP von i.M. 75 °C (max. 83 °C) - VerVeräänderung = 1,2 nderung = 1,2 °°C/a.C/a.� Hohlraumgehalt i.M. 9,8 Vol.-% � Füller-Bitumen-Verhältnis im Maximum 2,3 (Mittel 2,2)

Das Bindemittel in der AsphalttragschichtAsphalttragschicht ist in 38 Jahren38 Jahrenvon einem B 80 mit EP ca. 44 °C gealtert auf einen EP von i.M. 53 °C (max. 65 °C) - VerVeräänderung = 0,23 nderung = 0,23 °°C/a.C/a.

�� Hohlraumgehalt i.M. 5,4 Vol.-% � Füller-Bitumen-Verhältnis im Maximum 1,8 (Mittel 1,6)

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Schlussfolgerungen für die Dauerhaftigkeit

Bei hohlraumarm zusammengesetzten Asphalten steigt der EP RuK durch Alterung um weniger als 0,5 °C pro Jahr an. Bei hohlraumreichen Asphalten beträgt der Anstieg bis zu 2 °C pro Jahr und ggf. mehr.

Bezogen auf die Bitumensorte bedeutet: 1 Viskosit1 Viskositäätsstufe htsstufe hööher = > 8 Jahre Nutzungsdauer!her = > 8 Jahre Nutzungsdauer!

Für die Wahl der Bitumensorte gilt:

So weich wie mSo weich wie mööglich glich –– so hart wie nso hart wie nöötigtig

UnnUnnöötig harte Bindemittel bedeuten eine tig harte Bindemittel bedeuten eine

„„vorgealtertevorgealterte““ AsphaltschichtAsphaltschicht



Additive

Viskositätssenkende Additive können dabei helfen ein schwer verdichtbaresAsphaltmischgut mit geringerem Hohlraumgehalt herzustellen.

Viskositätsverändernde Zusätze verlängern das Einbauzeitfenster, was vor allem in der kalten Jahreszeit von Vorteil ist.

Es ist aber auch zu beachten, dass die Asphaltverdichtung bei Verwendungdieser Zusätze bei ca. 100-110 Grad Celsius absolut abgeschlossen sein muss. Dieser kritische Temperaturbereich kann vor allem in Nahtbereichen sehr schnell erreicht werden. Ein Verdichtungsvorgang zuviel und der behandelte Bereich ist in seiner Substanz zerstört. Die Folge: Nur 90 - 93 % Verdichtungsgrad.

Auch die Anwendung von Additiven setzt Ingenieurverstand und guteKommunikation voraus, um erforderliche Randbedingungen einzuhalten.

Viskositätsverändernde Zusätze machen den Asphalteinbau kinderleicht!!!

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Dauerhafte Nahtausbildung ist möglich



Günstig: Einbau heiß an heiß

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Vorläufiges Fazit



Probleme erkannt!Welche Veränderungen sind schon auf den

Weg gebracht?

Max. Hohlraumgehalt bei Deckschichten abgesenkt

Quantitative Anforderungen an den Schichtenverbund

Mindestsplittgehalte abgesenkt (SMA)

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Wie haben sich die Veränderungen des Regelwerkes ausgewirkt?

Hohlraumgehalte bei SMA wesentlich niedriger – Zahl der unzulässigen Abweichungen hat abgenommen.

Praktisch keine Mängel im Schichtenverbund mehr feststellbar!



Welche weitere Möglichkeiten bestehen, hinsichtlich der Anforderungen beim Einbau den

Qualitätsdefiziten vorzubeugen?

Bei der heutigen Verdichtungstechnologie ist es problemlos möglich, bei Walzasphaltschichten

die Anforderungen an den Verdichtungsgrad auf 100 % (- 2 % Toleranz) anzuheben.

Im Bereich zwischen 96 % und 100 % Verdichtungsgrad führt eine Zunahme des Verdichtungsgrades um 1 % zu einer Erhöhung des Verformungswiderstandes von 15 %! [Huschek 1998]

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Verdichtungskontrolle



Verdichtungsmangel?

1 Verdichtungsmängel/Hohlraumgehaltsüberschreitung

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77Vermeidung von SchVermeidung von Schääden an Asphaltdeckschichten den an Asphaltdeckschichten 1 Verdichtungsmängel/Hohlraumgehaltsüberschreitung

Verdichtungsmangel?



Asphaltmischgut in den Zeiten der rechnerischen Dimensionierung

� Die RDO Asphalt präferiert sehr deutlich besonders steife Asphaltkonzepte.

� Hohe Steifigkeiten werden mit daraus resultierend großen Nutzungsdauern „belohnt“.

� Hohlraumreich und bindemittelarm kommt dabei leider zu gut weg, da über die Laborverdichtung beinahe jedes Konzept auf die erforderlichen 99-101 Vol.-% Verdichtungsgrad gebracht werden kann.

� Zur Not wird mit praxisfernen Marshallverdichtungstemperaturen nachgeholfen.

� Durch die exakte Herstellung und die neuen Regelungen, dass nur noch ein Bindemittelgehalt zu dokumentieren ist, ist es für Dritte kaum noch möglich, diese „Theoriemischgüter“ schnell zu entlarven.

Die Ansätze der RDO sind in Bezug zur Dimensionierung in

Ordnung, die Dauerhaftigkeit unter dem Gesichtspunkt der Alterung

wird jedoch nicht ausreichend berücksichtigt.

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Hohe Porosität durch Einbau bei ungünstiger Witterung

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Viel Erfolg für die Umsetzung und vielen Dank

für Ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt:Bernd DudenhöferASPHALTA Prüf- und Forschungslaboratorium GmbHHalenseestraße/Innenraum AVUS Nordkurve14055 Berlin+49 (30) [email protected]

www.asphalta.de

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