Schadensakkumulation bei unterschiedlicher Beanspruchung unter Berücksichtigung von Heilungs- und Affinitätseinflüssen an ausgewählten Asphalten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das maßgebliche Ergebnis des Forschungsvorhabens ist die Bestätigung, dass die im Dimensionierungsverfahren nach den RDO Asphalt 09 verwendete Hypothese von MINER unter Berücksichtigung der für Deutschland erarbeiteten und für die Dimensionierung verwendeten Temperaturhäufigkeitsverteilungen und der Versuchsresultate für Asphalte Gültigkeit besitzt. Die in den Versuchen festgestellten Streuungen der Einzelwerte der Schadenssummen sind mit denen von MINER für Aluminium publizierten vergleichbar. Weiterhin ist die Ermittlung der Auswirkungen der Affinität zwischen Gestein und Bitumen unter Wassereinwirkung auf die dimensionierungsrelevanten Ermüdungseigenschaften ein wesentliches Ergebnis, dass durch die bisherigen Beurteilungsverfahren (Flaschenrollverfahren und Bestimmung des Abfalls der statischen Spaltzugfestigkeit nach Wasserlagerung) nicht ausreichend erfasst werden kann. Die Darstellung des Einflusses von Lastpausen auf die Heilung bzw. auf den entsprechenden Shift-Faktor und somit auf den Nutzungszeitraum einer Asphaltbefestigung zeigt eine deutliche Abhängigkeit, die zu einer Verbesserung der Berechnungsergebnisse der rechnerischen Dimensionierung genutzt werden kann. Die ZTV Asphalt-StB 07 regelt die Mindestanforderungen an Hohlraumgehalt und Verdichtungsgrad für eingebaute Asphaltschichten. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Asphaltbefestigung mit einem geforderten Mindestverdichtungsgrad von 97% für die einzelnen Asphaltschichten bezüglich des Schadenskriteriums Ermüdungsrissbildung (untersucht für die Asphalttragschicht und die Asphaltdeckschicht) deutlich eher versagt, als Befestigungen mit geringfügig höheren Verdichtungsgraden. Durch Anhebung des vorgeschriebenen Mindestverdichtungsgrades in den entsprechenden Regelwerken auf 100% könnte eine deutliche Verbesserung hinsichtlich des Ausfallzeitpunktes einer Asphaltbefestigung realisiert werden. Die Nachverdichtung der Asphaltschichten infolge der Verkehrsbelastung ist positiv zu betrachten und führt zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften. Bei Berücksichtigung der Nachverdichtung kann die Genauigkeit der Ergebnisse der rechnerischen Dimensionierung verbessert werden. Insgesamt lässt sich aus den Ergebnissen des Forschungsvorhabens eine notwendige Präzisierung und Fortschreibung des Verfahrens zur rechnerischen Dimensionierung gemäß den RDO Asphalt 09 ableiten, die folgende Punkte umfassen sollte: - Berücksichtigung der Auswirkungen der Heilungseffekte, resultierend aus unterschiedlichen Belastungsfrequenzen, auf die dimensionierungsrelevanten Eingangsgrößen Ermüdungsfunktion und Steifigkeitsmodul sowie auf den Shift-Faktor - Einführung dehnungsabhängiger Shift-Faktoren, da z.B. für große Dehnungen eine geringere Heilung infolge von Lastpausen nachgewiesen wurde - Veränderung der Ermüdungseigenschaften (Ermüdungsfunktion und Steifigkeitsmodul) über die Lebensdauer infolge von Nachverdichtung und der damit einhergehenden Verringerung des Hohlraumgehaltes - Auswirkungen von Wassereinwirkung auf die Ermüdungseigenschaften (Ermüdungsfunktion und Steifigkeitsmodul) infolge der unterschiedlichen Affinität zwischen Gestein und Bitumen Die Auswirkungen der Art der Bestimmung der Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktion und der Ermüdungsfunktion wurden anhand des Einaxialen Versuches in Grundzügen untersucht. Da bisher noch keine Umsetzung der Europäischen Norm DIN EN 12697-26 in ein nationales Anwendungsdokument (Technische Prüfvorschrift) erfolgt ist, sollten die im Ansatz untersuchten Auswirkungen der Art der Bestimmung der Steifigkeitsmodul-Temperaturfunktion sowie der Ermüdungsfunktion auf die Ergebnisse der rechnerischen Dimensionierung fortgesetzt und quantifiziert werden. Ziel der Untersuchungen muss es sein, nur ausgewählte Prüfverfahren mit präzisen Versuchsbedingungen in das nationale Anwendungsdokument zu übernehmen. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Anwendung des Zug-Schwellversuches zur Bestimmung der dimensionierungsrelevanten Eingangsgrößen nicht ohne Anpassung der in der RDO Asphalt 09 verankerten Shift-Faktoren erfolgen darf (Kalibrierung). Anderenfalls würde eine deutliche Überbewertung der Leistungsfähigkeit der Befestigung erfolgen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Adhesion Agents influencing the Fatigue Life of Stone Mastic Asphalts. 11th International Conference on Asphalt Pavements (ISAP 2010), Conference Proceedings (ISBN 978-16-18390-73-8), p. 1307-1316, Nagoya, 2010
Weise, C.; Oeser, M.
- Der Einfluss von Wasser auf das Ermüdungsverhalten von Splittmastixasphalten. Straße und Autobahn 12/2010, S. 865-874, Kirschbaum-Verlag, Bonn, 2010
Weise, C.; Oeser, M.
- Gilt die Hypothese von Miner für Asphaltgemische? Asphalt 6/2010, Seite 33-42, Giesel Verlag, Hannover, 2010
Weise, C.
- Is Miner’s law valid for asphalt mixes? 9th International Conference on Multiaxial Fatigue and Fracture (ICMFF9), Conference Proceedings (ISBN 978-88-95940-31-1), Parma, 2010
Weise, C.; Blasl, A.
- Auswirkungen von Lastpausen und Heilung auf die Ermüdungseigenschaften von Asphaltgemischen. GESTRATA Journal März 2012, 134, S. 26-35, Wien, 2012. Straße und Autobahn 3/2012, S. 168-174, Kirschbaum-Verlag, Bonn, 2012
Weise, C.
- Einfluss des Hohlraumgehaltes auf die Lebensdauer von Asphaltbefestigungen. Straße und Verkehr, 3/2012, S. 19-23, Zürich, 2012
Weise, C.
