Vom Material zur Struktur: Untersuchung des mechanischen Verhaltens und der Performanceentwicklung von Asphaltbelägen unter dem Einfluss multiphysikalischer Feldkopplungseffekte, Phase I: Materialschädigung und Versagensmechanismen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Pengfei Liu
• Fachliche Zuordnung: Baustoffwissenschaften, Bauchemie, Bauphysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566788528

Asphaltbeläge sind komplexen Betriebsbedingungen ausgesetzt, die durch Verkehrsbelastungen, oxidative Alterung, thermische Zyklen, Frost-Tau-Wechsel und weitere Umweltfaktoren beeinflusst werden. Diese Bedingungen verändern mit der Zeit die Temperatur- und Spannungszustände, was zu einer Abnahme der Festigkeit und Steifigkeit führt, die Funktionalität des Belags beeinträchtigt und seine Lebensdauer verkürzt. Aktuelle Forschungen vereinfachen oft die anisotrope Materialstruktur und den dreidimensionalen Spannungszustand, was zu Abweichungen in Festigkeits- und Steifigkeitsmessungen sowie zu Ungenauigkeiten in der Fahrbahndimensionierung führt. Zudem erfassen viele Modelle zur Ermüdungs- und Schadenscharakterisierung die fortschreitende Schädigung und den finalen Versagensprozess nicht präzise. Die Simulation des realen Langzeitverhaltens von Asphaltbelägen bleibt eine Herausforderung, da multiphysikalische Wechselwirkungen oft nicht ausreichend berücksichtigt werden. Dieses Projekt soll das mechanische Verhalten und die langfristige Performance-Entwicklung von Asphaltbelägen unter multiphysikalischen Feldeinflüssen erforschen und prädiktive Modelle für die Schadensprogression entwickeln. Dazu ist die Forschung in zwei Phasen gegliedert: Phase I konzentriert sich auf Materialuntersuchungen, um Versagensmechanismen zu identifizieren, ein nichtlineares Schadensmodell zu entwickeln und Umwelteinflüsse auf Asphaltmischungen zu analysieren. Phase II baut darauf auf und erweitert die Forschung auf Strukturebene, indem beschleunigte Asphalttests und Finite-Elemente-Simulationen kombiniert werden, um ein Modell für die langfristige Performance und Instandhaltungsstrategien zu erstellen. In Phase I werden Festigkeits-, Ermüdungs- und Restfestigkeitstests unter kontrollierten Belastungsraten, Spannungen, Spannungszuständen, Temperaturen und Alterungsbedingungen durchgeführt, um Materialdegradation und Versagen zu quantifizieren. Ein nichtlineares Schadensmodell unter multiphysikalischer Feldkopplung wird entwickelt, um Festigkeitsentwicklung und die Verringerung des Steifigkeitsmoduls zu beschreiben und eine realistischere Bewertung der Ermüdungsresistenz zu ermöglichen. Diese Erkenntnisse liefern essenzielle Grundlagen für Phase II. Erwartete Ergebnisse sind verbesserte Ermüdungskriterien, optimierte Materialmodelle und eine fundierte Basis für nachhaltige Fahrbahndimensionierung und Instandhaltung. Durch die Verbindung von materialwissenschaftlicher Forschung mit strukturellen Anwendungen trägt dieses Projekt zur Entwicklung langlebiger und ressourcenschonender Asphaltbeläge bei, um Materialverbrauch und CO₂-Emissionen zu minimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Alvaro Garcia-Hernandez