Forschung im Straßenwesen (FoSt)

Dokumentation der laufenden Forschungsarbeiten im Straßenwesen

0901 301
Zyklische Schersteifigkeits- und Scherermüdungsprüfung zur Bewertung und Optimierung des Schichtenverbundes in Straßenbefestigungen aus Asphalt
AiF 17634
IDN 0
Forschungsstelle Technische Universität Dresden, Institut für Stadtbauwesen und Straßenbau (Prof. Dr.-Ing. habil. F. Wellner)
Technische Universität Braunschweig, Institut für Straßenwesen (ISBS) (Prof. Dr. techn. Dipl.-Ing. M. P. Wistuba)
Bearbeiter Wellner, F.
Büchler, S.
Wistuba, M. P.
Isailovic, I.
Hristov, B.
Auftraggeber Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e. V. (AiF), Köln
Stand Abschluss: Januar 2016

Straßenbefestigungen aus Asphalt sind schichtenweise aufgebaut. Alle Schichten werden beim Einbau vollständig verbunden. Einbaumängel, extreme Beanspruchung aus Verkehrslasten oder witterungsbedingten Einwirkungen können den Schichtenverbund nachteilig beeinträchtigen. Mangelhafter oder fehlender Schichtenverbund führt zu einer unvorteilhaften Kraftabtragung innerhalb der Straßenbefestigung und folglich zu frühzeitigen Schäden wie zum Abheben der Deckschicht, zu Schlaglochbildung oder zur Reduktion beziehungsweise zum Verlust der strukturellen Tragfähigkeit durch vorzeitige Materialermüdung. Mangelhafter Schichtenverbund verkürzt somit die Nutzungsdauer der Befestigung. Im abgeschlossenen AiF-Projekt Nr. 13589 konnte gezeigt werden, dass ein vollständiger Verbund auch bei optimalen Einbaubedingungen praktisch nicht erreicht werden kann. Insbesondere bei hohen Temperaturen und geringen beziehungsweise nicht vorhandenen Normaldruckspannungen sinken Scherwiderstand und Verbundwirkung deutlich ab. Zurzeit erfolgt in Deutschland die Beurteilung der Scherfestigkeit mit einem statischen Abscherversuch, bei dem ein Bohrkern bis zum Scherbruch belastet und die erzielte Bruchkraft zur qualitativen Beurteilung des Schichtenverbunds herangezogen wird. Alternativ wurde in der jüngsten Vergangenheit an der TU Dresden ein neues Prüfverfahren entwickelt, welches eine Beschreibung des Verbundverhaltens unter zyklisch-dynamischer Beanspruchung anhand von physikalisch interpretierbaren Materialgesetzen ermöglicht. Dabei wird ein Bohrkern halbseitig in der Lage fixiert, während die zweite Bohrkernhälfte durch eine Sinusschwingung so angeregt wird, dass eine Verschiebung senkrecht zur Bohrkernachse erzeugt wird. Als Reaktion auf die sinusförmige Anregung wird die sinusförmige Kraft aufgezeichnet, deren Verlauf aufgrund der visko-elastischen Asphalteigenschaften zeitverschoben ist. Der resultierende Spannungsverlauf kann als Funktion systematisch variierter Beanspruchungsbedingungen bestimmt werden (Scherweg, Frequenz, Normalspannung, Prüftemperatur). Der komplexe Schersteifigkeitsmodul G* in Abhängigkeit von der Normalspannung ist ein Maß für den materialspezifischen Scherwiderstand im geprüften Querschnitt. Ziel des Forschungsprojekts ist es, für dieses Prüfverfahren einen umfassenden Bewertungshintergrund zu entwickeln und die Kenntnisse zu den Einflussfaktoren auf den Schichtenverbund zu vervollständigen. Unter anderem werden ermittelt: die Prüfpräzision unter Wiederholbedingungen, eventuelle Einflüsse aus der Probekörperherstellung (Labor/Bohrkernentnahme in situ) auf das Prüfergebnis, die zeit- bzw. ermüdungsbedingte Veränderung der Verbundwirkung bei wiederholter Belastung, die Auswirkungen unterschiedlich wirkender Verbundmittel (Bitumenemulsionen, ohne/mit Fluxöl, Menge des Verbundmittels, Verschmutzungsgrad) und die Veränderung des Beanspruchungszustands und der Haltbarkeit der Befestigung infolge von Änderungen der Verbundwirkung.

Veröffentlichung

Don't have an account yet? Register Now!

Sign in to your account