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Detailergebnis zu DOK-Nr. 73270

Die Rolle der stofflichen Komponenten im mechanischen Verhalten des Walzasphaltes

Autoren	G. Gajári
Sachgebiete	9.1 Bitumen, Asphalt

Straße und Autobahn 69 (2018) Nr. 5, S. 383-389, 17 B, 14 Q

Bei Zimmertemperatur und ohne äußeren Druck sind die Steifigkeit und die Festigkeit des Bitumens und der Gesteinskörnung gering. Die gleichen Werte des Asphalts liegen mehrere Größenordnungen über denen der Komponenten. Wie ist diese große Differenz ohne chemische Vorgänge möglich? Unter anderem wird in dem Beitrag die Antwort auf diese Frage gesucht. Aufgrund der Ergebnisse dreier Experimente wird die Hypothese aufgestellt, dass die Steifigkeits- und Festigkeitszunahme auf die inneren Druckspannungen des Korngerüsts zurückzuführen ist. Die Vorspannung stammt vom Bitumen, welches wegen seines thermisch bedingten Schrumpfens das Korngerüst zusammenzieht. Zur Hypothese werden zwei weitere Zusammenhänge benötigt. Nach dem ersten ist die Steifigkeit des Korngerüsts druckabhängig, in erster Näherung ist sie proportional zum Druck. Der zweite ist das Prinzip der wirksamen Spannungen von Terzaghi, nach dem die totale Spannung die Summe der wirksamen und der neutralen Spannungen ist. Die wirksame wirkt zwischen den Gesteinskörnern, die neutrale herrscht im Bitumen und hat hydrostatischen Charakter. Neutrale Spannung kann im Verdichtungsgefäß dann nachgewiesen werden, wenn die Hohlraumsättigung des Korngerüsts ein bestimmtes Maß erreicht. Dann ist die Mischung nicht weiter verdichtungsfähig. Bei diesem "optimalen" Bitumengehalt erreicht der Hohlraumgehalt sein Minimum. Bleibende Verformungen entstehen bei hohen Temperaturen, wenn der Bitumengehalt das Optimum übersteigt. Dann steigen die neutralen Drücke im Bitumen an, wodurch die wirksamen Spannungen abfallen, folglich auch die Schubsteifigkeit geringer wird. Die Hypothese betreffend der inneren Drücke im Korngerüst, als Ursache für die Steifigkeit und Festigkeit der Mischung, ist mit dem anerkannten Huet-Saegh-Modell vereinbar, folglich ist die Temperaturabhängigkeit der Asphaltsteifigkeit nicht nur auf die temperaturabhängige Viskosität des Bindemittels zurückzuführen. Die durch Spaltzugversuch bei mittleren Temperaturen ermittelte hohe Steifigkeit ist keine positive Eigenschaft, wie man es bisher geglaubt hat, weil bei niedrigen Temperaturen, infolge innerer Zugspannungen, die Rissempfindlichkeit steigt. Die heute üblichen Bitumensorten sollten also vermieden werden. Die Neigung zur Rissbildung kann mit weichen Bitumensorten verhindert werden. Stabile Asphalte gegenüber bleibenden Verformungen (Spurrinnen) können mit dem "optimalen" Bitumengehalt und durch hohe Dichte hergestellt werden.