Splittmastixasphalte mit Elektroofenschlacke (EOS) zur ... · -Wasserempfindlichkeit von...
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Institut für Straßen- und Eisenbahnwesen
Splittmastixasphalte mit Elektroofenschlacke (EOS) zur
Verbesserung des Gebrauchsverhaltens
Leyla Chakar
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 2
100M
M
Vn
1i i
i
i
i
i ⋅
ρ
ρ=∑=
iV
iρ Mi
iρ[Vol.-%] - Volumenanteil der i Kornklasse in Vol.-%
- Massenanteil der Kornklasse i in M.-% - Rohdichte der Kornklasse i in g/cm3
= Konstant in g/cm3
0,09 0,710,25 11,2852 16
100
Maschenweite Quadratlochweite in mm
60
50
40
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13 20
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90Si
ebdu
rchg
ang
in M
.-%
Sieb
rück
stan
d in
M.-%
60
27
Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB 01
Korngrößenverteilung in M.-%
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 3
iV
iρ Mi
iρ
0,09 0,710,25 11,2852 16
100
Maschenweite Quadratlochweite in mm
60
50
40
30
80
70
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10
0
90
100
10
20
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40
50
60
70
80
90
9
13 20
40
30
100
90Si
ebdu
rchg
ang
in V
ol.-%
Sieb
rück
stan
d in
Vol
.-%
60
27
Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB 01
Korngrößenverteilung in Vol.-%
- Volumenanteil der i Kornklasse in Vol.-%- Massenanteil der Kornklasse i in M.-% - Rohdichte der Kornklasse i in g/cm3
= Konstant in g/cm3100M
M
Vn
1i i
i
i
i
i ⋅
ρ
ρ=∑=
[Vol.-%]
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 4
0,09 0,710,25 11,2852 16
100
Maschenweite Quadratlochweite in mm
60
50
40
30
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70
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0
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Sie
bdur
chga
ng in
M.-%
Sie
brüc
ksta
nd in
M.-%
Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB
Massenanteile für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,1 g/cm
9
13 20
40
30
100
90
60
27
3
100.V
.VM n
1iii
iii ⋅
ρ
ρ=∑=
[M.-%]
iρ = 2,4 und 3,1 g/cm3
0,09 0,710,25 11,2852 16
100
Maschenweite Quadratlochweite in mm
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(33)
20
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(66)
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Sie
bdur
chga
ng in
M.-%
Sie
brüc
ksta
nd in
M.-%
(44)
60
(46)
(25)
(16)
27
(7)
(16)
Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB 01
Massenanteile für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,8 g/cm3
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 5
100.V
.VM n
1iii
iii ⋅
ρ
ρ=∑=
[M.-%]
iρ = 2,4 und 3,8 g/cm3
0,09 0,710,25 11,2852 16
100
Maschenweite Quadratlochweite in mm
60
50
40
30
80
70
20
10
0
90
100
10
20
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40
50
60
70
80
90
9
13
(33)
20
40
30
(66)
100
90
Sieb
durc
hgan
g in
M.-%
Sie
brüc
ksta
nd in
M.-%
(44)
60
(46)
(25)
(16)
27
(7)
(16)
Grenzwerte nach ZTV Asphalt-StB 01
Massenanteile für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,8 g/cm3
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 6
0,063 0,710,125 11,285,62 16
100
Siebnennöffnungsweite in mm
60
50
40
30
80
70
20
10
0
90
100
10
20
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40
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70
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8
12 20
45
35
100
90
Sie
bdur
chga
ng in
M.-%
Sie
brüc
ksta
nd in
M.-%
(46)
65
(30)
(17)
30
(7)
Grenzwerte nach TL Asphalt-StB 07
Korngrößenverteilung für Rohdichten zwischen 2,4 und 3,8 g/cm3
50
100
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 7
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
Anforderung an den Bindemittelgehalt
Gemäß ZTV Asphalt-StB 01B ≥ 6,5 M.-%
Nach TL Asphalt-StB 07B ≥ 6,6 M.-%Bmin = 6,6 ·α
Nach DIN EN 13108, Teil 5
p
650,2ρ
=α
aρ - scheinbare Rohdichte- Rohdichte auf ofentrockener Basisrdρ
ssdρ - Rohdichte auf wassergesättigter und oberflächentrockener Basis- Trockenrohdichte
Nach DIN EN 1097-6
Pρ
aP ρ=ρ
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 8
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
rda ρ>ρ
scheinbare Rohdichte ρa
Rohdichte auf ofentrockener Basis ρrd
ausschließlich wasserzugänglicher Hohlräume
einschließlich wasserzugänglicher Hohlräume
Untersuchungsasphalte
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 9
Zusammensetzung und Nomenklatur
Bindemittel:PmB 45
Füller:Kalksteinmehl
0/0,09
Sand:Edelbrechsand
0/2
EOS Moräne
Splitt:2/5 5/8 8/11
stabilisierenderZusatz:Viatop
Splittmastixasphalt 0/11 S
2/5 5/8 8/11
EEE E E E
MMM M M M
MEE M E E
EEM E E M
EME E M E
EMM E M M
MME M M E
MEM M E M
EMM
KornklasseKombinationsvarianten
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 10
Besonderheiten bei der Rezeptierung von Asphalten mit EOS am Beispiel eines Splittmastixasphaltes 0/11 S
8/11
5/8
2/5mi
ei
mie
iM
Mρ
ρ⋅=
eiM
miM
eiρmiρ
Masse der Kornklasse i aus EOS in g
Masse der Kornklasse i aus Moräne in g
Rohdichte der Kornklasse i aus EOS in g/cm3
Rohdichte der Kornklasse i aus Moräne in g/cm3
Kenngröße und Einheit ρa ρrd
„experimentell“
Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches EEE
g/cm3 3,596 3,385
Faktor α - 0,74 0,78
BMMM M.-% 6,9
BEEE = BMMM ·α M.-% 5,1 5,4 5,6
Korngrößenverteilung der Gesteinskörnungsgemische
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 11
0,09 0,710,25 11,2852 16
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Maschenweite Quadratlochweite in mm
60
50
40
30
80
70
20
10
0
90
100
Sieb
rück
stan
d in
M.-%
Sieb
durc
hgan
g in
M.-%
0
MMMEMMMEMEEMMMEEMEMEEEEE
Zusammensetzung und Asphalteigenschaften
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 12
0123456789
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Wasseraufnahme [Vol.-%]
Hoh
lraum
geha
lt [V
ol.-%
]
EOS > 20 M.-%EOS < 20 M.-%y = 1,3475x + 0,7624; R2 = 0,9904
Wasseraufnahme nach DIN 1996, Teil 8und Hohlraumgehalt
Merkmal MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE
Bindemittelgehalt in M.-% 6,9 6,7 6,5 6,3 6,1 5,9 5,8 5,6
Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches in g/cm3 (berechnet)
2,652 2,771 2,886 3,012 3,194 3,326 3,456 3,596
Rohdichte des Asphaltmischgutes in g/cm3
(berechnet)2,397 2,495 2,589 2,692 2,838 2,946 3,047 3,163
Raumdichte am MPK in g/cm3 2,319 2,396 2,482 2,561 2,632 2,708 2,807 2,870
Hohlraumgehalt in Vol.-% (berechnet) 3,3 4,0 4,1 4,9 7,2 8,1 7,9 9,3
Wasseraufnahme in Vol.-% 1,9 2,4 2,5 2,9 4,8 5,6 5,5 6,0
Bindemittelanteil in Vol.-% 15,3 15,4 15,5 15,5 15,4 15,3 15,6 15,4
MerkmalMerkmal MMMMMM EMMEMM MEMMEM EEMEEM MMEMME EMEEME MEEMEE EEEEEE
Bindemittelgehalt in M.-%Bindemittelgehalt in M.-% 6,96,9 6,76,7 6,56,5 6,36,3 6,16,1 5,95,9 5,85,8 5,65,6
Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches in g/cm3 (berechnet)
Rohdichte des Gesteinskörnungsgemisches in g/cm3 (berechnet)
2,6522,652 2,7712,771 2,8862,886 3,0123,012 3,1943,194 3,3263,326 3,4563,456 3,5963,596
Rohdichte des Asphaltmischgutes in g/cm3
(berechnet)
Rohdichte des Asphaltmischgutes in g/cm3
(berechnet)2,3972,397 2,4952,495 2,5892,589 2,6922,692 2,8382,838 2,9462,946 3,0473,047 3,1633,163
Raumdichte am MPK in g/cm3Raumdichte am MPK in g/cm3 2,3192,319 2,3962,396 2,4822,482 2,5612,561 2,6322,632 2,7082,708 2,8072,807 2,8702,870
Hohlraumgehalt in Vol.-% (berechnet)Hohlraumgehalt in Vol.-% (berechnet) 3,33,3 4,04,0 4,14,1 4,94,9 7,27,2 8,18,1 7,97,9 9,39,3
Wasseraufnahme in Vol.-%Wasseraufnahme in Vol.-% 1,91,9 2,42,4 2,52,5 2,92,9 4,84,8 5,65,6 5,55,5 6,06,0
Bindemittelanteil in Vol.-%Bindemittelanteil in Vol.-% 15,315,3 15,415,4 15,515,5 15,515,5 15,415,4 15,315,3 15,615,6 15,415,4
Weitere Eigenschaften
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 13
MMMEMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante
10,0
20,0
30,0
40,0
Verd
icht
ungs
wid
erst
and
D [2
1 N
m]
]
29,2]
29,5]
30,6 ]
33,0]
34,7
]
36,4
]
35,4]
38,2
Steigender EOS-Anteil MMM EEE
Verdichtungswiderstand D
Gebraucheigenschaften
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 14
- Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern nach DIN EN 12697-12
- Verformungswiderstand nach TP Asphalt-StB
- Einfluss der Temperatur auf den Verformungswiderstand
- Temperaturverhalten bei künstlicher Bestrahlung
- Verformungswiderstand unter besonderer Berücksichtigung des Temperaturverhaltens
Wasserempfindlichkeit
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 15
Wasserempfindlichkeit von Asphalt-Probekörpern nach DIN EN 12697-12
ITSR (Indirect Tensile Strength Ratio)
[%]d
wITSITS
100ITSR ⋅=
Dabei sind:
ITSw die durchschnittliche indirekte Zugfestigkeit der wassergelagerten Teilgruppe
ITSd die durchschnittliche indirekte Zugfestigkeit der trocken gelagerten Teilgruppe
Spaltzugversuch nach DIN EN 12697-23
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 16
Indirekte Zugfestigkeit ITS (Indirect Tensile Strengt)(MPK mit 10 °C)
MPK nach Lagerung im Wasserbad bei 40 °C für 68 h bis 72 h
MPK nach trockner Lagerung bei Raumtemperatur für 68 h bis 72 h
ITSw ITSd
Wasserempfindlichkeit
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 17
80,7
93,5 96,9
81,489,5
94,1
84,5
100,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE
Ver
blei
bend
e S
paltz
ugfe
stig
keit
ITS
R [%
]
Steigender EOS-Anteil MMM EEE
Temperaturempfindlichkeit des Verformungswiderstandes
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 18
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE0,0
4,0
8,0
12,0
16,0
20,0
24,0
Deh
nung
srat
e [P
rom
ille/
10.0
00n]
1,1
5,8
12,3
1,0
4,7
10,2
1,2
3,5
14,6
0,9
4,5
15,1
0,7
3,1
10,3
0,8
2,1
5,0
0,7
1,7
6,3
0,7
1,8
4,1
Temperatur 40°CTemperatur 50°CTemperatur 60°C
Prüftemperatur [°C]
Für Nutzungsdauern von mindestens 10 Jahren < 9 ‰/10.000n
Für Nutzungsdauern von mindestens 20 Jahren < 5 ‰/10.000n
Steigender EOS-Anteil MMM EEE
Abstufung der Helligkeit der Asphaltvarianten
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 19
MMM EMM MEM EEM
MME EME MEE EEE
Temperaturverhaltens von Asphaltproben bei künstlicher Wärmebestrahlung
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 20
Tiefe in mm
Sand
320 mm
AA
Ansicht A-A
BB
Ansicht B-B
Ulta-Vitalux-Lampen
Prüfkasten
maßgebender Probekörper
Vergleichsprobekörper
Lampenkonstellation 1
Lampenkonstellation 2
3
2
1
L M R
3M
2M
1M
3R
2R
1R
1L
2L
3L
Weißstandard-ThermometerSchwarzstandard-Thermometer
0
20
60
Versuchseinrichtung mit Ultra-Vitalux-Lampen und Asphaltproben
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 21
Oberflächentemperaturen der Asphaltvarianten bei Referenztemperaturen von 60 bzw. 70 °C
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 22
Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE
Asphaltvariante
40,0
45,0
50,0
55,0
60,0
65,0
70,0
75,0
Tem
pera
tur
[°C]
]
]]
]] ] ]
]
n=2
45,1
n=3
50,2
n=3
51,3
n=3
52,7
n=3
52,3
n=3
52,3
n=3
52,4
n=3
60,0
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE
Asphaltvariante
]
] ] ]
] ]]
]
n=2
53,8
n=3
60,1
n=3
60,1
n=2
60,1
n=3
61,8
n=3
62,2
n=2
61,5
n=3
70,0
Temperaturzustände innerhalb der Probekörper bei einer Referenztemperatur von 60 bzw. 70 °C
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 23
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE
Asphaltvariante
20,0
31,0
42,0
53,0
64,0
75,0
Tem
pera
tur [
°C]
45,1
32,5
26,1
50,233,4
26,8
51,331,4
26,4
52,732,7
25,7
52,332,3
25,0
52,330,124,2
52,432,9
24,1
60,031,523,1
Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEE
Asphaltvariante
53,841,133,2
60,143,735,2
60,140,534,2
60,141,833,4
61,841,8
32,3
62,239,631,7
61,542,130,8
70,0
41,830,5
Oberfläche20 mm unterhalb der OberflächeUnterkante (60 mm Tiefe)
Position der Messfühler
Mittlere Dehnungsraten der Asphaltvarianten
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 24
Referenztemperatur 60 °C Referenztemperatur 70 °C
Fehlerbalken zeigen Mittelw ert +/- 1,0 Standardabw eichungen
Balken zeigen Mittelw erte
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
mitt
lere
Deh
nung
srat
e [P
rom
ille/
10.0
00n]
]
] ]]
]
]
]]
0,911,05 1,01 0,92 0,83
0,580,75 0,82
MMM EMM MEM EEM MME EME MEE EEEAsphaltvariante
]
]
]
]
]
]
]
]
2,66
3,993,77
3,213,49
1,59
2,112,29
Zusammenfassung und Ausblick
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 25
- Besonderheiten bei der Rezeptierung von SMA mit EOS
- Verbesserung der Haftfestigkeit durch Zugabe von EOS möglich
- Erhöhung des Verdichtungswiderstandes
- Erhöhung des Verformungswiderstandes
- Verformungswiderstand unter besonderer Berücksichtigung des Temperaturverhaltens
Kolloquium für Fortgeschrittene im Straßenwesen am 18.11.2008 26