Dauerhaftigkeit von Asphaltmastix : Auswirkungen des Füller und der Alterung in Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit

Abstract

Ungleich der thermischen Rissbildung, den Spurrinnen oder den ermüdungsbedingten Netzrissen, kann die Ursache von Korn- und Schollenausbrüche nicht immer eindeutig einer klimatischen oder verkehrsinduzierten Belastung zugeordnet werden. Auf Basis vorhergegangener Untersuchungen, ist das mangelnde Gebrauchsverhalten von Asphaltmastix (Bitumen + Füller) als mögliche Schadensursache anzusehen. Aus diesem Grund ergab sich der Anlass zur Untersuchung der Auswirkungen der Füller & Feinanteile, sowie der Alterung in Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit von Asphaltmastix. Im Zuge der gegenständlichen Arbeit wurden Asphaltmastixproben mit fünf verschiedenen Füller- & Feinanteilgemischen und zwei verschiedenen Bitumensorten hergestellt. Die Mastixproben unterschieden sich lediglich in der Wahl der Gesteins- und Bitumensorte. Bindemittel-Füller-Verhältnis sowie die verwendeten Korngruppen waren bei allen Probenident. Mit Hilfe des Dynamischen Scherrheometers wurden diese Proben einer Ermüdungsprüfung mit vorgegebener Schubspannung unterzogen. Dabei wird ein elektrisches Drehmoment auf Basis der vorgegebenen Schubspannung angefahren. Währenddessen werden der Betrag des komplexen Schubmoduls und der Phasenverschiebungswinkel der Mastixprobe bis zum Versagen berechnet und aufgezeichnet. Durch Mehrfachbestimmung auf unterschiedlichen Spannungsstufen konnten Wöhlerkurven ermittelt werden, die für den Vergleich der Proben herangezogen wurden. Zwei Mastixproben wurden für die Untersuchungen der Auswirkungen der Alterung herangezogen. Dafür wurden die zwei Proben labortechnisch mit jeweils zwei verschiedenen Verfahren gealtert und anschließend mit dem Dynamischen Scherrheometer einer Ermüdungsprüfung unterzogen. Um die Auswirkungen der Füller & Feinanteile zu untersuchen, wurden die Sieblinien ermittelt, um daraus unterschiedliche Parameter zu berechnen, die mit den Ermüdungsfestigkeiten verglichen wurden. Es konnte festgestellt werden, dass ein Zusammenhang zwischen den sieblinienrelevanten Faktoren und der Ermüdungsfestigkeit besteht. Diese Aussage konnte in dieser Arbeit nur qualitativ getroffen werden. Eine Korrelationsanalyse konnte aufgrund der geringen Stichprobenzahl nicht durchgeführt werden. Bei den gealterten Proben konnten keine Aussagen betreffend der Auswirkungen der labortechnischen Alterung in Bezug auf die Ermüdungsfestigkeit getroffen werden. Grund dafür war, dass auf Basis der Ergebnisse der Ermüdungsprüfungen eine Ertüchtigung der Proben erfolgte. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Alterung negative Auswirkungen auf das Gebrauchsverhalten des Bitumens hat. Ursachen dieses Phänomens könnten in den prüftechnischen Randbedingungen, sowie in der Veränderung des Bitumen-Füller-Verhältnisses aufgrund der labortechnischen Alterung liegen.

Unlike thermal cracking, ruts or fatigue-related network cracks, the cause of raveling cannot be clearly attributed to climatic or traffic-induced stress in all cases. Previous investigations consider the lack of performance of asphalt mastic (bitumen + filler) as a possible cause of damage, which created a need to investigate the effects of fillers and fines as well as aging in relation to the fatigue resistance of asphalt mastic. In this work, asphalt mastic samples were prepared with five different filler & fines mixtures and two different types of bitumen. The only difference between the mastic samples was in the choice of the rock species and the bitumen type. The binder-filler ratio and the grain groups used were identical in all samples. Using the Dynamic Shear Rheometer, these samples were subjected to a fatigue test with specified shear stress. The test is based on the application of an electric torque, due to the specified shear stress. Meanwhile absolute value of the complex shear modulus and the phase angle of the mastic specimen are calculated and recorded until failure. By multiple determination at the different stress level, Wöhler curves could be determined, which were used for the comparison of the samples. Two mastic samples were used to investigate the effects of ageing. For this purpose, the two samples were each aged in the laboratory using two different methods and then subjected to a fatigue test with the dynamic shear rheometer. In order to investigate the effects of the filler & fines, the grading curves were determined in order to calculate different parameters, which were compared with the fatigue strengths. A link was discovered between the grading curve relevant factors and the fatigue stress, however a correlation analysis could not be performed in this work due to a small number of samples. With the aged samples, no statements could be made regarding the effects of laboratory ageing on fatigue strength. The reason for this was that based on the results of the fatigue tests, the samples exhibited improved fatigue resistance, despite the known negative effect of aging on the performance of the bitumen. Causes of this phenomenon could lie in the test conditions, as well as in the change of the bitumen-filler ratio due to laboratory ageing.