Crack-healing behaviour of asphalt and asphaltinterfaces

Abstract

Straßenschäden wie Risse gehören zum alltäglichen Bild von Verkehrsteilnehmern. Bei Verkehrsflächen aus Asphalt besteht jedoch die Möglichkeit, dass Risse, die durch Überlast oder Ermüdung entstanden sind, "heilen" können bzw. ihr Risswachstum durch "Heilung" gehemmt wird - aufgrund der Eigenschaften des Bitumens. Le-bensdauermodelle berücksichtigen diese "Heilung" derzeit nur unvollkommen.<br />In Hinblick auf eine bessere Modellierung der Straßenlebensdauer soll der Grad einer möglichen "Heilung" in dieser Arbeit experimentell an Asphalt (Vollmaterial) mit drei verschiedenen Bitumensorten, bei jeweils zwei Aus-heiltemperaturen und zwei variierende Schließkräften, die auf den Riss nach dessen Induzierung wirken, be-stimmt werden.<br />Zusätzlich zu den Vollmaterialprobekörpern wurden auch Asphaltverbunde mit drei verschiedenen Haftbrücken präpariert, um auch hier Aussagen über deren Heilungsverhalten treffen zu können.<br />In der Einführung werden die bisher angewendeten Messverfahren erläutert, die Belastungssituation durch rol-lenden Verkehr auf einer Straße beschrieben und dadurch das in dieser Arbeit verwendete Messverfahren zur zerstörenden Werkstoffprüfung - die genormte Keilspaltmethode nach Tschegg - motiviert. Die Probekörper werden nach einer solchen Materialprüfung durch mechanischen Druck wieder zusammenge-fügt, einer Temperaturbehandlung unterzogen und erneut geprüft. Dieser Zyklus wird bis zu siebenmal pro Probe wiederholt. Als "Heilungsparameter" gelten die Veränderungen der gemessenen Festigkeiten und der Bruchener-gien der Proben im Laufe der Prüf- und Heilungszyklen. Neben dem Rissöffnungsmodus wird zusätzlich durch eine neuartige Erweiterung des Keilspaltverfahrens ein sogenannter "gemischter" Bruchmodus aus Rissöffnungsmodus und Schermodus bei der Materialprüfung er-zeugt.<br />Alle Materialtests werden bei einer Probentemperatur von 0°C durchgeführt. Als Probekörper kommen Bohrkerne aus Straßen zum Einsatz, die nach der Präparation eine Anzahl von über 500 Einzelmessungen ergaben.

Road damages such as cracks belong to the everyday picture for road users. At traffic areas made of asphalt however the possibility exists that cracks, which resulted from overloads or fatigue, are able to "heal". At least their crack growth velocity could be restrained by "healing" due to the characteristics of bitumen. Life span models consider these healing effects only imperfectly at present. In view of a better modelling of the road life span the degree of "healing" is to be determined experimentally in this work at asphalt (full material) with three different bitumen grades, at two different healing temperatures and at two varying closing forces, which affect the crack after inducing. Additionally to the samples with full material also asphalt compounds with three different bonding layers have been prepared, in order to be able to give statements about their healing behaviour too. In the introduction the measuring procedures used so far are described, the load situation by rolling traffic on roads and thus the measuring procedure for destructive material testing used in this work - which is the standard-ized wedge splitting method after Tschegg is motivated. After testing, the specimen parts are again joined by means of mechanical pressure, subjected to a temperature treatment and again tested. This cycle is repeated up to seven times per sample. As "healing"-parameters the changes of the examined strength and the fracture energy of the samples in the course of the testing and healing cycles are considered. Additionally to the crack opening mode a new extension of the wedge splitting procedure made it possible to test samples at a so-called "mixed mode" which consist of the crack opening mode and shear mode. All material tests have been performed at 0°C sample temperature. As specimens drill cores were prepared from roads, which resulted in a number of over 500 individual examinations.