Einfluss der Konditionierungsdauer und des Bitumengehaltes auf das Alterungsverhalten von Asphalt nach Durchlauf des Viennese Aging Procedure

Abstract

Bitumen ist ein natürlich vorkommendes Gemisch aus verschiedenen organischen Stoffen unddient im Asphalt als Bindemittel. Wie bei jedem organischen Stoff kommt es auch bei Bitumen zu einem Phänomen, das als Alterung bezeichnet wird. Dadurch ändern sich dessen chemischen und mechanischen Materialeigenschaften, sodass der Asphalt spröder und härter wird, was zu schlechteren Gebrauchseigenschaften und zu einer erhöhten Versagensanfälligkeit, zum Beispiel im Tieftemperaturbereich, führt.Daher ist es von Interesse, die Alterung besser zu verstehen um somit das Materialverhalten von Bitumen und Asphalt auf lange Sicht besser und präziser vorhersagen zu können. Da Alterungsprozesse im Feld jedoch nur sehr langsam ablaufen, wurden mannigfaltige Methoden entwickelt, um Bitumen und Asphalt im Labor beschleunigt zu altern. Während auf Bitumenebene der RollingThin Film Oven Test (RTFOT) für die Simulation der Kurzzeitalterung das Standardverfahren darstellt, ist die Alterung mittels Pressure Aging Vessel (PAV) ein Alterungsverfahren, das die Langzeitalterung des Bindemittels simuliert. Um Asphalt im Labor zu altern, wurden ebenfalls verschiedenste Verfahren entwickelt, wie beispielsweise das Braunschweiger Alterungsverfahren oder die Viennese Aging Procedure (VAPro). VAPro bedient sich hierbei ozon- und stickoxidangereicherter Luft, welche die Asphaltprobekörper bei Temperaturen, wie sie im Feld maximal auftreten, für mehrere Tage durchströmt und so für eine beschleunigte Alterung des Asphalts sorgt.Ziel dieser Diplomarbeit ist es, verschiedene Einflussfaktoren auf das Alterungsverhalten von Asphalt nach Durchlauf der VAPro-Alterung zu untersuchen: Einerseits wird untersucht, inwiefern unterschiedlich lange Alterungsdauern sich auf die Materialveränderungen aufgrund Alterung bei einem Asphaltbeton auswirken. Andererseits wird untersucht, welche Auswirkungen eine Variation des Bitumengehalts eines Splittmastixasphalts auf das Alterungsverhalten haben und ob eine Dauer von mehreren Tagen zwischen VAPro-Alterung und Prüfungen Auswirkungen auf die beobachteten Alterungseffekte hat. Die duch die Laboralterung induzierte Änderung des Materialverhaltens wird sowohl anhand von Spaltzug-Schwellversuchen, als auch auf Bitumenebene mittels Dynamischem Scherrheometer, ermittelt. Es zeigt sich, dass beim Asphaltbeton eine Erhöhung der Konditionierungsdauer mit einer Zunahme der mechanischen Steifigkeit und einer Abnahme des viskoelastischen Materialverhaltens einhergeht. Beim Splittmastixasphalt hingegen wirkt sich ein veränderter Bitumengehalt nur gering auf die mechanischen Materialveränderungen nach Durchlauf der VAPro aus. Zudem zeigte sich kein relevanter Einfluss der Probekörper-Liegedauern.

Bitumen is a naturally occurring mixture of various organic substances and is used as a binding agent in asphalt. As any organic substance, bitumen also has a phenomenon known as aging.This changes its chemical and mechanical material properties, so that the asphalt becomes more brittle and harder in general, which leads to poorer performance properties and an increased susceptibility to various types of failure. It is therefore of interest to better understand agingin order to be able to predict the material behavior of bitumen and asphalt more precisely int he long term. However, since aging processes are slow processes in the field, various methods have been developed to accelerate the aging of bitumen and asphalt in the laboratory. While the Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT) is the standard method for simulating short-termaging at the bitumen level, aging using a Pressure Aging Vessel (PAV) is an aging process that simulates the long-term aging of the binding agent. In order to age asphalt in the laboratory,various processes have also been developed, such as the Braunschweiger aging process or the Viennese Aging Procedure (VAPro), which was developed at the TU Wien. The VAPro uses highly reactive gases enriched with ozone and nitrogen oxides, which flow through the asphalt specimens at elevated temperatures for several days and thus accelerate the aging of the asphalt.The aim of this diploma thesis is to investigate different influences on the aging behavior of asphalt after passing through the VAPro: On the one hand, it is examined to what extent aging periods of different lengths affect the material changes due to aging in asphalt concrete. It isalso investigated what effects variations in the bitumen content of stone mastic asphalt have on the aging behavior and whether a period of several days between VAPro aging and tests has an impact on the aging effects. The change in material behavior induced by laboratoryaging is determined both on the basis of IT-CY-tests and on the bitumen level using a dynamics hear rheometer. It turns out that with asphalt concrete, an increase in the conditioning time is associated with an increase in mechanical rigidity and a decrease in the viscoelastic material behavior. In the case of stone mastic asphalt, on the other hand, a changed bitumen content has only a minor effect on the mechanical material changes after passing through the VAPro. In addition, there was no relevant influence of the time between aging and testing the specimen.