Tieftemperaturverhalten von Asphalt in Abhängigkeit der Rezeptur

Abstract

Jede Person verwendet Asphalt im täglichen Leben. Die benötigten Lebensmittel, Kleidung und vieles mehr werden mittels Lastkraftwagen über Autobahnen in ganz Österreich verteilt. Da der herkömmliche Asphalt (Asphaltbeton AC) für untergeordnete Straßen (Gemeindestraßen) nur aus Gesteinskörnung, 3,5-5 Massen-Prozent Destillationsbitumen und Hohlraum (= Luft dazwischen) besteht, ist er für den Einsatz als Deckschicht auf hochrangigen Straßen (=Autobahnen) nicht geeignet, da er gegenüber von Splittmastixasphalt (SMA) mit mindestens 6,5 Massen-Prozentpolymermodifizierte Bitumen geringere Lebensdauer, geringer Verschleißfestigkeit und geringer Verformungsbeständigkeit besitzt. Des Weiteren entsteht beim Überrollen des Reifens des Splittmastixasphalt (SMA) beziehungsweise des offenporigen Asphalts (PA) gegenüber des herkömmlichen Asphaltbeton (AC) weniger Lärm.Daher ist es von Interesse, mit welchen Eingangsmaterialien und Mischungsverhältnissen der Asphalthöhere verkehrsinduzierte Lasten bewältigen kann. Durch den Bitumenanteil im Asphalt kann sich der Straßenkörper bei Wärme ausdehnen und bei Kälte zusammenziehen. Speziell der Einsatz von polymermodifizierten Bitumen bringt einen erheblichen Vorteil bei der Bewältigung dieser Belastung. Im Winter wird der Deckschichtasphalt sehr schnell durch Umwelteinflüsse abgekühlt,was zu Zugspannungen im Asphaltkörper führt, da der Einbau im Straßenkörper einer Einspannung entspricht. Je tiefer die Außentemperaturen sind, desto weniger Relaxationsvermögen besitzt das Bitumen, das diese Spannungen abbauen kann. Durch das Überrollen eines Lastkraftwagens kommen zu den kryogenen Belastungen, aufgrund des reinen Abkühlens, auch noch zu verkehrsinduzierte Belastungen. Dadurch entstehen Mikrorisse auf der Asphaltoberfläche, die immer mehr in den Untergrund eindringen, bis der gesamte Straßenquerschnitt reißt und getauscht werden muss.Ziel dieser Diplomarbeit ist das Rezept eines offenporigen Asphaltmischguts (PA) und eines Splittmastixmischgutes(SMA) so zu verändern, sodass die Spannungsreserve maximal wird. Die Spannungsreserve,auch Zugfestigkeitsreserve genannt, gibt die zusätzliche verkehrsinduzierte Belastung in Abhängigkeit der Temperatur an, die ein Asphaltkörper zusätzlich zur kryogenen Belastung aufnehmen kann, ohne dass der Asphaltkörper reißt.

Every person uses asphalt in daily life. Food, clothing and much more products for the daily life are distributed by trucks via highways all over Austria. Since the conventional asphalt (asphaltconcrete AC) for subordinate roads (municipal roads) consists only of aggregate, 3.5-5 mass percentdistillation bitumen and hollow space (= air in between), it is not suitable for use as a surfacecourse on high-ranking roads (=highways), since it has a shorter service life, lower wear resistance and lower deformation resistance than Stone Mastic Asphalt (SMA) with at least 6.5 masspercent polymer-modified bitumen. Furthermore, less noise is generated when rolling over the tire of the Stone Mastic Asphalt (SMA) or the porous asphalt (PA) compared to the conventional asphalt concrete (AC).Therefore, it is of interest with which materials and mix proportions the asphalt can handle highertraffic-induced loads. Due to the bitumen content in asphalt, the pavement can expand when hot and contract when cold. Specifically, the use of polymer-modified bitumen provides a significant advantage in handling this load. In winter, the asphalt surface layer is cooled very quickly by environmental influences, which leads to tensile stresses in the pavement, as the paving process inthe road body is equivalent to restraint. The lower the outside temperatures, the less relaxation capacity the bitumen has to relieve these stresses. When a truck rolls over the asphalt, traffic inducedstresses are added to the cryogenic stresses due to the pure cooling process. This causes micro-cracks on the asphalt surface, which penetrate more and more into the subgrade until the entire road cracks and has to be replaced.The aim of this diploma thesis is to adapt the mix design of a porous asphalt mix (PA) and a stonemastic mix (SMA) in such a way that the stress reserve is maximized. The stress reserve, also called tensile strength reserve, indicates the additional traffic-induced load as a function of temperature that an asphalt body can absorb in addition to the cryogenic load without the asphalt body cracking.