Zusammenhang des Herstellungsprozesses und des Langzeitverhaltens von Asphaltbeton Dichtschichten im Wasserbau

Abstract

Um die Dauerhaftigkeit und das Langzeitverhalten von Oberflächendichtungen aus Asphaltbeton beurteilen zu können, muss ein fundiertes Wissen über die Alterungsprozesse des Asphaltbetons und seiner Bestandteile, im Speziellen des Bindemittels, vorhanden sein. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, gezielt die Einflüsse während des Herstellungsprozesses auf das Asphaltmischgut so realitätsnah wie möglich zu simulieren und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Dauerhaftigkeit zu untersuchen. Um den herstellungsinduzierten Alterungsprozess (Versprödungsprozess) im Labor nachbilden zu können, wurde speziell dafür ein Versuchsstand samt Versuchsablaufplan entwickelt. Ein Unterschied zu den aktuell in den Normen angeführten Alterungsversuchen ist, dass das gesamte Mischgut (Bitumen + Gesteinskörnung) dem Alterungsprozess unterzogen wird und nicht nur das Bitumen selbst. Dieser Umstand bildet die Grundlage für die realitätsnahe Abbildung des Alterungsprozesses im Labor. Für die Untersuchungen wurden die zwei für die Dichtungsherstellung in Österreich am häufigsten verwendeten Bindemittelsorten (Bitumen 70/100 und PmB 45/80-65) jeweils mit denselben Designsieblinien aus Kalkstein hinsichtlich ihres Versprödungsverhaltens untersucht. Neben den konventionellen Prüfmethoden wurden gebrauchsverhaltensorientierte Prüfungen wie auch chemische Analysen durchgeführt. Um die Laborergebnisse aus dem zweiten Teil (siehe Teil II) dieser Arbeit mit Versprödungsund Versteifungskennwerten bestehender Anlagen abzugleichen, wurden im dritten Teil (siehe Teil III) Bestandsdaten erhoben und aufbereitet. Für einen Vergleich wiesen nicht alle untersuchten Anlagen eine ausreichend hohe Dokumentationsdichte auf. Um keine verfälschten Ergebnisse und Interpretationen zu erhalten wurde die Betrachtung von Asphaltbetonoberflächendichtungen (AF) bei Speichern (Reservoirs) und Kanälen getrennt durchgeführt.

In order to provide the possibility of a reliable forecast of the long-term behavior of asphaltic facings (AF), it is important to know the material aging processes of the asphalt. Good performance characteristics of asphalt deteriorate due to thermal and oxidative processes. The entire process can be summarized by the term aging. Asphalt is a mixture of bitumen and aggregates, wherein the bitumen accredits for a major part of the impact on the deterioration of the performance characteristics during its life cycle. The aging process is divided into short-term (STA) and long-term (LTA) aging. The STA includes the manufacturing process of the mixed material and the placement. The LTA describes the aging process while in service. As an effect of the aging process, bitumen becomes stiffer and more brittle. AF, which are frequently applied for reservoirs, canals and disposals must be able to absorb strains without cracks. If bitumen becomes stiff and brittle, the risk of cracking and leakage under stress increases. The aging effects of bitumen have a strong impact on the performance characteristics of asphaltic concrete. Water reservoir construction sites have different requirements to asphalt related to STA due to exposure and associated transport times. Due to deviating demands (hot material manipulation time) no satisfactory forecasts can be concluded with the RTFOT for asphalt mixtures which is usually applied for AF. These circumstances resulted in the development of a necessary and appropriate STA laboratory test, which also considers extended transportation terms. Therefore an STA test for hydraulic engineering considering the specific requirements in this area was developed during the process of composing this thesis. The two most commonly used types of bitumen (70/100 and PmB 45/80-65) for AF in Austria were tested. For the performed tests, asphalt concrete with a maximum nominal aggregated size of 11 mm (AC 11) was used. The coarse aggregates used for the mixture was limestone, the filler was powdered limestone. To analyze the aging process in different experiment stages, mechanical and chemical analyzes were performed. In order to compare the laboratory test results with data of existing facings, it was important to sort and edit the inventory data. To avoid wrong interpretations, the existing data was separated into canals and reservoirs (different influences).