Gebrauchsverhalten von Asphaltmischgütern mit einer Naturasphalt- und gummimodifizierten Bitumengranulat-Modifikation

Abstract

In dieser Diplomarbeit wird der Einfluss einer Doppelmodifikation bestehend aus einem gummimodifiziertem Bitumengranulat(CR) und dem Naturasphalt Gilsonit(G) auf einen Asphaltbetondes Typs AC11 deck 70/100 untersucht. Dabei werden die Probekörper auf bituminöser undAsphalt-Ebene hinsichtlich Gebrauchseigenschaften und Materialverhalten geprüft, beobachtetund anschließend evaluiert. Dazu wird eine Alterungssimulation mittels RTFOT und PAV in der Bindemittelebene und eine Laboralterung nach TS 12697-52 auf Asphaltebene durchgeführt.Die Beigabe der Modifikatoren in das geschmolzene Bitumen erfolgt graduell und händisch.Es stellt sich heraus, dass das gummimodifizierte Bitumengranulat eine starke Neigung zur Entmischung zeigt und somit eine rasche Verarbeitung notwendig ist. Die konventionellen Bindemitteluntersuchungen ergeben eine Reduzierung des PEN-Wertes und die Erhöhung des ERK-Wertes. Die Bindemittel werden anschließend gemäß dem SHRP-Schema mittels gebrauchsverhaltensorientierter Bindemitteluntersuchungen geprüft und in das Performance Grade System eingeordnet. Die DSR-Untersuchungen zeigen eine Vergrößerung des komplexen Schubmoduls und eine Verschiebung des Phasenwinkels in elastische Richtung. Aus dem Vergleich der Kurvender G∗.sin(δ) stellt sich ein unwesenlicher Vorteil im Ermüdungsverhalten zugunsten des unmodifizierten Bindemittels heraus. Die BBR-Untersuchungen haben kaum eine Veränderung der Steifigkeit und m-Wert festgestellt. Der RV hat einen markanten Anstieg der dynamischenViskosität bzw. Zähigkeit ergeben, jedoch wird das Bindemittel unter Berücksichtigung des SHRP-Systems Grenzwertes problemlos verarbeitbar sein. Die Bindemitteluntersuchungen ergeben einen Anstieg des PG-Grades von 58-28 (Stb 70/100) auf 70-28 (Stb 70/100 + 20% G + 15% CR).Nach Abschluss der Prüfungen auf Bindemittelebene wird den Gesteinen, mit der zuvor ermittelten Sieblinie gemäß der ÖNORM B3580-1, das modifizierte Bitumen zugesetzt und die Versuche auf Asphalt-Ebene werden mit den Spurbildungsversuchen begonnen. Die Prüfungen zeigen einen sehr großen Unterschied der Spurrinnentiefen, womit der verbesserte Widerstand gegen Verformung aus den Ergebnissen der Bindemitteluntersuchungen belegt wird. Die Steifigkeitsnachweise mit dem 4PB anhand der ungealterten und gealterten Asphaltmischgüter zeigen vergleichbare Ergebnisse mit den DSR-Versuchen, wodurch sich der komplexe Steifigkeitsmodul |E*| analogzum komplexen Schubmodul |G*| erhöht. Der Speichermodul ist deutlich gestiegen und somit das elastische Materialverhalten. Das modifizierte Mischgut hat im Abkühlversuch merklich früher die Bruchtemperatur erreicht und niedrigere kryogene Spannungsspitzen gezeigt. Die Untersuchungsergebnisse aus dem BBR zeigen daher keinerlei Korrelation im Tiefentemperaturbereich zwischen Bindemittel und Asphalt.

In this diploma thesis the influence of a double modification consisting of a crumb rubber-modified bitumen granulate (CR) and the natural asphalt Gilsonit(G) on an asphalt concrete of the type AC11 deck 70/100 is examined. The specimens are tested on a binder level and an asphalt mix level. The performance is observed and then evaluated. For this purpose, an aging simulationusing RTFOT and PAV is carried out on the binders and laboratory aging according to TS12697-52 on the asphalt specimens.The addition of the modifiers to the melted bitumen is done gradually and by hand. It turnsout that the crumb rubber-modified bitumen granules have a strong tendency to segregate and therefore rapid processing is necessary. The conventional binder test methods show a reduction inthe PEN value and an increase in the softening point. The binders are then tested on performance according to the SHRP scheme and classified in the Performance Grading System. The DSRinvestigations show an increase of the complex shear modulus and a shift of the phase angle inelastic direction. The comparison of the curves of G∗.sin(δ) show an insignificant advantage infatigue behavior of the unmodified binder. The BBR investigations reveal hardly any changes inthe stiffness and m-value. The RV exhibit an increase in dynamic viscosity, but the binder iswithin the limit value of the SHRP-system and can be worked, pumped, layed and compactedwithout any problems. The research result lead to an increase of the PG grade from 58-28 (Stb70/100) to 70-28 (Stb 70/100 + 20% G + 15% CR).After completing the investigations at the binder level the modified bitumen was added to preheated aggregates according ÖNORM B3580-1 and the investigations on the asphalt specimenstart with the wheel tracking test. The test results show remarkable differences in rut depths,hence the improved resistance against deformation, which were previously observed in the bindertests. The evalutation of the flexual stiffness with the 4PB using unaged and aged asphalt mixtures show comparable results with the DSR tests, resulting in the increase of the complex stiffness modulus |E*| analogous to the dynamic shear modulus |G*|. The storage modulus has increased significantly and leading to more elastic material behavior. The TSRST for the modified mixture exhibit noticeably higher crack temperature with lower cryogenic peak stresses reached.The test results from the BBR therefore do not show any correlation in the low temperaturerange between binder and asphalt.