Rheologisches Modell zur Beschreibung des Kälteverhaltens von Asphalten

Büchler, Stephan

Eine der wesentlichen Baustoffeigenschaften, welche das Gebrauchsverhalten und die Nutzungsdauer von Asphaltstraßen beeinflusst, ist das Kälteverhalten. Die Ansprache des Kälteverhaltens erfolgt zurzeit gemäß Europäischer Normen anhand der Prüfverfahren Abkühlversuch, Zugversuch, Relaxationsversuch und Retardationsversuch. Eine rheologische Auswertung erfolgt meist nur für den Retardationsversuch unter Heranziehung des Burgers-Modells. Für die vorliegende Arbeit wurden an einem Asphaltbeton AC 11 Prüfungen an allen genannten Prüfverfahren unter Variation der Prüfbedingungen durchgeführt. Basierend auf den Retardationsversuchen dieses Datenkollektivs wurden für jeden Versuch die Parameter des Burgers-Modells ermittelt und funktionale Zusammenhänge erstellt (Basis-Modell). An charakteristischen Beispielen wurde gezeigt, dass eine Anwendung des Basis-Modells auf die anderen Prüfverfahren keine zufriedenstellenden Anpassungen ergeben. Daher wurde das Basis-Modell modifiziert, und die Veränderung der einzelnen Burgers-Parameter als Folge der Materialschädigung interpretiert. Für die Retardationsversuche wurde festgestellt, dass die Viskosität des singulären Dämpfers des Burgers-Modells exponentiell verringert werden muss, um einen exponentiellen Dehnungszuwachs zu beschreiben. Die Reduzierung wird als Schädigung interpretiert. Beim Relaxationsversuch wird eine Schädigung des singulären Dämpfers sowie – mit sinkender Prüftemperatur – eine Schädigung der singulären Feder beim Versuchsstart festgestellt. Während des Zugversuchs erzeugt die singuläre Feder die Spannungszunahme, bis gegen Versuchsende der singuläre Dämpfer, aufgrund einer Schädigung, einen Spannungsabfall (Dehnungszunahme) bis zum Bruch des Probekörpers bewirkt. Im Abkühlversuch erzeugt im Wesentlichen die singuläre Feder die Spannungszunahme, bis sie gegen Ende des Versuchs so stark geschädigt wird, dass sie zum Versagen des Probekörpers führt. Der singuläre Dämpfer kann vollständig entfallen.

The service life of an asphalt pavement is essentially influenced by its low temperature behavior. Four test methods are described in the European standard EN 12697-46 for accessing the low temperature behavior: - Thermal Stress Restrained Specimen Test (TSRST), - Uniaxial Tension Stress Test (UTST), - Tensile creep Test (TCT) and - Relaxation Test (RT). In this study, static low temperature tests are performed on asphalt concrete AC 11, under variation of the test conditions such as test temperature, stress, temperature decrease and strain velocity. Based on the results of the TCT, the parameters of the Burgers model are calculated and mathematically described in function of temperature and stress by the basic model. The basic model is then used to describe the behavior accessed by the test methods TSRST, UTST and RT. To get the optimum fit, the parameters of the basic model (= burgers model) are modified. The modification of the parameters is interpreted by material damage. For the TCT the viscosity of the singular damper of the burgers model is decreased in order to explain exponential increase in strain, which is not described by the basic model. Analyzing the RT, it is found, that the singular damper and – increasing with decreasing test temperatures – the singular spring show a damage effect from the moment at the beginning of the test. In UTST the singular spring generates an increase in stress. The strain increases until the singular damper is damaged exponentially until the specimen failure. In TSRST the singular spring generates the increase in stress, until it is damaged and the specimen fails. The singular damper can be neglected for stress calculation. In summary this study presents the essential rheological mechanisms related to low temperature behavior of asphalt mixtures in static low temperature tests.

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Büchler, Stephan: Rheologisches Modell zur Beschreibung des Kälteverhaltens von Asphalten. 2010.

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