Ansprache der inneren Struktur von Asphalt und Einfluss auf ausgewählte Asphalteigenschaften

Grönniger, Jens

Zu den grundlegenden Einflussfaktoren auf das Gebrauchsverhalten von Asphalt zählt die Mischgutzusammensetzung, also die Wahl der Gesteinsart, einer Korngrößenverteilung und die Festlegung der Bindemittelart/-sorte und -menge. Nach der Verdichtung bildet sich eine innere Asphaltstruktur aus, die durch die konventionellen volumetrischen Kenngrößen Hohlraumgehalt und Verdichtungsgrad kaum abgebildet wird. Da gleiche Asphalte mit vergleichbarem Hohlraumgehalt und Verdichtungsgrad jedoch ein sehr unterschiedliches Gebrauchsverhalten aufweisen können, ergibt sich die Notwendigkeit, die innere Asphaltstruktur mittels geeigneter Strukturindizes zu beschreiben, um den Einfluss auf das Gebrauchsverhalten prognostizieren zu können. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss der inneren Asphaltstruktur und der Mörtelviskosität auf den Ermüdungs- und Verformungswiderstand zu untersuchen. Dazu wurden Asphalte unter Variation der Gesteinsart, der Asphaltgranulatzugabe und der Additivzugabe gemischt und Asphalt-Probekörper für Zug-Schwellversuche zur Ansprache des Ermüdungswiderstandes und für Triaxialprüfungen zur Ansprache des Verformungswiderstands hergestellt. An Probekörperquerschnitten wurden mittels Flachbettscanner Digitalbilder erfasst und daraus mittels digitaler Bildanalyse Strukturindizes gewonnen, die die innere Asphaltstruktur hinreichend genau abbilden. Dabei wurden kontaktbasierte (bspw. Anzahl Gesteinskontakte) sowie orientierungsbasierte Indizes (Kontaktorientierung) berücksichtigt. Die Strukturindizes wurden mit den Ergebnissen der unterschiedlichen Versagensmechanismen Ermüdung und Verformung auf Zusammenhänge untersucht. Zusätzlich wurde mittels dynamischem Scherrheometer die Asphaltmörtelviskosität bestimmt und deren Einfluss auf die resultierende innere Asphaltstruktur untersucht. Auf Basis der Ergebnisse kann die aufgestellte These, dass das Gebrauchsverhalten von Asphalt durch die „innere Struktur“ maßgeblich mitbestimmt wird für den Ermüdungswiderstand und mit Einschränkungen für den Verformungswiderstand bestätigt werden. Dagegen konnte kein systematischer Einfluss der Asphaltmörtelviskosität auf die resultierende innere Asphaltstruktur identifiziert werden.

Among the major influencing factors on the asphalt performance is the mix composition, i. e. the aggregate type, the gradation and the choice of the binder type and binder content. After compaction, an inner asphalt structure is formed which is not represented by the conventional volumetric parameters void content and degree of compaction. However, as similar asphalts with comparable void content and degree of compaction can show very different performance characteristics, there is a need to describe the inner asphalt structure by means of suitable structural indices in order to be able to predict the influence on the asphalt performance. The aim of the study was to investigate the influence of the inner asphalt structure and the asphalt mortar viscosity on the fatigue and deformation resistance. For this purpose asphalt mixtures were produced under variation of the aggregate type, the addition of reclaimed asphalt and the addition of additives. Subsequently asphalt specimens for tensile swelling tests to address the fatigue resistance and for triaxial tests to address the deformation resistance were prepared. By means of a flat bed scanner, digital images of specimen cross-sections were acquired and, using digital image analysis, structural indices were obtained which represented the inner asphalt structure accurately and reliably. Contact-based structural indices (e.g. number of stone contacts) and orientation-based indices (contact orientation) were taken into account. The structural indices were compared to the results of the different failure mechanisms fatigue and deformation to identify potential correlations. In addition, the asphalt mortar viscosity was determined by means of dynamic shear rheometer and the influence on the resulting inner asphalt structure was investigated. On the basis of the results, the proposed thesis that the performance characteristics of asphalt are significantly influenced by its "inner structure" can be confirmed for the fatigue resistance and with restrictions for the deformation resistance. On the other hand, no systematic influence of the asphalt mortar viscosity on the resulting inner asphalt structure could be identified.

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Grönniger, Jens: Ansprache der inneren Struktur von Asphalt und Einfluss auf ausgewählte Asphalteigenschaften. 2018.

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