Gebrauchsverhalten von Heißasphalt mit Asphaltgranulat unterschiedlicher Art und Menge sowie Ableitung eines einfachen Performance-Kriteriums

Abstract

Im Zuge der Kreislaufwirtschaft, der Schonung von natürlichen Ressourcen und im Bestreben zur Minderung der Folgen des Klimawandels ist es notwendig ressourceneffizient zu handeln und Baustoffe zu verwenden, welche eine hohe Wertigkeit hinsichtlich der Langlebigkeit, Reparaturfreundlichkeit und Wiederverwendbarkeit oder Verwertbarkeit aufweisen. Um die Verwendung größerer Mengen an Ausbauasphalten möglich zu machen, ist es von elementarer Bedeutung das Materialverhalten zielsicher ansprechen und beurteilen zu können. Des Weiteren müssen Mittel und Wege aufgezeigt werden wie Asphaltgranulate, welche durch eine Beurteilung des Erweichungspunktes Ring und Kugel als kritisch eingestuft werden, zielsicher über Performance-Kriterien als einsatzfähig oder nicht mehr verwendbar definiert werden können. Dies ist insbesondere unter Berücksichtigung der zukünftigen Entwicklung bei der mehrfachen Wiederverwendung von Asphalt eine wesentliche Aufgabe. Mit dem hier vorliegenden Forschungsprojekt sollte ein einfaches Performance-Kriterium zur Beurteilung des Gebrauchsverhaltens von Heißasphalt mit Asphaltgranulat geschaffen werden. In diesem Zusammenhang sollte auch die Möglichkeit des indirekten Nachweises einer Doppelumhüllung betrachtet werden. Unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Asphaltgranulaten, welche sich hinsichtlich der Härte des rückgewonnenen Bindemittels unterschieden, wurde der Einfluss der Art, Menge und Mischdauer auf die Asphaltperformance einer Asphaltbinderschicht AC 16 B und einer Asphalttragschicht AC 22 T untersucht. Die verwendeten Asphalte wurden hinsichtlich der Verdichtbarkeit, des Verformungswiderstands, der Asphaltsteifigkeit sowie des Kälte- und Ermüdungsverhaltens analysiert. Darüber hinaus wurde das rückgewonnene Bindemittel hinsichtlich des Erweichungspunktes Ring und Kugel und der Bindemittelsteifigkeit, bestimmt mittels Dynamischem Scherrheometer, geprüft. Für die Untersuchungsvarianten dieses Forschungsprojektes wurde festgestellt, dass die Prüfverfahren zur Bestimmung der Verdichtbarkeit und des Verformungswiderstandes keine belastbaren Prüfergebnisse lieferten. Die Ergebnisse der Verdichtbarkeit differenzieren unter Berücksichtigung der Verfahrenspräzision nicht hinreichend. Bei der Bestimmung des Verformungswiderstandes wurde festgestellt, dass das Vorliegen unterschiedlicher Abbruchkriterien (10.000 Lastwechsel oder 40 ‰ Dehnung) in Kombination mit unterschiedlichen Verläufen (mit oder ohne Wendepunkt) eine generelle Beurteilung basierend auf diesem Prüfverfahren unmöglich macht. Die Betrachtung des Einflusses der Nachmischzeit und der Asphaltgranulatzugabemenge auf die Ergebnisse im Tieftemperaturverhalten, der Asphaltsteifigkeit und der Ermüdung erlaubt keine gesicherte Schlussfolgerung. Es muss festgestellt werden, dass die Prüfergebnisse keine systematischen Verläufe aufweisen. Ein möglicher Performance-Ansatz dieses Forschungsprojektes war die Analyse und der Vergleich der Steifigkeiten des Asphaltes mit denen des verwendeten Bitumens (Gemisch aus Frischbitumen und Bitumen im Asphaltgranulat). Mit den Ergebnissen dieses Forschungsprojektes konnte der Zusammenhang zwischen Bindemittel- und Asphaltsteifigkeit bestätigt werden. Deswegen wurde zur Ableitung eines Performance- Kriteriums für das Gebrauchsverhalten von Heißasphalt mit Asphaltgranulat die festgestellte Korrelation verwendet und angestrebt, unter Verwendung der Ergebnisse des Tieftemperaturverhaltens, einen „kritischen“ Bereich für die Performance-Eigenschaften zu definieren. Dafür wurde der Zusammenhang zwischen der Bruchtemperatur und der Steifigkeit des Asphaltes am kältesten Messpunkt der Steifigkeits-Temperaturfunktion geprüft und eine Korrelation nachgewiesen. Unter Berücksichtigung des Arbeitspapiers Tieftemperaturverhalten von Asphalt, Teil 1, lässt sich in Abhängigkeit von der Frosteinwirkungszone ein kritischer Bereich für die Asphaltsteifigkeit definieren. Bei dem Vergleich zwischen der Bruchtemperatur im Abkühlversuch und der Bindemittelsteifigkeit des rückgewonnenen Bindemittels bei -10 °C und 10 Hz (sowie auch bei 1 Hz) wurde ebenfalls eine Korrelation festgestellt und ein kritischer Bereich definiert. Basierend auf den beschriebenen Zusammenhängen lässt sich eine Empfehlung für den weiteren Umgang mit Asphaltgranulat definieren. So können Mischguthersteller anhand einer Probemischung mit Asphaltgranulat sowie anschließender Extraktion und DSR-Prüfung des Bindemittels die Performance-Wirkung im Asphaltmischgut prognostizieren. Zur Kontrolle der Asphaltperformance sind für den Auftraggeber Prüfungen von Steifigkeits- und/oder Abkühlversuchen zu empfehlen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Datengrundlage dieses Forschungsprojektes zu schwach für eine finale Aussage (auch bzgl. der Doppelumhüllung) ist und durch weitere Forschung validiert werden sollte. Um in zukünftigen Projekten Inhomogenitäten zu vermeiden wurden darüber hinaus basierend auf den Erkenntnissen dieses Forschungsprojektes Empfehlungen abgeleitet, um Streuungen durch die Probenahme an Asphaltmischwerken zu minimieren. Datei-Upload durch TIB

In the course of circular economy, conservation of natural resources and in an effort to reduce the consequences of climate change, it is necessary to act in a resource-efficient manner and to use building materials that have a high value in terms of durability, ease of repair and reusability or recyclability. To allow the use of larger quantities of reclaimed asphalt, it is of fundamental importance to be able to accurately address and assess the material behaviour. Furthermore, ways and means must be shown how asphalt granulates, which are classified as critical by an assessment of the softening point ring and ball, can be precisely defined as suitable or no longer suitable via performance criteria. This is an essential task, especially considering the future development of multiple reuse of asphalt. The aim of this research project was to create a simple performance criterion for assessing the performance of hot asphalt with Reclaimed asphalt pavement (RAP). In this context, the possibility of indirect proof of double coating should also be considered. Using two different asphalt granulates, which differ in terms of the hardness of the recovered binder, the influence of the type, quantity and mixing time on the asphalt performance of an AC 16 B asphalt binder course and an AC 22 T asphalt base course has been investigated. The asphalts used have been analysed in terms of compactability, deformation resistance, asphalt stiffness and cold temperature and fatigue behaviour. Furthermore, the reclaimed binder was tested with regard to the softening point ring and ball and the binder stiffness, determined by means of a dynamic shear rheometer. For the investigation variants of this research project, it was found that the test methods for determining compactability and resistance to permanent deformation did not provide robust test results. The results of the compactability do not differentiate sufficiently, taking into account the method’s precision. When determining the resistance to permanent deformation, it was found that the presence of different abort criteria (10,000 load cycles or 40 ‰ strain) in combination with different curve progressions (with or without inflection point) makes a general assessment based on this test method impossible. The consideration of the influence of blending time and the amount of asphalt granulate added on the results of low temperature behaviour, asphalt stiffness and fatigue do not allow a reliable conclusion. It must be stated that the test results do not show any systematic patterns. One possible performance approach of this research project was to analyse and compare the asphalt stiffnesses with those of the resulting bitumen used (mixture of fresh bitumen and bitumen in the asphalt granulate). The results of this research project confirmed the correlation between binder and asphalt stiffness. Therefore, in order to derive a performance related criterion for the performance of hot mix asphalt with asphalt granulate, the established relationship was used and the aim was to define a "critical" range for the performance properties using the results of the low-temperature behaviour. performance properties using the results of the low-temperature behaviour. For this purpose, the correlation between fracture temperature and stiffness of the asphalt at the coldest measuring point of the stiffness-temperature function was tested. A correlation could be proven. Considering the FGSV working paper for Low Temperature Behaviour of Asphalt, Part 1 [AP TTV, Part 1], a critical range for the asphalt stiffness can be defined depending on the frost exposure zone (here exemplarily for zone II). When comparing the fracture temperature in the cooling test with the binder stiffness of the reclaimed binder at -10 °C and 10 Hz (as well as at 1 Hz), a correlation could also be found and a critical range defined. Based on the described correlations, a recommendation for the further handling of asphalt granulate can be defined. Thus, asphalt producers can predict the performance effect on the asphalt mix on the basis of a trial mixture with asphalt granulate and a subsequent extraction and DSR test of the binder. Stiffness and/or cooling tests are recommended for the client to check the asphalt performance. It should be noted that the data basis of this research project is too weak for a final statement (also with regard to the double coating) and should be validated by further research. In order to avoid inhomogeneities in future projects, recommendations were also derived based on the findings from this research project to minimise scattering due to sampling at asphalt mixing plants.