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GESTRATAThema: Alterungsbeständigkeit von StraßenbaubitumenVortragender: Markus Spiegl, Heinrich Steidl, Max Weixlbaum BAUSEMINAR 2008 1
Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen
Markus Spiegl
Heinrich Steidl
Max Weixlbaum
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Alterung von Bitumen: Projektbeteiligte
TPA Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovation GmbHMax Weixlbaum
OMV Refining & MarketingHeinrich SteidlMarkus Spiegl
Technische Universität WienInstitut für Straßenbau und Straßenerhaltung
Christian Doppler Labor – GVO Prüfung Asphalt
Institut für Straßenbau und StraßenerhaltungInstitute for Road Construction and Road Maintenance
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Alterung von Bitumen: Projektanlass
BTD 16 (70/100) – 8 cm- Einbau 9/2004:
Hohlraumgehalt des MischgutesMischgutzusammensetzungHohlraumgehalt der SchichtVerdichtungsgradAsphalt gem. RVS o.k.
- Erste Schäden 2005- nur Deckschicht- Längs-/Querrisse- Ausmagerungserscheinung
- Begutachtung 8/2006
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SCHADENSURSACHE ?
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Schadensursache
Rückgewonnenes Bindemittel – BTD 16 (70/100)- PEN: 14 1/10mm (70-100)- ERK: 87,5 °C (43-51 °C)- Brechpunkt: +1 °C (<-10°C)- Paraffin: 3,3 % (max. 2,2 %)
Mögliche Schadensursache:- ungenügende Frostsicherheit der ungebundenen Tragschichten- ungenügende Tragfähigkeit des Unterbaues oder der ungeb. TS- ungenügende Dicke des bituminösen Oberbaues Lastklassen- Steigende Schwerverkehrsbelastung- Verhärtung des Bindemittels- ……
-> extreme Alterung nachnur 2 Jahren!
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Alterung von Bitumen: Projektumfang
- Straßenbaubitumen 70/100 gem. ÖNORM EN 12591~80 % des gesamten österreichischen StraßenbausAC trag, AC deck
- Auswahl von 10 Marktmustern von unterschiedlichen Raffinerien, die in Österreich verwendet werden
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Projektumfang: 10 Marktmuster
©2007GoogleTM
70/100AT 1 Raffinerie
CZ 1 Raffinerie
DE 3 Raffinerien
HU 1 Raffinerie
IT 3 Raffinerien
PL 1 Raffinerie
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Alterung von Bitumen: Projektumfang
- Auswahl von 10 Marktmustern von unterschiedlichen Raffinerien, die in Österreich verwendet werden – Straßenbaubitumen 70/100
- Untersuchung von 3 AlterungsstufenOriginal – RTFOT – RTFOT & PAV
- Empirische BindemitteluntersuchungenPEN, ERK, Fraaß
- Gebrauchsverhaltensorientierte (GVO) BindemitteluntersuchungenBBR
- Chemische BindemitteluntersuchungenGPC, Iatroscan
- GVO Asphaltprüfungen für Tieftemperaturbereich (ÖNORM B 3590)Abkühl-, Zug- & Ermüdungsversuche
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Alterungsstufen
- Stufe A – Original, ungealtert- Stufe B – RTFOT (Rolling Thin Film Oven Test)
ÖNORM EN 12607-1: 75 min bei 163 °CSimulation der Alterung währendMischvorgang, Transport und Einbau
- Stufe C – PAV (Pressure Ageing Vessel)ÖNORM EN 14769:100 °C, 21 bar, 20 hLangzeitalterung, Simulation einerLiegedauer von ~ 10 Jahren
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Penetration – Erweichungspunkt RuK
10
30
50
70
90
110
40 45 50 55 60 65 70Erweichungspunkt RuK [°C]
Pene
trat
ion
[x0,
1mm
]
Spezifikation EN12591Original BitumenRTFOT gealtertPAV gealtert
70/100
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Verbleibende Penetration
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Ref.Nr. 1
Ref.Nr. 2
Ref.Nr. 3
Ref.Nr. 4
Ref.Nr. 5
Ref.Nr. 6
Ref.Nr. 7
Ref.Nr. 8
Ref.Nr. 9
Ref.Nr. 10
Verb
leib
ende
Pen
etra
tion
[%] RTFOT gealtert
PAV gealtert
46 %
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Anstieg Erweichungspunkt RuK
0
5
10
15
20
25
30
Ref.Nr. 1
Ref.Nr. 2
Ref.Nr. 3
Ref.Nr. 4
Ref.Nr. 5
Ref.Nr. 6
Ref.Nr. 7
Ref.Nr. 8
Ref.Nr. 9
Ref.Nr. 10
Ans
tieg
ERK
[°C
]
RTFOT gealtert
PAV gealtert
9°C
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Brechpunkt nach Fraaß
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Ref.Nr. 1
Ref.Nr. 2
Ref.Nr. 3
Ref.Nr. 4
Ref.Nr. 5
Ref.Nr. 6
Ref.Nr. 7
Ref.Nr. 8
Ref.Nr. 9
Ref.Nr. 10
Bre
chpu
nkt F
raaß
[°C
]
OriginalRTFOT gealtertPAV gealtert
-10°C
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Bending Beam Rheometer (BBR)
GVO BindemittelprüfungTieftemperaturverhalten
Prüfverfahren: - 3-Punktbiegung
- RTFOT & PAV gealtert (C-Stufe)
- Kennwerte: - Steifigkeit (S60)- Relaxationsvermögen (m60-Wert)
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Steifigkeit und m-Wert – BBR
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Ref. Nr. 2 Ref. Nr. 3 Ref. Nr. 5 Ref. Nr. 6 Ref. Nr. 7 Ref. Nr. 9 Ref. Nr. 10
Tem
pera
tur [
°C]
Temperatur (S=300 MPa)Temperatur (m-Wert=0,3)Differenz
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Asphaltuntersuchungen – ÖNORM B 3590
AbkühlversuchAbkühlrate: 10 °C/h
Länge Konstant gehalten-> Bruchspannung σBr
-> Bruchtemperatur TBr
-> kritische Temperatur Tkrit
Spa
nnun
g [N
/mm
²]-40 -30 -20 -10 0 +10
1
2
3
4
5
6
gealtert
ungealtert
TBr Tkrit
σBr
Temperatur [°C]
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Bruchtemperatur – Abkühlversuch
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Ref. Nr. 1 Ref. Nr. 2 Ref. Nr. 4 Ref. Nr. 10
T Br [
°C]
ungealtertgealtert (Stufe - C)Differenz
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Kritische Temperatur – Abkühlversuch
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Ref. Nr. 1 Ref. Nr. 2 Ref. Nr. 4 Ref. Nr. 10
T krit
[°C
]
ungealtertgealtert (Stufe - C)Differenz
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3-fach RTFOT – Beständigkeit gegen Verhärtung
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
0 7 5 1 5 0 2 2 5 3 0 0RTFOT [min]
Ans
tieg
ERK
[°C
]
Ref. Nr. 1Ref. Nr. 2Ref. Nr. 4Ref. Nr. 10
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Zusammenfassung
- Ausgangsbitumen entspricht der ÖNORM EN 12591
- unterschiedliche Qualitäten im Gebrauchsverhalten
- Vielzahl an Schadensursachen, eine davon kann die Bitumenqualität sein
- Rissanfälligkeit hängt vom Alterungsverhalten bzw. Beständigkeit gegen Verhärtung ab
- geeignete Versuche zur Beurteilung der Rissanfälligkeit
- Schnelltest zur Beurteilung der Alterungsneigung
Empfehlungen – Umsetzung?
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Empfehlungen für Mischguthersteller
- hohe Mischtemperatur vermeiden- Mischgut abdecken beim Transport- Zeit zwischen Mischen und Verdichten kurz halten- bei der Bitumenauswahl auf die Qualität achten
schlechte Qualität -> hohe Folgekosten- Wie kann eine gute Qualität erkannt werden?
Eigenüberwachung des BitumensRTFOT bei 185 °C3-fach RTFOT bei 163 °CBrechpunkt Fraaß vor und nach RTFOT
Zusätzliche Qualitätsanforderungen an Bitumenlieferant bzw. Bitumenhersteller
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Empfehlung für Bitumenhersteller
- Qualitätsoffensive – höhere Produktanforderungen
- Anforderung an Alterungsneigung verschärfen
- Angabe von GVO TestergebnissenBBR (Stufe – C)
DSR (Stufe – B, Stufe – C)
- zusätzliche Tests und Kennwerte3-fach RTFOT bei 163 °C
Pen, ERK, Brechpunkt Fraaß (Stufe – C)
Brechpunkt Fraaß vor und nach RTFOT
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Abgeleitete Ziele
-> Thematisierung bei der Normenüberarbeitung-> Überarbeitung der RVS:
zusätzliches Alterungskriterium einführenbestehenden Kriterien verschärfen (max. Veränderung durch RTFOT um eine Klasse)Einführung GVO Kennwerte für Bitumen
-> „Technisches Merkblatt“ für die Bestimmung derBitumenqualität durch GESTRATA oder FSV
-> Einführung eines Abnahmekriteriums für Bitumen
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Danke für ihre Aufmerksamkeit!
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Alterungsbeständigkeit von Straßenbaubitumen
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