It must not get warmer - Climate protection and climate resilience in asphalt road construction

Hon.-Prof. Dr.-Ing. U. Zander, Bergisch Gladbach

Steigende Temperaturen und längere Hitzeperioden beeinflussen das Asphaltverhalten und beeinträchtigen die Nutzungsdauer der Befestigung. Obwohl aktuell noch keine Hinweise auf flächenhaft verfrüht auftretende Spurrinnenbildungen bekannt sind, bedarf es eines voraussschauenden Agierens, um das Straßennetz auch in Zukunft resilient gegenüber dem Klimawandel auszugestalten. Neben kurzfristigen Maßnahmen wie der Herstellung von helleren Fahrbahnoberflächen sind mittelfristig Verfahren zu entwickeln, mit denen Prognosen des Materialverhaltens nicht auf der Basis bestehender Erfahrungen ermittelt werden können. Gleichzeitig sind auch Maßnahmen zum Klimaschutz zu ergreifen, um den Klimawandel in einem noch verträglichen Rahmen zu halten. Hier steht die Reduzierung der Treibhausgasemissionen im Vordergrund. Es ist erforderlich, den Einsatz der sie verursachenden fossilen Energieträger im großen Umfang zu minimieren, wozu sich die Überlegungen in erster Linie auf die Herstellung der Asphalte konzentriert. Die Umrüstung von Mischwerken hinsichtlich der einzusetzenden Energien, aber auch technische Erweiterung, mit denen die Herstellung von Warm- und Kaltasphalten unterstützt wird, sind hier wichtige Beiträge. Derweil wird in umfangreichen Untersuchungen ermittelt, wie die Dauerhaftigkeit solcher Asphalte auf einem hohen Niveau sichergestellt werden kann.

Rising temperatures and longer periods of heat affect asphalt behaviour and may reduce the service life of the pavement. Although there are currently no known indications of premature rutting occurring over large areas, foresighted action is required to ensure that the road network remains resilient to climate change in the future. In addition to short-term measures such as the production of lighter road surfaces, medium-term procedures must be developed with which predictions of the material behaviour can not only be determined on the basis of existing experience. At the same time, climate protection measures must also be taken in order to keep climate change within acceptable limits. The focus here is on reducing greenhouse gas emissions. It is necessary to minimise the use of the fossil fuels that cause them on a large scale, for which the considerations are primarily focused on the production of asphalt. The conversion of mixing plants with regard to the energy to be used, but also technical expansion to support the production of hot and cold asphalts, are important contributions here. Meanwhile, extensive studies are being carried out to determine how the durability of such asphalts can be ensured at a high level.

doi.org/10.53184/STA12-2023-1

Alternative Methods of Road Condition Monitoring using Vibration Sensors

Prof. Dipl.-Ing. B. Best; H. Angerer M. Eng., Nürnberg

Die im Rahmen eines kommunalen Erhaltungsmanagements durchzuführende Zustandserfassung und Zustandsbewertung des Straßenzustandes ist für den Baulastträger mit großem finanziellem und personellem Aufwand verbunden. Darüber hinaus finden diese Zustandserfassungen nur in größeren periodischen Abständen von 4–5 Jahren statt. Zwischen diesen Kampagnen hat der Baulastträger in der Regel keinen Überblick über die Zustandsentwicklung. Ein Ansatz für eine regelmäßige Straßenzustandserfassung ist daher die Anwendung der Erschütterungssensorik. Erschütterungssensoren sind heute in vielen handelsüblichen elektronischen Geräten wie z. B. Smartphones verbaut. Daher wurde in einem Forschungsvorhaben zunächst untersucht, ob sich diese in Geräten der Consumer Electronics vorzufindenden Sensoren für eine Straßenzustandserfassung eignen. Weiterhin wurde in diesem Forschungsvorhaben ein alternativer Messaufbau für eine laufende Zustandserfassung mittels Erschütterungssensoren entwickelt. Hierbei standen ebenfalls eine einfache Handhabbarkeit, schnelle und kostengünstige Verfügbarkeit und rationelle Auswertungsmethodik im Vordergrund. Der Aufbau wurde von einem  Einplatinencomputer gesteuert, die Auswertung der Messergebnisse erfolgte über ein Tabellenkalkulationsprogramm mit selbst programmierten Makros. Hinsichtlich der Auswertung wurden Methoden angewandt, die bereits bei dem weltweit verbreiteten IRI eingeführt sind. In der Überprüfung der aufgenommenen Beschleunigungswerte stellte sich eine gute Übereinstimmung mit den örtlich vorhandenen Zustandsmerkmalen Querrisse, Substanzverluste (Schlaglöcher) und aufgelegte Flickstellen dar. Allerdings wurden ebenso Einbauteile in der Straßenoberfläche wie z. B. Kanaldeckel und Schieberkappen als Unebenheiten erfasst. Daher ist derzeit nicht zu sehen, dass eine Zustandserfassung mittels Beschleunigungssensorik ohne ergänzende Videoaufzeichnung möglich ist.

Assessing and evaluating the condition of roads as part of the management cycle of a local authority's maintenance management system is a major financial and human resource commitment for the road authority. In addition, these condition surveys only take place at major intervals of 4–5 years. In between these campaigns, the road authority usually lacks an overview of the condition development. An alternative approach to regular road condition surveys is the use of vibration sensors. Today, vibration sensors are built into many commercially available electronic devices such as smartphones. Therefore, a research project first investigated whether these sensors, which can be found in consumer electronics devices, are suitable for road condition monitoring. The research project also developed an alternative measurement setup for continuous condition monitoring using vibration sensors. The focus was on ease of use, fast and low-cost availability and rational evaluation methods. The setup was controlled by a single board computer and the evaluation of the measurement results was done by a spreadsheet programme with custom programmed macros. The evaluation methods used were those already introduced in the IRI, which is used worldwide. In the evaluation of the recorded acceleration values, there was good agreement with the local condition characteristics of transverse cracks, material losses (potholes) and patches. However, integral parts of the pavement such as manhole covers and valve caps were also recorded as irregularities. Therefore, at this stage, it is not possible to conclude that it is possible to record the condition using accelerometers without additional video recording.

doi.org/10.53184/STA12-2023-2

Applicability of conventional testing methods for recycled materials and industrial by-products in earthworks

Dr.-Ing. S. Huber, München
D. Demond, M. Sc., Duisburg
Dr.-Ing. E. Birle; Dr.-Ing. D. Heyer, München

Bei der Prüfung mineralischer Sekundärbaustoffe im Labor und im Feld treten häufig Schwierigkeiten auf. Im Rahmen des BASt-Forschungsvorhabens FE 05.0203/2018/CGB: „Eignung konventioneller Prüfverfahren für Recycling-Baustoffe und industrielle Nebenprodukte im Erdbau“ sollte unter Einbeziehung der Erkenntnisse aus vorangegangenen Forschungsvorhaben überprüft werden, inwieweit die Schwierigkeiten bei der Ausführung konventioneller Prüfverfahren spezifisch für mineralische Sekundärbaustoffe sind oder nicht doch auch bei natürlichen Primärbaustoffen auftreten und auf allgemeinere Ursachen zurückzuführen sind. Zudem sollte geklärt werden, inwieweit die Schwierigkeiten bei der Prüfung eine Einschränkung der bautechnischen Gleichwertigkeit von mineralischen Sekundärbaustoffen gegenüber natürlichen Primärbaustoffen darstellen. Dieser Beitrag zeigt auf der Basis der gewonnenen Erkenntnisse auf, dass sowohl zwischen verschiedenen mineralischen Sekundärbaustoffen als auch natürlichen Baustoffen Unterschiede im Hinblick auf ihre granulometrischen Eigenschaften bestehen. Diese sind dabei ursächlich für die aus der Praxis bekannten Schwierigkeiten, die bei der Prüfung mineralischer Sekundärbaustoffe im Labor und Feld auftreten können. Umfangreiche Untersuchungen zum Last-Verformungsverhalten unter ödometrischer und triaxialer Kompression wie auch weiterführende Feldmessungen, die an natürlichen Primärbaustoffen und mineralischen Sekundärbaustoffen durchgeführt wurden, zeigen, dass die Schwierigkeiten bei der Prüfung mineralischer Sekundärbaustoffe keine grundsätzliche Minderung ihrer erdbautechnischen Eignung darstellen. Die Schwierigkeiten, die bei der Prüfung mineralischer Sekundärbaustoffe im Labor und Feld auftreten können, müssen im Hinblick auf ihre vertragskonforme Verwendung als Baustoffe im Erdbau allerdings berücksichtigt werden. Hierfür werden abschließend Vorschläge für die Erdbaupraxis erbracht.

When testing mineral secondary building materials in the laboratory and in the field, difficulties often arise. In the BASt (Bundesanstalt für Straßenwesen) research project FE 05.0203/2018/CGB “Suitability of conventional testing methods for recycled materials and industrial by-products in earthworks”, it was examined whether the difficulties in carrying out conventional testing methods are specific to mineral secondary building materials or whether they also occur with natural primary building materials and can be attributed to more general causes. In addition, it should be clarified whether the difficulties in testing represent a limitation of the constructional equivalence of mineral secondary building materials compared to natural primary building materials. Based on the findings obtained, this paper shows that there are differences in the granulometric properties between various mineral secondary building materials as well as between mineral secondary building materials and natural primary building materials. The granulometric properties of mineral secondary building materials are the cause of the difficulties known from practical experience which can arise when testing mineral secondary building materials in the laboratory and in the field. Extensive investigations of the load-deformation behaviour under oedometric and triaxial compression, as well as further field measurements carried out on natural primary building materials and mineral secondary building materials, show that the difficulties in testing mineral secondary building materials do not represent a fundamental reduction in their suitability for use in earthworks. However, the difficulties that can arise when testing mineral secondary building materials in the laboratory and in the field must be taken into account in earthworks. Finally, suggestions for earthworks practice are presented.

doi.org/10.53184/STA12-2023-3