Investigation of soil mechanical parameters in soil-asphalt granulate mixtures

apl. Prof. Dr.-Ing. A. Becker; Dipl.-Ing. J. Krupstedt; Univ.-Prof. Dr.-Ing. C. Vrettos, Kaiserslautern
Dr.-Ing. T. Müller, Bingen-Gaulsheim

Im Rahmen einer Projektstudie wurde untersucht, welchen Einfluss die Beimischung von Asphaltgranulat aus Recyclingasphalt (RAP) auf einen ausgewählten Mischboden hat. Dazu wurde dem Bodengemisch Asphaltgranulat in unterschiedlichen Mengen zugemischt, die jeweiligen Proben verschiedenen Lagerungs- und Temperaturbedingungen  ausgesetzt und die Änderung bodenmechanischer und hydraulischer Parameterwerte untersucht. Neben Proctorversuchen wurden auch CBR-Versuche,  Durchlässigkeitsversuche sowie Rahmenscherversuche durchgeführt. Der Einfluss bitumenhaltiger Bestandteile wurde in den Versuchsreihen begleitend mitbetrachtet. In den  Ergebnissen zeigt es sich, dass die RAP-Zugabe die untersuchten bodenmechanischen Eigenschaften verändert. Mit zunehmendem RAP-Anteil nahm der Wert der  Proctordichte zunächst zu und ab etwa 70 % Anteil wiederum ab, während der zugehörige optimale Wassergehalt tendenziell geringer wurde. Ähnlich waren die Ergebnisse von CBR-Versuchen: Tendenziell ließ sich bis zu RAP-Zugaben zwischen 50 % und 70 % eine Zunahme von CBR-Werten nachweisen. Die weitere Erhöhung der Anteile führte eher zu  geringeren CBR-Werten. Scherfestigkeitsparameter aus Rahmenscherversuchen zeigten eine ähnliche Tendenz. Die Wasserdurchlässigkeit verringerte sich bis zu einer RAP-Zugabe von etwa 50 % und stieg bei weiterer Zugabe wiederum an. Durch die Verwendung eines bitumenfreien Simulatbodens, der nahezu die gleiche Kornverteilungslinie wie das bitumenbehaftete RAP aufweist, konnte der Einfluss des Bitumenanteils aufgezeigt werden.

The objective of this study was the investigation of the behaviour of a mixture consisting of a given soil and asphalt granulate derived from reclaimed asphalt pavement (RAP). For this purpose, different amounts of asphalt granulate were added to the soil, the respective samples were exposed to different storage and temperature conditions, and changes in soil mechanical and hydraulic parameters were measured. Besides permeability tests, Proctor-tests, CBR-tests, and direct shear tests were also carried out. The influence of the bitumen was considered in the test series. The results show that the addition of RAP alters the mechanical properties of the soil. Increasing the RAP content up to approximately 70 % leads to an increase of Proctor density, while the associated optimal water content slightly decreases. Further addition of RAP results in a reduction of the Proctor density. The results of CBR-tests revealed a similar trend: an increase in CBR values was observed for RAP content of 50 to 70 %. A further addition of RAP, however, yielded lower values. Shear strength parameters derived from direct shear tests show a similar trend. Water permeability decreased for RAP up to 50 % and increased when more RAP was added. Using a bitumen-free simulant with roughly the same gradation as the original RAP demonstrates the influence of the bitumen content.

Constructing test tracks using temperature-reduced (warm) rolled asphalt (ARS 09/21)

TRDir Dipl.-Ing. S. Kübler, Bonn

In Deutschland wird zur Herstellung von Walzasphalt nahezu ausschließlich Heißasphaltmischgut mit Einbautemperaturen von im Mittel 160 °C eingesetzt. Hiermit werden nach derzeitigem Wissensstand die zukünftigen Anforderungen an die Bildung von Dämpfen und Aerosolen bei der Heißverarbeitung von Bitumen zur Einhaltung der Arbeitsschutzanforderungen nicht unter allen Randbedingungen eingehalten werden können. Es wurden daher asphalttechnologische und maschinentechnische Maßnahmen erarbeitet, die dazu beitragen sollen, den Asphaltstraßenbau auf diese veränderten Anforderungen vorzubereiten. Die Regelungen zur Durchführung von Erprobungsstrecken mit temperaturabgesenktem Walzasphalt wurden in dem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau (ARS) 09/2021 erstmals einheitlich für die Bundesfernstraßen definiert und bilden die Grundlage für die erforderliche systematische Erfahrungssammlung zur Nutzung der Viskositätsveränderung mit dem Ziel der Reduzierung der Herstellungstemperaturen von Walzasphalt in Deutschland.

In Germany, hot mix asphalt mixture with laying temperatures of on average 160 °C is almost exclusively used to produce rolled asphalt. According to the current state of  knowledge, this hot mix asphalt mixture will not in all circumstances be able to meet future requirements regarding the generation of fumes and aerosols during the hot processing of bitumen with a view to meeting occupational safety requirements. For this reason, measures relating to asphalt technology and mechanical equipment were drawn up. The purpose of these measures was to help prepare the asphalt road construction sector for these changed requirements. The rules for constructing test tracks using temperature-reduced (warm) rolled asphalt were defined in a uniform manner for federal trunk roads for the first time in General Circular Concerning Road Construction (ARS) 09/2021 and now form the basis for the necessary systematic collection of experience on using the change in viscosity to reduce the production temperatures of rolled asphalt in Germany.

Tetrachloroethene (Per) as solvent for the extraction of asphalt

Ltd. Akad. Dir. Dr.-Ing. T. Wörner; Dr.-Ing. T. Patzak, München

In Deutschland wird zur Extraktion von Asphalt Trichlorethen und alternativ Toluol eingesetzt. Für einen Ersatz von Trichlorethen bietet sich Tetrachlorethen an, da dieses Lösemittel im angrenzenden europäischen Ausland eingesetzt wird. In Paralleluntersuchungen wurden Asphalte und Asphaltgranulate in zwei getrennten Extraktionsanlagen, die mit Trichlorethen bzw. Tetrachlorethen betrieben wurden extrahiert. Bindemitteluntersuchungen erfolgten an den rückgewonnenen Bindemitteln aus dem jeweiligen Asphaltmischgut und dem Asphaltgranulat sowie an den Bindemitteln im Anlieferungszustand. Der Vergleich der Ergebnisse am mit Trichlorethen und mit Tetrachlorethen extrahierten und rückgewonnenen Bindemittel zeigt Bestimmtheitmaße über 0,9. Daher steht einem Ersatz von Trichlorethen durch Tetrachlorethen nichts entgegen. Zudem ist festzustellen, dass die Ergebnisse der Extraktionen hinsichtlich Bindemittelgehalt und Kornzusammensetzung immer innerhalb der Vergleichspräzisionen der TP Asphalt-StB liegen. Die Präzisionsdaten für die Prüfungen mit Tetrachlorethen (Per) sind vor Einführung in das Technische Regelwerk in einem Ringversuch zu ermitteln.

In Germany, trichloroethene and alternatively toluene are used for the extraction of asphalt. Tetrachloroethene is a suitable substitute for trichloroethene, as this solvent is used in many other European countries. In parallel studies, asphalts and recycled asphalt were extracted in two separate automatic extractors operated with trichloroethene and tetrachloroethene, respectively. Binder tests were carried out on the recovered binders from the respective asphalt mix and the recycled asphalt as well as on the binders in the condition as on delivery. The comparison of the results on the binder extracted and recovered with trichloroethene and with tetrachloroethene shows coefficients of determination above 0.9. Therefore, there is nothing to prevent the replacement of trichloroethene by tetrachloroethene. In addition, it can be stated that the results of the extractions with regard to binder content and grain composition are always within the comparative precisions of TP Asphalt-StB. The precision data for the tests with tetrachloroethene (Per) are to be determined in an interlaboratory test before introduction into the technical regulations.