Rheologische Prüfungen zur Bitumencharakterisierung
Rheological tests for bitumen characterisation
Dr.-Ing. M. Sc. J. Büchner;
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. techn. M. P. Wistuba;
T. Sigwarth, M. Sc., Braunschweig
Der Erweichungspunkt Ring und Kugel wird schon seit über 100 Jahren für die Charakterisierung von bitumenhaltigen Bindemitteln eingesetzt. Mittlerweile stehen stattdessen rheologische Prüfverfahren zur Verfügung, mit denen bitumenhaltige Bindemittel deutlich präziser und aussagekräftiger charakterisiert und differenziert werden können. Dieser Beitrag stellt die wesentlichen Inhalte und Ergebnisse des Forschungsprojekts BEZIBIT (FE 07.0313/2021/ERB) vor, welches von 2022 bis 2024 im Auftrag der Bundesanstalt für Straßen- und Verkehrswesen (BASt) federführend an der TU Braunschweig durchgeführt wurde. In dem Forschungsprojekt wurde eine ganzheitliche Prüfsystematik für eine vollständige rheologische Charakterisierung und systematische Materialbewertung von bitumenhaltigen Bindemitteln für den Asphaltstraßenbau entwickelt. Die neue Prüfsystematik basiert auf Prüfungen im Dynamischen Scherrheometer (DSR) zur Charakterisierung des rheologischen Materialverhaltens im gesamten Gebrauchstemperaturbereich unter Berücksichtigung der viskoelastischen Eigenschaften, des Verformungsverhaltens, des Kälteverhaltens und des Alterungsverhaltens. Sie umfasst im Wesentlichen das Bitumen-Typisierungs-Schnell-Verfahren (BTSV), einen 8 mm Temperatur-Sweep (T-Sweep)-Test, einen 25 mm Single Shear Creep Test (SSCT) und eine 4 mm Relaxationsprüfung. Jedes einzelne Prüfverfahren wurde speziell für die Anwendung in der Praxis konzipiert und ist dafür gut geeignet. So kann die Einfachbestimmung einer Probe innerhalb weniger Stunden und jedenfalls innerhalb eines Arbeitstages erfolgen. Die aus den Prüfverfahren abgeleiteten Bewertungsparameter sind gut interpretierbar und in der Praxis sofort anwendbar. Auf der Grundlage von systematischen Reihenuntersuchungen und unter Berücksichtigung des aktuellen Technischen Regelwerks wurden erstmals Orientierungswerte für unterschiedliche Anwendungszwecke abgeleitet, insbesondere für die Äqui-Schermodultemperaturen T(G* = 15 kPa) und T(G* = 5 MPa) sowie an die Änderung der jeweiligen Kennwerte infolge von Alterung. Außerdem wurden beanspruchungsabhängige Orientierungswerte an die Kriechrate zur Beurteilung des Verformungswiderstands und an die prozentuale Spannungsrelaxation zur Beurteilung des Widerstands gegen Kälterissbildung vorgeschlagen. Die neue Prüfsystematik wurde abschließend zusammen mit den vorgeschlagenen Orientierungswerten anhand von Erprobungsstrecken validiert. Dafür wurden sieben Bauvorhaben mit zehn verschiedenen Asphaltschichten ausgewählt und an unterschiedlichen Stellen Asphaltproben entnommen. Die vorgeschlagenen Orientierungswerte konnten anhand von Proben aus den Erprobungsstrecken validiert werden. So wurden die laborübergreifende und herstellerunabhängige Anwendbarkeit der Prüfsystematik und der Orientierungswerte in der Baupraxis demonstriert. Die Prüfverfahren weisen eine zufriedenstellende und zuverlässige Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit auf und sind in der Baupraxis lückenlos anwendbar.
The softening point Ring and Ball has been used for over 100 years to characterize bituminous binders. In the meantime, rheological test methods are available which allow precise and meaningful characterization and differentiation of bituminous binders. This article presents the main results of the BEZIBIT research project (FE 07.0313/2021/ERB), which was carried out under the leadership of the TU Braunschweig on behalf of the Federal Highway and Transport Research Institute (BASt) from 2022 to 2024. In the research project, a holistic test methodology was developed for a complete rheological characterization and systematic material evaluation of bituminous binders for asphalt road construction. The new testing system is based on tests in the dynamic shear rheometer (DSR) to characterize the rheological material behaviour in the entire service temperature range. This includes the viscoelastic properties, deformation behaviour, low-temperature behaviour and ageing behaviour. Specifically the BTSV-test, an 8 mm temperature sweep (T-sweep), a 25 mm single shear creep test (SSCT) and a 4 mm relaxation test are applied. Each individual test method has been specially designed for use in practice and is well suited for this purpose. The single determination of a sample can be carried out within one working day. The evaluation parameters derived from the test methods are easy to interpret and can be used immediately in practice. On the basis of systematic series tests and considering current technical regulations, orientation values for different application purposes were derived. In particular, thresholds for the equi-shear modulus temperatures T(G* = 15 kPa) and T(G* = 5 MPa) as well as for the change in the respective characteristic values due to ageing are defined. In addition, traffic-dependent orientation values were proposed for the creep rate to assess the deformation resistance and for the percentage stress relaxation to assess the resistance to low-temperature cracking. The new test methodology was finally validated together with the proposed orientation values using test sections. For this purpose, seven construction projects with ten different asphalt layers were selected and asphalt mixture samples were taken at different locations. The proposed orientation values were validated using samples from the test sections. This demonstrated the cross-laboratory and manufacturer-independent applicability of the test methodology and the orientation values in construction practice. The test methods demonstrate satisfactory and reliable repeatability and comparability and can be applied seamlessly in construction practice.
doi.org/10.53184/STA12-2025-1
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Langjährige Dimensionierungskenngrößen an Dauerzählstellen
Long-term pavement design parameters at permanent counting stations
Dipl.-Ing. Anke Fitschen; Dipl.-Ing. Arnd Fitschen;
Dr.-Ing. Dirk Jansen; Dipl.-Ing. Bianca Leipzig,
Bergisch Gladbach
Sowohl für die Dimensionierung von Straßenbefestigungen als auch für die Bewertung des strukturellen Zustands stellen die Prognose, respektive die Retroperspektive der Verkehrsbelastung eine der wesentlichsten Eingabegrößen dar. Vielfach werden hierfür jedoch die pauschalisierten Parameter der RStO verwendet. Grund hierfür ist vor allem, dass für eine genauere und lastbezogene Beschreibung des Schwerverkehrskollektivs zu wenige Achslastmessstellen im Straßennetz zu finden sind. Hingegen ist die Datendichte zur Verkehrsmenge und -zusammensetzung sehr hoch. Zu nennen sind hier insbesondere die Daten aus den Dauerzählstellen. Mit dem Arbeitspapier „Eingangsgrößen für die Dimensionierung und Bewertung der strukturellen Substanz, Teil 1: Verkehrsbelastung“ wurde eine Methode eingeführt, mit der auf Grundlage der Verkehrszähldaten eine Abschätzung der damit verbundenen Achslasten möglich ist. Die Methode nutzt dabei die statistisch signifikanten Zusammenhänge zwischen Fahrzeugart,
Streckenlage und Achslasten. Um das volle Potenzial, das sich hieraus für Planer, Straßenbaulastträger sowie Wissenschaft und Forschung ergibt, zu nutzen, wurden die auf der Internetseite der BASt veröffentlichten Daten der Dauerzählstellen nun um dimensionierungsrelevante Kenngrößen, wie sie mit dem Arbeitspapier berechenbar sind, erweitert.
Both for the design of road pavements and the assessment of the structural condition, the forecast or retrospective view of the traffic load is one of the most important input parameters. In many cases, however, the generalized parameters of the RStO are used for this purpose. The main reason for this is that on the one hand there are too few axle load measuring points in the road network for a more precise and load-related description of the heavy goods vehicle collective. On the other hand, the density of data on traffic volume and composition is very high. In particular, the data from the permanent counting points should be mentioned here. The working paper input parameters for dimensioning and evaluating the structural substance, Part 1: Traffic load, introduced a method for estimating the associated axle loads on the basis of traffic count data. The method utilizes the statistically significant correlations between vehicle type, route position and axle loads. In order to utilize the full potential of this method for planners, road authorities, science and research, the data from the permanent counting stations published on the BASt website has now been expanded to include design-relevant parameters such as those that can be calculated using the working paper.
doi.org/10.53184/STA12-2025-2
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SensoJointField
Konzeption einer Online-Messstation zur Deformationserfassung im Fugenbereich hochbeanspruchter Betonverkehrsflächen
SensoJointField - Design of an online measuring station for deformation detection in the joint area of heavily used concrete traffic surfaces
P. Engel, M. Eng.; Dipl.-Ing. C. Recknagel, Berlin
In einem anwendungsorientierten Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) ein autonomes Sensornetzwerk „SensoJointField“ umgesetzt, das der Überwachung von Deformationen im Fugenbereich hochbeanspruchter Betonfahrbahndecken deutscher Autobahnen dient. Grundlage dafür ist der dreiaxiale Deformationssensor „SensoJoint“ im Verbund mit weiteren Sensoren, die durch ein intelligentes Monitoring-System gesteuert werden. Der Beitrag gibt einen Überblick zum Stand des Vorhabens.
As part of an application-oriented research and development project, the Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) deployed an autonomous sensor network “SensoJointField” to monitor deformations in the joint area of highly stressed concrete Autobahn surfaces. The network is based on the triaxial deformation sensor “SensoJoint” in conjunction with other sensors controlled by an intelligent monitoring system. This article provides an overview of the status of the project.
doi.org/10.53184/STA12-2025-3
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Veränderung der Performance-Eigenschaften von Walzasphalt bei Verwendung feiner Gesteinskörnungen mit unterschiedlicher Wasserempfindlichkeit
Modification of the performance properties of rolled asphalt by using fine aggregates with different water sensitivities
Dr.-Ing. D. Rogg, München
Die Wasserempfindlichkeit von feinen Gesteinskörnungen hat einen wesentlichen Einfluss auf die Mörteleigenschaften von Walzasphalt und beeinflusst somit die Dauerhaftigkeit der Gesamtbefestigung erheblich. Das Gebrauchsverhalten des Asphalts basierend auf der Wasserempfindlichkeit von feinen Gesteinskörnungen ist im derzeitigen Regelwerk jedoch nicht ausreichend beschrieben. Aus diesem Grund musste eine neue Prüfsystematik mit einer neuen zielführenden und praxisorientierten Probekörpervorbereitung und -lagerung entwickelt werden, die praxisgerechte und reproduzierbare Ergebnisse liefert. Dies gelang, indem man verschiedene Probekörpervorbereitungen mit dem Schüttel-Abriebverfahren analysierte und verglich. Dabei stellte sich heraus, dass insbesondere eine Trockenlagerungszeit von 48 h entscheidend ist, um den in den feinen Gesteinskörnungen enthaltenen und für die Wasserempfindlichkeit entscheidenden Tonminerale die Möglichkeit zu geben, ihr volles Quellvermögen zu entfalten. Weitergehende dynamische Stempeleindringversuche und Zugversuche bestätigten die Ergebnisse des Schüttel-Abriebverfahrens am Marshall-Probekörper, dass die Wasserempfindlichkeit der feinen Gesteinskörnungen einen entscheidenden Einfluss auf das Gebrauchsverhalten des Walzasphalts besitzt.
The water sensitivity of fine aggregates has a significant influence on the mortar properties of rolled asphalt and therefore has a considerable impact on the durability of the overall pavement. However, the performance behaviour of asphalt based on the water sensitivity of fine aggregates is not sufficiently described in the current regulations. For this reason, a new testing system had to be developed with a new target-orientated and practice-oriented test specimen preparation and storage, which delivers practical and reproducible results. This was achieved by analyzing and comparing various test specimen preparations using the shake-abrasion method. It was found that a dry storage time of 48 h is particularly important to give the clay minerals contained in the fine aggregates, which are crucial for water sensitivity, the opportunity to develop their full swelling capacity. Further dynamic punch penetration tests and tensile tests confirmed the results of the shake-abrasion method on the Marshall test specimen that the water sensitivity of the fine aggregates has a decisive influence on the performance behaviour of the rolled asphalt.
doi.org/10.53184/STA12-2025-4
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Verkehrsinfrastrukturforschung 2017 DACH 2017, 2019
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