Ermittlung der Streuung dimensionierungsrelevanter Eingangsgrößen für Asphalte

Im Rahmen der rechnerischen Dimensionierung erfolgt die Festlegung der Schichtdicken einer Asphaltbefestigung anhand einer berechneten theoretischen Lebensdauer, der u. a. die Steifigkeiten der Asphaltschichten sowie die Ermüdungsresistenz der Asphalttragschicht zugrunde liegen. Diese Eigenschaften werden im Zuge der Erstprüfung an den Asphaltmaterialien ermittelt. Aufgrund von Inhomogenitäten der Baustoffkomponenten (Gesteinskörnungen und Bitumen) sowie variierenden Herstellungs-, Einbau- und Verdichtungsbedingungen beim Bau der Asphaltschichten kann es dazu kommen, dass die mechanischen Eigenschaften des in der Fahrbahnbefestigung eingebauten Asphaltmischguts streuen und erheblich von jenen Eigenschaften abweichen, die im Rahmen der Erstprüfung festgestellt wurden. Ziel dieses Projektes war es, diese Streuung der dimensionierungs-relevanten Eingangsgrößen für Asphalte zu bestimmen, damit diese zukünftig bei der rechnerischen Dimensionierung Berücksichtigung finden können.
Zur Herleitung von Sicherheitsbeiwerten, mit denen die bei der analytischen Dimensionierung auftretende Streuung der als Eingangsgrößen benutzten Materialparameter berücksichtigt werden können, wurde zunächst analysiert, welche Mischguteigenschaften die verschiedenen Dimensionierungseingangsgrößen maßgeblich beeinflussen. Die in der Baupraxis zu erwartenden Abweichungen der Zusammensetzungen vom tatsächlich eingebauten Mischgut zu den in der Erstprüfung festgelegten Werten wurden durch die Auswertung von Kontrollprüfungsergebnissen quantifiziert.
Anhand der Ergebnisse wurden Asphaltdeck-, Asphaltbinder- und Asphalttragschichtmischgüter in jeweils fünf Variationen im Labor hergestellt. Neben einer SOLL-Variante wurden anhand der Datenbank-Auswertung konzeptionierte gute („best case“) und schlechte („worst case“) Mischgutvarianten zusammengesetzt. Zur Analyse des Verdichtungs-Einflusses wurden jeweils die SOLL-Varianten unter dreifacher Variation des Verdichtungseinsatzes zu Asphalt-Probeplatten verdichtet.
Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass bei praxisadäquater Variation der Asphalteigenschaften beachtliche Unterschiede sowohl in der Resistenz gegen Materialermüdung als auch im Widerstand gegen bleibende Verformung auftreten. Dies ist festzustellen, auch wenn die Abweichungen der Mischguteigenschaften innerhalb der in den ZTV Asphalt-StB festgelegten Toleranzbereichen liegen.
Die Ergebnisse der unter Verwendung der an diesen Asphaltvarianten ermittelten Eingangsgrößen durchgeführten Dimensionierungsrechnungen zeigen erhebliche Abweichungen der prognostizierten Lebensdauern und resultierenden Schichtdicken. So bewirken die Varianten „geringer Verdichtungsgrad“ und „niedriger Bindemittelgehalt, grobe Gesteinskörnungszusammensetzung“ eine Abnahme der prognostizierten Lebensdauer um bis zu 61 % und eine theoretische Mehrdicke der Asphalttragschicht von bis zu 8 cm.
Für den zukünftigen Einsatz der rechnerischen Dimensionierung sollten die ermittelten Streuungen berücksichtigt und ausreichende Sicherheiten eingeführt werden. Darüber hinaus ist verbessertes Qualitätsmanagement anzustreben, um die Abweichungen des gelieferten Mischgutes vom Material der Erstprüfung zu reduzieren sowie durch eine Erhöhung der Einbau- und Verdichtungsqualität zu erreichen.

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