GSB 7.0 Standardlösung

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Asphaltbauweisen

Potenzialuntersuchung zum Einsatz von Asphalteinlagen (07.0290)
Die Verwendung von Vliesstoffen und Gittern im Asphaltstraßenbau hat seinen Ursprung in der Verwendung ähnlicher Produktgruppen im Erdbau. Im Asphaltstraßenbau kommen für Asphalteinlagen (AE) verschiedene Einsatzmöglichkeiten in Betracht. Ein Anwendungsfall stellt dabei die Überbauung vorhandener hydraulisch gebundener Tragschichten und (entspannter) Betonkonstruktionen dar, um Reflexionsrisse zu verhindern. AE sollen bei diesem Anwendungsfall Spannungen durch lokal auftretende Verschiebungen aufnehmen und über eine größere Fläche in die darüberliegenden Asphaltschichten einleiten. Das Durchschlagen von Reflexionsrissen soll sich verzögern und die Nutzungsdauer der Straßenkonstruktion verlängern. Während dieser Anwendungsfall bereits zahlreich Anwendung findet und überwiegend positive Erfahrungen gesammelt werden konnten, wird die Verwendung von AE im Asphaltoberbau kontrovers diskutiert. Dies liegt mitunter daran, dass die tatsächliche Wirkung von AE im Asphaltoberbau – im Bereich der baulichen Straßenerhaltung, der grundhaften Erneuerung oder des Neubaus – bislang nicht abschließend wissenschaftlich nachgewiesen werden konnte. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Wirksamkeit von AE im Asphaltoberbau unter Berücksichtigung der tatsächlichen Beanspruchungszustände nachzuweisen und zu quantifizieren.

Untersuchung zum Einfluss der Doppelumhüllung bei der Verwendung von Asphaltgranulat und weichen Bindemitteln auf die Gebrauchseigenschaften von Asphalt (3519002)
Die Wiederverwendung von Asphaltgranulat in frischem Asphaltmischgut stellt den Stand der Technik dar. Die Menge des zuzugebenden Asphaltgranulats hängt dabei neben zahlreichen anderen Faktoren auch vom Härtegrad des resultierenden Bindemittels ab. Da das im Asphaltgranulat befindliche Bindemittel in der Regel sehr hart ist, kann dies die Zugabemenge limitieren. Abhilfe sollen hier Rejuvenatoren schaffen, die die Bindemitteleigenschaften des Asphaltgranulats positiv beeinflussen und eine Herabsenkung des Härtegrades bewirken sollen. Die Langzeitwirkung dieser Produkte ist bislang nicht abschließend belegt. Eine mögliche Alternative stellt die Verwendung von weichen Zugabebindemitteln im Mischprozess dar. Laut gültigem Regelwerk darf der Härtegrad des Zugabebindemittels lediglich eine Sorte weicher als das geforderte resultierende Bindemittel des Mischguts sein. Es gilt zu überprüfen, ob die Zugabe von noch weicheren Zugabebindemitteln die Gebrauchseigenschaften des Asphalts positiv oder negativ beeinflusst. Hintergrund ist der voraussichtlich eintretende Effekt der Doppelumhüllung: Das im Asphaltgranulat vorhandene alte, harte Bindemittel vermischt sich während des Mischprozesses nicht vollständig mit dem zugegebenen frischen Zugabebindemittel – es stellt sich eine Doppelumhüllung der Gesteinskörnung ein, gebildet durch den alten Bindemittelfilm und den neuen frischen Bindemittelfilm als zweite Schicht.

Qualitätssicherung von Performance-Prüfungen im Asphaltstraßenbau (3519001)
Performance-basierte Prüfverfahren werden unter anderem für die Ermittlung charakteristischer Materialparameter als Eingangsgröße für die rechnerische Dimensionierung (RDO Asphalt) und die Substanzbewertung (RSO Asphalt) benötigt. Momentan wird ferner an der Erstellung eines Regelwerks (ZTV RDO Asphalt) für die Abwicklung von Bauverträgen auf Basis der RDO Asphalt gearbeitet. Diese Anwendungsfälle von Performance-basierten Prüfverfahren erfordern eine größtmögliche Präzision bei der Bestimmung der Materialparameter und ein fundiertes Wissen über die Genauigkeit des Verfahrens, um Fehlinterpretationen bei der Bestimmung der rechnerischen Nutzungsdauer zu vermeiden. Dazu muss ein Qualitätssicherungssystem für dynamische Prüfmaschinen, die für Performancebasierte Prüfverfahren eingesetzt werden, entwickelt werden. Als Teil dieses Qualitätssicherungssystems wird momentan die Technische Prüfvorschrift Prüfmittelüberwachung-StB, Teil 705 „Dynamische Prüfanlagen zur Ermittlung der Steifigkeit und der Ermüdungsbeständigkeit von Asphalt“ (Arbeitstitel) erarbeitet. Darin wird die grundsätzliche Vorgehensweise einer vereinfachten Routineprüfung sowie einer Kalibrierung und Systemprüfung geregelt. Eine detaillierte technische Vorgehensweise der Kalibrierung und die zu formulierenden Anforderungen an einen Kalibrierdienst werden darin jedoch nicht beschrieben. Die Kalibrierung und Systemprüfung soll von einem durch die BASt anerkannten Kalibrierdienst erfolgen.

Erhebung über den Zustand von Strecken mit temperaturabgesenktem und viskositätsverändertem Asphalt nach langer Nutzungszeit (89.0347)
Im Zuge der aktuellen Diskussion um die Einführung eines Arbeitsplatzgrenzwertes für Dämpfe und Aerosole wird die (weitere) Temperaturabsenkung – auch unter Verwendung von viskositätsverändernden Zusätzen – als eine Möglichkeit zur Reduzierung der Dämpfe und Aerosole aus Bitumen erachtet. Da der für die Erfahrungssammlung maßgebende Beobachtungszeitraum von mindestens 5 Jahren weit hinter den üblichen Nutzungsdauern von Asphaltschichten liegt und keine umfassende Dokumentationen über den Zustand der mit viskositätsveränderten Asphalten hergestellten Strecken existiert, besteht in der Praxis Unsicherheit über die tatsächliche Dauerhaftigkeit der mit viskositätsverändertem Asphalt hergestellten Strecken, insbesondere bei derart temperaturabgesenkt eingebauten Strecken. Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, durch die Erhebung des Zustandes von Strecken – die mit temperaturabgesenktem und viskositätsverändertem Asphalt hergestellt wurden – zu einer Beurteilung der Dauerhaftigkeit dieser Bauweise zu kommen.

Ermittlung der Eigenschaften des nach Extraktion zurückgewonnenen bitumenhaltigen Bindemittels unter Verwendung von Trichlorethen und Perchlorethylen (07.0301)
Die Verwendung von Trichlorethen (Tri) bei der Extraktion von Asphalt ist nur noch bis zum Jahr 2023 möglich. Danach muss auf andere Lösemittel zurückgegriffen werden. In angrenzenden Ländern wird häufig auf Perchlorethylen (Per) als Lösemittel eingesetzt. Dieses Lösemittel liefert erfahrungsgemäß hinsichtlich Bindemittelgehalt und Korngrößenverteilung der Extraktion mit Trichlorethylen vergleichbare Ergebnisse. Im Rahmen von Kontrollprüfungen werden die Eigenschaften von bitumenhaltigen Bindemitteln nach Rückgewinnung durch den Erweichungspunkt Ring und Kugel (EP RuK) und bei Polymermodifizierten Bitumen zusätzlich durch die Elastische Rückstellung bestimmt. In Fachkreisen ist seit Jahren unumstritten, dass die Bestimmungsmethode des EP RuK insbesondere bei modifizierten Bitumen zu fehlerhaften Beurteilungen führen kann. Die mithilfe des Dynamischen Scherrheometers (DSR) ermittelten Kennwerte zeigen, dass der EP RuK die Viskosität modifizierter Bitumen partiell stark überschätzt. Bislang liegen jedoch noch keine abgesicherten Erkenntnisse über die damit ermittelten Kennwerte von aus Asphalt rückgewonnenen bitumenhaltigen Bindemitteln vor. Im Rahmen des Forschungsprojekts soll zum einen überprüft werden, ob die Eigenschaften des zurückgewonnenen Bindemittels bei Einsatz der zwei Lösemittel bei der Extraktion vergleichbar sind. Zum anderen soll überprüft werden, ob der EP RuK durch mittels DSR-Prüfsystematik ermittelte Kennwerte ersetzt werden kann.

Alternative Verfahren zur Beurteilung Offenporiger Asphaltdeckschichten hinsichtlich Hohlraumgehalt und Verdichtungszustand (07.0302)
Um lärmtechnisch gute Eigenschaften Offenporiger Asphaltdeckschichten (OPA) zu erzielen, muss ein hoher Hohlraumgehalt erzielt werden. Gleichzeitig werden hohe Verdichtungsgrade gefordert, um möglichst lange bautechnische Nutzungsdauern zu erreichen. Zur Bestimmung des Verdichtungsgrades werden die Raumdichten der Bohrkernprobe und die des Marshall-Probekörpers als Bezugsgröße benötigt, zur Bestimmung der Hohlraumgehalte die Raumdichten der entsprechenden Asphalt-Probekörper und die Rohdichte des Asphalts. Die Raumdichten werden im Ausmessverfahren bestimmt, ein Verfahren, das in der Prüfpraxis sehr kritisch gesehen wird. Ziel des Projekts ist die Entwicklung beziehungsweise Überprüfung alternativer Verfahren zur Beurteilung von OPA hinsichtlich Hohlraumgehalt und Verdichtungszustand. Der Bauwirtschaft und Bauverwaltung muss ein einwandfreies Instrumentarium der Prüfung von OPA zur Verfügung gestellt werden.

Gebrauchsverhalten von Heißasphalt mit Asphaltgranulat unterschiedlicher Art und Menge sowie Ableitung eines einfachen Performance-Kriteriums (07.0299)
Die bisherige Forschung und Praxis zur Wiederverwendung von Asphalt haben gezeigt, dass bei sorgfältigem Asphaltgranulat-Management eine Wiederverwendung auf hohem Niveau der Wertschöpfung möglich ist. Von unterschiedlichen Forschungsstellen wurden sogar Vorteile bei der Kälteflexibilität, den Verdichtungseigenschaften und punktuell auch bei den Ermüdungseigenschaften festgestellt. Ziel des Forschungsprojekts ist eine zielsichere Beurteilung des Einflusses der Zugabe von Asphaltgranulat nach Art, Menge und Mischdauer auf die Ermüdungseigenschaft und auch auf die Kälteflexibilität. Dabei ist auch die Intensität des Aufschlusses des Asphaltgranulates zu untersuchen. Zweifel an der Wiederverwendung mit der Begründung einer zweifelhaften Asphaltperformance müssen konsequent beseitigt werden.

Robot-Straßenbau 4.0 - Autonom arbeitende Maschinen im Straßenbau 4.0 (88.0158 bis 88.0162)
Ziel des Forschungsprojekts „Robot-Straßenbau 4.0“ ist die Verbesserung der Arbeits- und Verkehrssicherheit, die Erhöhung der Prozesssicherheit im Asphaltstraßenbau sowie die Reduzierung der Arbeitsplatzbelastungen des Baustellenpersonals. Dies soll durch eine Automatisierung aller Arbeitsfunktionen der Straßenbaumaschinen realisiert werden. Das bedeutet, dass die Straßenbaumaschinen zukünftig in der Lage sein sollen, ausschließlich unter Kontrolle des Maschinenführers vernetzt und autonom zu arbeiten. Durch den hohen Grad der Automatisierung der Prozesskette im Asphaltstraßenbau wird das Projekt einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Dauerhaftigkeit, Vergrößerung von Erhaltungsintervallen und Verringerung von Baumaßnahmen leisten. Dies hat eine deutliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Straßeninfrastruktur sowie eine Reduzierung der Lebenszyklus- und Nutzungskosten zur Folge. Das Forschungsprojekt „Robot-Straßenbau 4.0“ stellt somit die Weiterentwicklung der Projekte „PAST“ und „QUAST“ dar, indem es die einzelnen Arbeitsfunktionen miteinander vernetzt, automatisiert, die Führungsgrößen der Arbeitsfunktionen digital übermittelt und den gesamten Einbauprozess autonom ablaufen lässt.

Asphaltoberbau und extreme Temperaturen (07.0276)
Im Forschungsprojekt „Projizierter Klimawandel und Dimensionierung von Straßenbefestigungen“ konnte anhand von Sensitivitätsanalysen gezeigt werden, dass bei den derzeitigen standardisierten Asphaltoberbaukonstruktionen unter den Auswirkungen des projizierten Klimawandels sich die Nutzungsdauer der Asphalttragschicht verkürzt und die Widerstandsfähigkeit der Asphaltdeckschichten gegenüber Verformungen bei hohen Temperaturen zum Teil deutlich reduziert. Anhand von Dimensionierungsrechnungen konnte aber auch gezeigt werden, dass sich die Verwundbarkeit des Asphalts gegenüber hohen Temperaturen durch Materialadaption verringern lässt. Eine Verallgemeinerung dieser Erkenntnisse ist auf Grundlage der bisher durchgeführten Projekte jedoch nicht möglich. Um zu belastbaren Aussagen zu gelangen, sollen im vorliegenden Forschungsprojekt bestehende Asphaltsorten hinsichtlich ihrer thermophysikalischen Eigenschaften neu konzipiert werden, um eine hohe Resistenz gegenüber höheren Temperaturen zu erreichen. Ziel ist es zu überprüfen, inwieweit durch Materialadaption eine Verringerung der Verwundbarkeit des Asphalts gegenüber den möglichen Auswirkungen des Klimawandels zu erreichen ist.

Epoxy III- Elvaloy (3514004)
Offenporige Asphalte (OPA) besitzen aufgrund ihres Stützkonzeptes und des mörtelarmen Prinzips hervorragende Eigenschaften bezüglich einer Lärmreduzierung. Des Weiteren wird durch den hohen Hohlraumgehalt ein schneller und sicherer Abfluss von Regenwasser gewährleistet. Aufgrund des geringen Anteils an Mörtel sowie dem großen Hohlraumgehalt kommt es allerdings infolge der hohen Belastung zu Kornausbrüchen beziehungsweise Schädigungen im Korngefüge. Zusätzlich ist die Lebensdauer der Asphaltdeckschichten durch starke oxidative Alterung des verwendeten Bindemittels im Vergleich zu anderen Asphaltdeckschichtarten stark verkürzt. Epoxidharz könnte als Bindemittelzusatz das Mischgut langlebiger und resistenter gegen Verschleißerscheinungen machen. Bisherige Forschungen konnten jedoch aus Arbeitsschutzgründen nicht vollendet werden. Deshalb soll in diesem Projekt mit dem speziell für Bitumen konzipierten Epoxidharz „Elvaloy“, das bereits weltweit erfolgreich eingesetzt wird, überprüft werden, ob es möglich ist die angesprochenen Probleme zu lösen oder signifikant zu verbessern. Es sollen dabei asphalttechnologische Untersuchungen bezüglich Verschleißprüfungen und Haftverhalten sowie Untersuchungen auf Bindemittelebene, konventionell und rheologisch, durchgeführt werden.

Polyurethan-Asphalt auf dem duraBASt – INNOBOND III (07.0296)
Innovative Straßenkonstruktionen sollten maximale Nutzungsdauern, minimale Erhaltung, minimalen Personaleinsatz und minimale Verkehrseinschränkungen über den gesamten Lebenszyklus erreichen. Möglicherweise kommen die aktuellen Standardbauweisen im Bereich der Bundesautobahnen an Grenzen. Alternativ könnte Polyurethan Bitumen als Bindemittel im Straßenbau ganz oder teilweise ersetzen. Polyurethanasphalt weist gegenüber Standardasphalten deutlich höhere Verformungs- und Ermüdungswiderstände auf und das Materialverhalten ist nur geringfügig temperaturabhängig. Eine Beständigkeit gegen Frost, Frost-Tausalz, Hitze und chemischen Angriff konnte bereits nachgewiesen werden. Mit vorzeitigen Materialschädigungen infolge Verkehrsbelastungen ist nicht zu rechnen. Im Rahmen von ersten Laboruntersuchungen und kleinformatigen Anwendungen konnte gezeigt werden, dass Potenzial vorhanden ist. Ziel des vorliegenden Forschungsprojektes ist die Entwicklung einer praxistauglichen Gesamtkonstruktion mit einer Polyurethanasphaltdeckschicht in den Varianten „vollständig durchlässige Konstruktion“ und „offenporige Deckschicht auf einer undurchlässigen Konstruktionsschicht“, die auf dem duraBASt realisiert wird. Die Erkenntnisse sind im Hinblick auf eine Anwendung im Netz der Bundesstraßen zu bewerten.

Asphaltdeckschicht auf durchgehend bewehrter Betondecke – wissenschaftliche Begleitung der Versuchsstrecken in Kompositbauweise während der Betriebsphase (08.0248)
Asphalt und Beton haben stofflich bedingt spezifische Vor- und Nachteile im Straßenbau. Betonstraßen zeichnen sich durch eine hohe Dauerhaftigkeit und Langlebigkeit aus. Instandsetzungsmaßnahmen zur Wiederherstellung anforderungsgerechter Griffigkeit und Lärmemissionen sind aufwendiger als bei Asphaltdecken. Asphaltstraßen zeichnen sich durch ihre Flexibilität, vergleichsweise schnellere Herstellung und durch Vorteile bei der Gestaltung von Oberflächentexturen aus. Vereint man die positiven Eigenschaften beider Bauweisen miteinander, so entsteht die Kompositbauweise. Die grundsätzlichen Vorteile wurden bereits in den 1990er Jahren gesehen und im Rahmen von vier Versuchsstrecken untersucht. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, diese Streckenabschnitte zu bewerten. Hierzu sind die Schadensverläufe zu analysieren. Darauf aufbauend sind Empfehlungen für die Planung und Ausführung der Kompositbauweise zu erarbeiten.

Praxisgerechte Anforderungen an den Polierwiderstand feiner Gesteinskörnungen (06.0116)
Gebrochene feine Gesteinskörnungen dürfen im Asphaltdeckschichtmischgut nur eingesetzt werden, wenn der Polierwiderstand der stellvertretenden groben Gesteinskörnung den jeweiligen Anforderungen genügt. Werden Gesteine unterschiedlicher Polierresistenz eingesetzt, muss der rechnerisch ermittelte Polierwiderstand der betreffenden Lieferkörnungen dem geforderten Polish Stone Value (PSV) entsprechen. In der Berechnung werden ausschließlich Gesteinskörnungen mit einem PSV größer 42 berücksichtigt. Die Einbeziehung eines Natursandes oder gebrochener feiner Gesteinskörnungen, deren grobe Gesteinskörnungen nicht den Anforderungen des Polierwiderstandes genügen, ist daher nicht möglich. Es hat sich gezeigt, dass eine Übertragung des an der groben Gesteinskörnung ermittelten PSV auf die Sandfraktion nicht immer zutreffend ist. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Formulierung praxisgerechter Anforderungswerte an Eigenschaften feiner Gesteinskörnungen.