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Gussasphaltbeläge auf Stahlbrücken
BASt-Bericht B 47
B. Steinauer, K. Scharnigg, Institut für Straßenwesen Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
43 Seiten
Erscheinungsjahr: 2005
Preis: 5,00 €
Bestellung eines gedruckten Exemplars beim Carl Schünemann Verlag GmbH
Bei den Belägen von Brücken, insbesondere bei Stahlbrücken, ist besonderes Augenmerk auf die Konzeption der Schutz- und der Deckschicht zu legen. In der Regel werden diese beiden Schichten aus Gussasphalt 0/11S mit einer Dicke von jeweils 3,5 cm auf dem nach ZTV-BEL-ST gewählten Abdichtungssystem eingebaut. Als Bindemittel darf nach den ZTV-BEL-ST nur PmB 45 A oder PmB 45 B eingesetzt werden. Auch wenn sich seit dem Einsatz der polymermodifizierten Bindemittel die Dauerhaftigkeit der Brückenbeläge deutlich verbessert hat, werden in der Praxis relativ häufig Spurrinnen im Bereich der Rollspuren beobachtet. Aus diesem Grund ist man bestrebt, den Gussasphalt für die Schutz- und Deckschicht von Stahlbrücken mit härteren Bindemitteln herzustellen, um die Spurrinnenbildung zu minimieren bzw. ggf. zu verhindern. Allerdings wird befürchtet, dass sich der Einsatz von "härteren" Bindemitteln negativ auf das Tieftemperaturverhalten des Asphaltes auswirkt, wodurch infolge von Rissen im Gussasphalt die Korrosionsgefahr der Fahrbahntafel erhöht sowie die Dauerhaftigkeit der Gesamtkonstruktion gefährdet wird.
Im Rahmen dieses Projektes sollte der Fragestellung nachgegangen werden, ob sich der Einsatz eines "härteren" polymermodifizierten Bindemittels (z.B. PmB 25 A) nachteilig auf das Tieftemperaturverhalten des Asphaltes auswirkt. Gleichzeitig sollten auch noch vergleichende Untersuchungen zum Standfestigkeitsverhalten bei hohen Temperaturen durchgeführt werden. In die Untersuchungen wurden insgesamt acht verschiedene Bitumen einbezogen. Darunter ein Bitumen 30/45 und ein PmB 45 A als Referenzbindemittel sowie zwei PmB 25 A verschiedener Hersteller und mehrere Sonder- bzw. höhermodifizierte Bindemittel.
Das Standfestigkeitsverhalten der Asphalte wurde durch den statischen Stempeleindringversuch bei verschiedenen Temperaturen und durch den Spurbildungsversuch mit den Prüfbedingungen – Luftbad, 50° C, Gummirad beurteilt. Das Verhalten der Asphalte bei tiefen Temperaturen wurde durch Biegezugversuche bei verschiedenen Temperaturen und durch Dauerschwellbiegeversuche, bei denen ein Ausschnitt des gesamten Fahrbahnaufbaus einer Stahlbrücke einschließlich Fahrbahntafel und Abdichtungssystem sowie der Schutz- und Deckschicht untersucht wurde, ermittelt.
Nach den vorliegenden Ergebnissen ist der Einsatz des PmB 25 neben dem PmB 45 für Gussasphaltbeläge auf orthotropen Fahrbahnplatten, vor allem in Bereichen, die durch den Schwerlastverkehr stark beansprucht werden, möglich, als auch im Hinblick auf die Verkehrssicherheit zu empfehlen, da selbst beim Einsatz des PmB 45 relativ große Verformungen bei hohen Beanspruchungen auftreten können. Allerdings wurde im Rahmen der Untersuchungen auch festgestellt, dass es Unterschiede zwischen den PmB 25A verschiedener Hersteller in Bezug auf das Verformungs- als auch auf das Tieftemperaturverhalten gibt. Im Rahmen der Eignungsprüfung sollte neben dem Verformungsverhalten zukünftig zusätzlich das Tieftemperaturverhalten der hergestellten Asphalte beurteilt werden.
Bei weiteren Versuchen ist darauf zu achten, dass die Gussasphalte nach Möglichkeit nach dem gleichen Prinzip hergestellt werden, das bedeutet gleiche Temperatur und Verweilzeit im Mischer, um die Ergebnisse der weiteren Untersuchungen miteinander vergleichen zu können, ggf. sollte im Rahmen eines Forschungsprojektes ein Verfahren zu Herstellung von Gussasphalt im Labor mit praxisadäquaten Eigenschaften entwickelt werden.
Zum Nachweis der Praxisrelevanz der Ergebnisse sollte in einem nächsten Schritt Gussasphalt mit einem Bindemittel, welches sich durch die Untersuchungen als geeignet herausgestellt hat, auf einer Stahlbrücke eingebaut und beobachtet werden.
Der Originalbericht enthält als Anhänge zusätzliche Ergebnisse der Eignungsprüfungen zu den Stempeleindringtiefen, den Spurbildungsversuchen, den Biegezugversuchen und den Dauerschwellbiegeversuchen. Auf die Wiedergabe dieser Anhänge wurde in der vorliegenden Veröffentlichung verzichtet. Sie liegen bei der Bundesanstalt für Straßenwesen vor und sind dort einsehbar. Verweise auf die Anhänge wurden zur Information des Lesers beibehalten.
Poured-asphalt coverings on steel bridges
Coverings for bridges - especially steel bridges - must be designed with special regard for the protective layer and wearing course. Usually, each of these two strata are made of 0/11S poured asphalt and installed with a thickness of 3.5 cm on a sealing system selected in accordance with ZTV-BEL-ST. According to this guideline, the bonding agent must only comprise PmB 45 A or PmB 45 B. Although a use of polymer-modified bonding agents has notably improved the durability of bridge coverings, ruts in the region of the rolling tracks are known to occur quite frequently in practice. In order to minimize or possibly even preclude this, efforts are being made to employ harder bonding agents in the manufacture of poured asphalt for the protective layer and wearing course on steel bridges. However, there are concerns that harder bonding agents might negatively influence the low-temperature properties of poured asphalt, making it more susceptible to fissures, exposing the deck to corrosion and impairing the entire structure's durability.
This project was meant to examine whether a use of harder polymer-modified bonding agent (for example, PmB 25 A) impairs the low-temperature properties of asphalt. Also planned were comparative investigations of stability at high temperature. Eight types of bitumen were examined, including one bitumen 30/45, one PmB 45 A as a reference bonding agent, two PmB 25 A from different manufacturers and several special / highly modified bonding agents.
The asphalts' stability was assessed in a static stamp penetration test conducted at various temperatures, and in a rut formation test conducted in an air bath at 50° C using a rubber wheel. The asphalts' low-temperature properties were determined in tensile-bending tests conducted at various temperatures, as well as long-term swell-bending tests which examined a section of an entire carriageway cross-section on a steel bridge, including the deck, sealing system, protective layer and wearing course.
According to the obtained results, a use of PmB 25 in addition to PmB 45 for poured-asphalt coverings on orthotropic carriageway slabs - especially in areas bearing heavy traffic loads - is not only possible but also advisable from the perspective of traffic safety, a use of PmB 45 alone providing insufficient protection against relatively large deformations under high stress. However, the investigations also revealed that PmB 25A from various manufacturers differs in terms of deformation and low-temperature characteristics, both of which should be assessed in future performance tests of asphalt.
During further tests, efforts should be made to employ poured-asphalt manufactured with a standardized technique involving identical temperatures and dwell times in the mixer, to make the test results comparable; if necessary, a research project should be implemented to develop a laboratory technique of manufacturing poured-asphalt possessing adequately realistic properties.
To verify the practical relevance of results, a next step should comprise installation of poured-asphalt on a steel bridge using a bonding agent which has proven suitable during the investigations, and subsequent observation of the operating characteristics.
Appendices to the original report include results of performance tests involving stamp penetration depth, rut formation, tensile-bending and long-term swell-bending. The appendices do not accompany this publication. They are available for viewing at the Federal Highway Research Institute. References to the appendices have been retained in the report for the reader's information.