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Asphaltoberbau und extreme Temperaturen

BASt-Bericht S 156

Hartmut Johannes Beckedahl, Tim Schrödter, Stefan Koppers, Dmytro Mansura, Bergische Universität Wuppertal, Lehr- und Forschungsgebiet Straßenentwurf und Straßenbau, Bergisches Straßenbaulabor
Oscar Reutter, unter Mitarbeit von Charlotte Thelen, Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH
78 Seiten
Erscheinungsjahr: 2021
Projektnummer: 07.0276
Preis: 0,00 €

Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Analysen von Klimasimulationen des Deutschen Wetterdienstes zur Ableitung zukünftiger Klimarandbedingungen haben gezeigt, dass es in Deutschland bereits in naher Zukunft zu einer Erwärmung kommen wird. Die Intensität der Zunahme ist dabei regional unterschiedlich und nimmt in ferner Zukunft noch einmal zu.

Um negativen Folgen der klimatischen Änderungen entgegenzuwirken, wurden Materialanpassungen hinsichtlich der thermophysikalischen und lichttechnischen Materialeigenschaften bei der Konzeption und Herstellung klimaoptimierter Asphalte umgesetzt. Eine Optimierung der lichttechnischen Eigenschaften wurde durch die Verwendung heller Gesteinskörnungen (Quarzit) und von synthetischem Bindemittel mit Pigmenten erzielt. Bezüglich der thermophysikalischen Eigenschaften wurden Asphaltmischgüter mit erhöhter (Quarzit, Kalkstein) und verringerter Wärmeleitfähigkeit (EO-Schlacke) für alle Asphaltschichten konzipiert.

An Probekörpern der konzipierten Asphaltmischgüter wurden die Strahlungsreflexionsgrade sowie die thermophysikalischen Materialeigenschaften messtechnisch ermittelt. Anschließend fand eine praxisgerechte thermische Beanspruchung im Laboratorium an 24 cm dicken Asphaltaufbauten in einer Versuchsanlage zur Simulation der Globalstrahlung statt. Hierbei wurden Temperaturgradienten durch Messungen in verschiedenen Tiefen ermittelt. Zusätzlich wurde ein vereinfachtes eindimensionales Finite-Elemente-Modell erstellt, an dem Sensitivitätsanalysen zu thermophysikalischen Eigenschaften sowie Vergleiche zu den Laborergebnissen durchgeführt wurden.

Erwartungsgemäß erreichten die Varianten mit heller Deckschicht und Gesteinskörnung mit höherer Wärmeleitfähigkeit die geringsten Erwärmungen im Asphaltoberbau. Der Temperaturanstieg in der ATS ist dabei abhängig von den Wärmeleitfähigkeiten der ABS und ATS.
Abschließend wurden Asphalt- und Bindemittelprüfungen zur Bestimmung und Beurteilung der Performance der konzipierten Asphalte durchgeführt.

Asphalt pavement structures and extreme temperatures

Analyses of climate simulations carried out by the German Weather Service to derive future climate boundary conditions have shown that there will be a climatic warming in Germany in the near future. The intensity of the increase will vary regionally and will increase once more in the distant future.

In order to counteract the negative consequences of these climatic changes, material adaptations with regard to the thermo-physical and photometric material properties were implemented in the design and production of climate-optimised asphalts. An optimisation of the photometric properties was achieved by using light-colored aggregates (quartzite) and synthetic binders with pigments. Regarding the thermo-physical properties, asphalt mixes with increased (quartzite, limestone) and reduced (electro-furnace slag) thermal conductivity were designed for all asphalt layers.

Radiation reflectance and thermo-physical material properties were measured on test specimens of the asphalt mixes designed. Subsequently, a practical thermal stressing in the laboratory on 24cm thick asphalt superstructures in a test facility for the simulation of global radiation took place. Tem-perature gradients were determined by measure-ments at different depths. In addition, a simplified one-dimensional finite element model was created on which sensitivity analyses of thermo-physical properties and comparisons with the laboratory results were carried out.

As expected, the variants with light-colored surface course and aggregates with higher thermal con-ductivity achieved the lowest heating in the asphalt pavement. The temperature rise in the asphalt base course depends on the thermal conductivity of the asphalt binder layer and the asphalt base course.

To conclude, asphalt and binder tests were successfully carried out to determine and assess the performance of the designed asphalts.

  • Kontakt

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  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.