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HEALROAD

Nutzung elektromagnetischer Induktion im Asphalt zur Verlängerung der Nutzungsdauer und Verfügbarkeit sowie zur Reduzierung von Erhaltungskosten

Die selbstheilende Wirkung des Asphaltes wird durch integrierte Stahlpartikel und Induktionsenergie unterstützt, wodurch Erhaltungstechniken erweitert werden sollen.

Das Bild zeigt den Einbau einer Teststrecke

Hintergrund

Die Verlängerung der Nutzungsdauer von Straßen ist für den freien Waren- und Personenverkehr von maßgebender Bedeutung. Die häufigsten Erhaltungsmaßnahmen finden an der Deckschicht statt. An den weiteren Schichten werden Erhaltungsmaßnahmen in größeren Abständen und im größeren Umfang durchgeführt. Im Rahmen einer konventionellen Erhaltung ist es erforderlich, umfangreiche Sicherungsmaßnahmen durchzuführen, die den Verkehrsfluss für mehrere Tage beeinträchtigen.

Konzept

Die Grafik zeigt das Prinzip der selbstheilenden Straße Prinzip

Das HEALROAD (Induction heating asphalt mixes to increase road durability and reduce maintenance costs and disruptions) Projekt soll dazu beitragen, die Nutzungszeit der Deckschicht durch gezielte Maßnahmen zu verlängern. Die Maßnahmen werden dabei so eingesetzt, dass nur eine minimale Beeinträchtigung auf den Verkehrswegen erfolgt. Die selbstheilende Wirkung von Asphalt soll hierbei unterstützt werden. Neben den konventionellen Asphaltbestandteilen – Füller, Gesteine und Bitumen – beinhaltet die Rezeptur kleine magnetische Bestandteile. Mit Induktionsenergie werden die magnetischen Bestandteile schlagartig erwärmt und die Viskosität des umliegenden Bitumens reduziert. Hierdurch sollen sich kleinste Risse im Bitumenfilm zwischen den Gesteinskörnern verschließen und einen Kornausbruch verhindern.
Auf dem duraBASt erfolgt mit der Hilfe des MLS30 der BASt eine realitätsnahe Belastung und Bewertung dieser Deckschicht.

Ziele

In dem Projekt soll eine Asphaltrezeptur konzeptioniert werden, die mittels Induktionsenergie behandelt werden kann. Die Ergebnisse werden sowohl technisch als auch im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung analysiert.

Zwischenfazit

Innerhalb des Projektes wurden bisher umfangreiche Laboruntersuchungen durchgeführt, um die geeigneten Bestandteile und entsprechenden Mengen für die Rezeptur zu ermitteln. Im Anschluss an die Festlegung der Rezeptur erfolgten weitere Laborversuche, bei denen unter anderem ermittelt wurde, wie häufig die Heilung mittels Induktionsenergie angewendet und wie das Material einer Wiederverwendung zugeführt werden kann.

Die nächsten Schritte sind somit:

  • Validierung der Technologie im Praxiseinsatz und
  • großmaßstäbliche Einbau- und Belastungsversuche.

Untersuchungen

Das Bild zeigt eine Live Demonstration während des INFRAVATION Events Live-Demonstration während des INFRAVATION Events

Für das EU-Projekt HEALROAD wurde Mitte 2017 eine Untersuchungsstrecke im Maßstab 1:1 auf dem duraBASt errichtet. Im Oktober und November 2017 wurden zeitraffende Belastungsversuche auf zwei Belastungsfelder mit jeweils 150.000 Überrollungen durchgeführt. Die Belastung mit dem Mobile Load Simulator MLS30 wurde mit einem Standard Lkw-Reifen, einer auf 75 Kilonewton erhöhten Radlast und mit seitlichem Spurversatz durchgeführt. Diese Kombination ermöglichte es höhere Kräfte als üblich einzuleiten und somit die zeitraffende Wirkung auf die Deckschicht zu verstärken.

Das erste Belastungsfeld diente bei der Aus- und Bewertung als Referenz und wurde lediglich durch den MLS30 belastet. Auf dem zweiten Belastungsfeld wurde zu verschiedenen Zeitpunkten die Induktionsmaschine zur zielgerichteten Selbstheilung der Deckschicht eingesetzt. Durch diese Erhaltungsmaßnahme sollen kleinste Risse im Bitumenfilm geschlossen und ein Kornausbruch verhindert werden.

Beide Belastungsfelder wurden durchgehend mit zerstörungsfreien Messverfahren untersucht und die Kornausbrüche für die weitere Bewertung dokumentiert.

Fazit

Das Hauptziel – eine qualitativ hochwertige Untersuchungsfläche mit einem selbstheilenden Asphalt zu errichten – wurde im Projekt umgesetzt. Qualitätsuntersuchungen während des Bauprozesses zeigten, dass einheitliche Bedingungen geschaffen wurden. Der Transport der in den Niederlanden gemischte HEALROAD Deckschicht erfolgte unter kontrollierten Bedingungen zum duraBASt. Dort konnte der Einbau in den geforderten Grenzwerten erfolgen.

Die zeitraffenden Belastungsversuche mit dem MLS30 führten nachweislich zu Veränderungen in der Deckschicht und Struktur des Aufbaus. Im Rahmen der verschiedenen Einsatzzeiten der Induktionsmaschine zeigte sich, dass die Deckschicht sehr homogen hergestellt wurde und eine einheitliche Erwärmung ermöglichte, was eine schädliche Clusterbildungen verhinderte.

Aufgrund von nur geringen Schäden in der Asphaltdeckschicht konnten bei diesem ersten APT-Versuch mit selbstheilenden Asphalt keine repräsentativen Auswertungen bezüglich des Einflusses der Induktionsenergie gewonnen werden. Es wurde deutlich, dass der seitliche Versatz während der laufenden Belastung des MLS30 (2.000 mm/s und 75 Kilonewton) mit 4 mm/s zu geringe Scherkräfte produziert und somit ein Herauslösen von Gesteinen nicht ausreichend provozierte. Auffällig ist, dass bei den Versuchen vor allem der initial Steinverlust detektiert wurde und nur wenige Steine bei den folgenden Überrollungen gelöst wurden.

Mittels RSAT (Rotating Surface Abrasion Test) wurden zunächst Probekörper aus einer Labormischung, dann Bohrkerne aus der fertigen duraBASt-Untersuchungsfläche und anschließend Bohrkerne aus der belasteten Fläche untersucht. Dabei wurde deutlich, dass die Induktionsenergie möglichst früh eingesetzt werden sollte, weil sonst der Steinverlust trotz Einsatzes der Induktionsenergie deutlich ansteigt.

Die Erkenntnisse der Versuche begründen längere Belastungszeiten und können für zukünftige APT Projekte gut verwendet werden. Zudem sollte eine Lösung gefunden werden, um größere Scherkräfte aufzubringen.

Logos der Projektpartner

Weitere Informationen

Projekt HEALROAD

Bau der Untersuchungsstrecke

Mai 2017

Finanzgeber HEALROAD

Bild / Video 1 von 7

Das Bild zeigt die Finanzgeber von HEALROAD