Asphaltdecke in Kompaktasphaltbauweise

die Annahme, dass bis zu 16 mm des Größtkorns der Asphaltbinderschicht mit einem Durchmesser von 22 mm in die Asphalttragschicht (ATS C S 0/32) eindringen können.

Das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis (g) wird für die Asphaltbinderschicht anhand der Soll-Schichtdicke von 80 mm und des Größtkorndurchmessers von 22 mm ermittelt und beträgt 3,6.

4.3.3 Asphaltdecke in Kompaktasphaltbauweise

Infolge dieser Änderungen zeigt die Asphaltdeckschicht der Kompakten Asphaltbefestigung bzw. die Kompakte Asphaltbefestigung insgesamt ein besseres Gebrauchsverhalten, insbesondere mit einem höheren Verformungswiderstand bei Wärme (vgl. die Zusammenhänge und Hinweise in den Abschnitten 3.6.3, 3.6.4 und 3.6.5; weitere Informationen und Untersuchungen zu den Eigenschaften der Kompakten Asphaltbefestigung sind beispielsweise folgender Literatur zu entnehmen: [Schäfer, Rosauer 2007], [Böhm u.a. 2006], [AK Kompaktasphalt 2007]).

Der Einbau erfolgte bei der Beispielstrecke mit dem Kompaktasphalt-Fertiger auf voller Breite.

Entsprechend dem System einer Kompakten Asphaltbefestigung wurde die Soll-Dicke der Asphaltdeckschicht auf 2,0 cm reduziert und die Soll-Dicke der Asphaltbinderschicht auf 10,0 cm erhöht, die Dicke der Asphalttragschicht ist gleich zu der Beispielstrecke in konventioneller Bauweise (siehe Bild 4.17). Das Asphaltmischgut der Asphaltbinderschicht war nach denselben Vorgaben zusammenzusetzen wie bei der Beispielstrecke in konventioneller Bauweise (die Eignungsprüfung war nur neueren Datums); für das Asphaltmischgut der Asphalttragschicht galt dieselbe Eignungsprüfung. Daher kann für die beiden Beispielstrecken ein grundsätzlich gleiches Verhalten der unteren Schichten angenommen werden.

2cm Asphaltdeckschicht (SMA 0/8S, PmB 45A) 10cm Asphaltbinderschicht (ABi 0/22S, PmB 45A)

18cm Asphalttragschicht (ATS CS 0/32, 50/70)

20cm Verfestigung mit hydraulischem Bindemittel

Kompakte Asphaltbefestigung

Bild 4.17: Schichtenaufbau der Strecke in Kompaktasphaltbauweise

Daten der Asphaltdeckschicht

Für die Asphaltdeckschicht wurde aufgrund der reduzierten Schichtdicke gegenüber der Strecke in konventioneller Bauweise eine abweichende Asphaltmischgutsorte mit geringerem Größtkorn-durchmesser gewählt (SMA 0/8 S, nach [ZTV Asphalt-StB 01]). Als Bindemittel wurde ebenfalls PmB 45 A verwendet. Die Zusammensetzung des Asphaltmischguts mit den für das Modell relevanten Größen ist Tabelle 4.6 zu entnehmen. Es sind sowohl die Soll-Werte aus der Eignungsprüfung angegeben als auch die in der Kontrollprüfung festgestellten Ist-Werte. Die Ergebnisse der Kontrollprüfung basieren auf 50 Einzelwerten. Der Spalte „Festlegung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Größe für die Abbildung in DRAT“ ist zu entnehmen, wie die Wahrscheinlichkeitsverteilung der jeweiligen Größe bestimmt wird.

Die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Größen Bindemittelgehalt in der Asphaltdeckschicht und Raumdichte am Marshall-Probekörper wird analog zum Vorgehen bei der konventionellen Bauweise mit einer Normalverteilung (siehe die Erläuterungen in Abschnitt 4.2.1) und den in der Tabelle angegebenen Werten aus der Kontrollprüfung, Mittelwert und Standardabweichung, abgebildet. Wie bei der konventionellen Bauweise wird angenommen, dass die Schwankungen der Größen auf zufällige Abweichungen im Herstellungsprozess zurückzuführen sind; eine systematische Abweichung spiegelt sich in der Differenz zwischen dem Mittelwert der Messdaten und den Vorgaben aus der Eignungsprüfung wider.

Die Verteilung des Verdichtungsgrads sowie des Hohlraumgehalts in der Asphaltdeckschicht in Abhängigkeit von dem Verdichtungsgrad wird anhand der Datenauswertung der Kontrollprüfungen bestimmt. Wie bei der konventionellen Bauweise werden auch hier für die Größe je sechs Klassen anhand des Mittelwerts und der Spannweite der Messwerte definiert (der Mittelwert bildet den Grenzwert zwischen der dritten und vierten Klasse). Die Wahrscheinlichkeitsverteilung wird für diese Klassen aus den Messdaten ermittelt.

Asphaltdeckschicht (Beispielstrecke in Kompaktasphaltbauweise)

Soll

(Eignungs-prüfung)

Ist

(Kontrollprüfung) Festlegung der Wahrscheinlichkeits-verteilung der Größe für die

Abbildung in DRAT Mittelwert

Standard-abweichung Asphaltmischgut SMA 0/8 S

Bitumengehalt B (M.-%) 7,1 6,92 0,12 Annahme Normalverteilung

um den Mittelwert

Raumdichte am MPK (g/cm³) 2,380 2,41 0,01 Annahme Normalverteilung um den Mittelwert

Asphaltdeckschicht

Verdichtungsgrad k (%) – 99,4 0,80 reale Verteilung aus den

Messdaten ermittelt Hohlraumgehalt Hbit (V.-%) 4,0 (MPK) 3,14 0,72

reale Verteilung in

Abhängigkeit von k aus den Messdaten ermittelt

Dicke der Asphaltdeckschicht (cm) 2,0 2,14 0,26 reale Verteilung aus den Messdaten ermittelt Tabelle 4.6: Zusammensetzung des Asphaltmischguts SMA 0/8S und der eingebauten Asphaltdeckschicht in

Kompaktasphaltbauweise MPK: Marshall-Probekörper

Für die Herstellung der Asphaltdeckschicht wurde ein Verdichtungsgrad von mindestens 99 % gefordert, wie es in dem Merkblatt für den Bau Kompakter Asphaltbefestigungen [M KA 2001]

beschrieben ist. Dieser Wert wird für die Kompaktasphaltbauweise als „ausreichender“

Verdichtungsgrad (k*) verwendet.

Für die Dicke der Asphaltdeckschicht der Kompakten Asphaltbefestigung liegen Messdaten aus der Kontrollprüfung vor. Wie schon bei der Festlegung der Klassengrenzen für beispielsweise den Verdichtungsgrad werden auch hier sechs Klassen unter Berücksichtigung des Mittelwerts und der Spannweite der Daten definiert und dafür die Wahrscheinlichkeitsverteilung ermittelt.

Der Schichtenverbund zwischen der Asphaltbinderschicht und der Asphaltdeckschicht wird bei der Kompaktasphaltbauweise sowohl durch die Verklebung als auch durch eine intensive Verzahnung beider Schichten gebildet. Da die Verzahnung wie beschrieben bei der Kompakten Asphaltbefestigung stärker ausgeprägt ist als bei konventioneller Bauweise und die Verklebung mindestens ein vergleichbares Maß aufweist, ist der Schichtenverbund insgesamt stärker. Für die Wahrscheinlichkeitsverteilung wird daher angenommen, dass der überwiegende Teil (85 %) der Fläche einen starken Schichtenverbund aufweist, bei 10 % der Fläche der Schichtenverbund nur mittlerer Ausprägung ist aufgrund von Unzulänglichkeiten in dem Einbau (zum Beispiel Verfügbarkeit des Asphaltmischguts) und 5 % der Fläche einen sehr starken Schichtenverbund besitzt.

Der Faktor u, der bei der Berechnung der Schubverformung den verdrängbaren Materialanteil beschreibt, wird für die Beispielstrecke in Kompakter Asphaltbauweise wie folgt mit 0,75 (= (20 5)/20) bestimmt: Das Asphaltmischgut für die Asphaltdeckschicht wurde auf der noch warmen und nicht gewalzten Unterlage eingebaut. Bei der gemeinsamen Verdichtung kann durch die Verschiebung der Gesteinskörner gegeneinander eine ausgeprägte Verzahnung entstehen. Es wird davon ausgegangen, dass durchschnittlich etwa 3 mm des Größtkorns (mit einem Durchmesser von 8 mm) im Bereich der Schichtgrenze in die Unterlage durchschnittlich eindringt.

Folglich wird im unteren Bereich der Asphaltdeckschicht auf einer Höhe von etwa 5 mm keine Verdrängung stattfinden können, das heißt es kann nur (20 5)/20 der Schichtdicke infolge der Schubverformung verdrängt werden.

Das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis (g) wird vereinfachend anhand der Soll-Schichtdicke (dsoll in mm, hier 20 mm) und des Größtkorndurchmessers (DG in mm, hier 8 mm) berechnet. Für die Kompaktasphaltbauweise beträgt es 20/8 = 2,5.

Daten der Asphaltbinderschicht

Die Temperatur der Asphaltbinderschicht wird wie bei der Asphaltbinderschicht der Beispielstrecke in konventioneller Bauweise unter Berücksichtigung bekannter durchschnittlicher Temperaturverläufe in der Asphaltbefestigung ([RDO Asphalt 09]) aus der oben beschriebenen Temperatur der Asphaltdeckschicht berechnet. Nach diesen bekannten Temperaturverläufen ist in einer Tiefe von 2 cm die Temperatur um etwa 1 K geringer, wenn die Oberfläche der Asphaltdeckschicht eine Temperatur von 32,5 °C aufweist. Bei einer Temperatur der Asphaltdeckschicht von -12,5 °C ist die Temperatur in 2 cm Tiefe etwa um 1 K höher. Innerhalb dieser Spannweite kann der Verlauf der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur bei 2 cm Tiefe und der Temperatur an der Oberfläche linear angenähert werden. Daher wird zur Berechnung der Temperatur der Asphaltbinderschicht für Kompaktasphaltbauweise folgender Formel festgelegt:

T_ABi=0,40,96⋅T_ADS=0,40,96⋅T_Lufthg_Bewölkung ⁽²⁹⁾

Die aus der Verkehrsbelastung resultierende Axialspannung beträgt in einer Tiefe von 2 cm bis 12 cm im Mittel etwa 85,8 % und die waagerechte Normalspannung etwa 47,8 % der jeweiligen Spannung an der Fahrbahnoberfläche (Ablesedaten aus [Gerlach 1968]). Analog zur Vorgehens-weise bei der Beispielstrecke in konventioneller BauVorgehens-weise wird daher die oben in Abschnitt 4.3.1 beschriebene Verkehrsbelastung mit dem Faktor p = 0,8584 bei der Berechnung der Verformung infolge von Nachverdichtung der Asphaltbinderschicht und mit q = 0,4784 bei der Berechnung der Schubverformung der Asphaltbinderschicht multipliziert.

Die Zusammensetzung des Asphaltmischguts mit den für das Modell relevanten Größen ist Tabelle 4.7 zu entnehmen. Es sind sowohl die Soll-Werte aus der Eignungsprüfung als auch die in der Kontrollprüfung festgestellten Ist-Werte angegeben. Die Ergebnisse der Kontrollprüfung basieren auf 41 Einzelwerten.

Asphaltbinderschicht (Beispielstrecke in Kompaktasphaltbauweise)

Soll

(Eignungs-prüfung)

Ist

(Kontrollprüfung) Festlegung der Wahrscheinlichkeits-verteilung der Größe für die

Abbildung in DRAT Mittelwert

Standard-abweichung Asphaltmischgut ABi 0/22 S

Bindemittelgehalt B (M.-%) 4,0 4,02 0,21 Annahme Normalverteilung um den Mittelwert

Raumdichte am MPK (g/cm³) 2,382 2,31 0,01 Annahme Normalverteilung um den Mittelwert

Asphaltbinderschicht

Verdichtungsgrad k (%) – 102,2 1,04 reale Verteilung aus den

Messdaten ermittelt Hohlraumgehalt Hbit (V.-%) 5,9 (MPK) 6,1 0,90

reale Verteilung in

Abhängigkeit von k aus den Messdaten ermittelt

Dicke der Asphaltdeckschicht (cm) 10,0 k.A. k.A. Annahme Normalverteilung um den Sollwert

Tabelle 4.7: Zusammensetzung des Asphaltmischguts ABi 0/22 S und der eingebauten Asphaltbinderschicht in Kompaktasphaltbauweise

MPK: Marshall-Probekörper; k.A.: keine Angabe

Für den Bindemittelgehalt in der Asphaltbinderschicht (BABi) und die Raumdichte am Marshall-Probekörper (MPK,ABi) wird angenommen, dass dieser normalverteilt ist mit den in der Tabelle angegebenen Werten aus der Kontrollprüfung, das heißt dem Mittelwert und der Standardabweichung.

Für den Verdichtungsgrad und den Hohlraumgehalt der Asphaltbinderschicht (Hbit,ABi) werden die Wahrscheinlichkeitsverteilung und die dazugehörigen Klassengrenzen des Verdichtungsgrads (kABi) analog zur Vorgehensweise bei der Asphaltdeckschicht anhand der Daten aus der Kontrollprüfung ermittelt. Dabei wird der Hohlraumgehalt der Asphaltbinderschicht aus dem gleichen Grund wie bei der Asphaltdeckschicht in Abhängigkeit des Verdichtungsgrads bestimmt.

Der ausreichende Verdichtungsgrad (k*) der Asphaltbinderschicht für die Beispielstrecke in Kompaktasphaltbauweise wird in Anlehnung an die Anforderungen bei der Bauausführung und im Regelwerk [M KA 2001] mit 100 % festgelegt.

Für die Schichtdicke der Asphaltbinderschicht (dABi) liegen keine Ergebnisse aus der Kontrollprüfung vor. Daher wird wie bei der Beispielstrecke in konventioneller Bauweise die Annahme getroffen, dass 90 % der Werte die Soll-Schichtdicke von 10 cm um höchstens 10 % über-bzw. unterschreiten. Daraus lässt sich eine Standardabweichung von 6,0 mm berechnen; diese dient zur Formulierung der Klassengrenzen für die Wahrscheinlichkeitsverteilung entsprechend der Erläuterungen in Abschnitt 4.2.1.

Der Faktor u, der den verdrängbaren Materialanteil beschreibt, wird für die Asphaltbinderschicht der Beispielstrecke in Kompaktasphaltbauweise mit 0,84 (= (100 16)/100) berechnet. Dabei wird wie bei der Beispielstrecke in konventioneller Bauweise angenommen, dass bis zu 16 mm des Größtkorns mit einem Durchmesser von 22 mm in die Asphalttragschicht (ATS C S 0/32) eindringen kann.

Das Schichtdicke-Größtkorndurchmesser-Verhältnis (g) wird für die Asphaltbinderschicht anhand der Soll-Schichtdicke von 100 mm und des Größtkorndurchmessers von 22 mm ermittelt. Es beträgt 4,5.