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Der Einfluß schwankender Mischguttemperaturen und Materialfüllstände vor der Einbaubohle auf ausgewählte Funktionseigenschaften einer Deckschicht aus Splittmastixasphalt
Utterodt, Ronald
Ausgehend von der Bedeutung des Straßennetzes für die Bundesrepublik Deutschland wird die Notwendigkeit dargelegt, zum Erreichen der konzipierten Nutzungsdauer und zur Vermeidung zusätzlicher vertikaldynamischer Verkehrslasten den Straßen ein hohes Maß an Anfangsebenheit zuteil werden zu lassen.
Unter diesem Gesichtspunkt werden die Einflüsse schwankender Mischguttemperaturen und Höhen der Materialvorlage vor der Einbaubohle sowie ungleichmäßiger Schneckendrehzahlen auf die Zugkraft, die Schichtdicke, den Vorverdichtungsgrad und die Längsebenheit beim Einbau von Walzasphalt untersucht und quantifiziert.
Anhand des Kräfteansatzes an einem starren Einzelkörper am Rand eines sich drehenden Schneckenflügels wird der Einfluß schwankender Schneckendrehzahlen auf die Kondition des Haufwerkes vor der Bohle abgeschätzt.
Basierend auf einem hypothetischen Modell des Verformungswiderstandes eines Asphalthaufwerkes vor der Bohle, theoretischen Untersuchungen zur Wirkung der Einbaubohle als Werkzeug mit geometrisch bestimmter Schneide und unter Auffassung des Schneckenraumes als Rahmenschergerät werden hypothetische Fließ- und Verfestigungsorte eines Schüttgutelementes auf dessen Weg vom Eintritt in den Schneckenkanal bis zur Glättblechvorderkante sowie die sich ausbildenden Spannungspfade dargestellt.
Zur systematischen Untersuchung des Einflusses der Mischguttemperatur und -vorlagehöhe auf die Bohlenzugkraft und die Eigenschaften Dicke, Raumdichte und Längsebenheit wurde ein Splittmastixasphalt SMA 8 S, 25/55-55 A einer dreistufigen Variation der Mischguttemperatur sowie einer zweistufigen Variation der Vorlagehöhe unterworfen.
Entgegen der gängigen Annahme ist das Bewegungsverhalten der Einbaubohle nicht allein vom Druck des Haufwerkes gegen die Vorderwand abhängig, sondern wird neben den Fließeigenschaften auch von den Spannungsverhältnissen im Bereich des Bohlenfußpunktes beeinflußt. In diametralem Gegensatz zur bisherigen Auffassung nimmt die Einbaudicke mit steigenden Mischguttemperaturen zu. Die Untersuchungsergebnisse lassen darauf schließen, daß sich beim Einbau ohne Nivellierautomatik zwischen den Einflußgrößen Mischguttemperatur und -menge ein Gleichgewicht einstellt und die temperaturbedingten Fließeigenschaften des Asphaltmischgutes als Steuermechanismus fungieren.
Alle Zielwerte der Zustandsgrößen der Längsebenheit (BLP10, LWI10, DBL10, SBL10) wurden sowohl nach dem Einbau als auch nach der Endverdichtung deutlich unterboten, was darauf hindeutet, daß sich die Einbaupraxis an schlechteren Einbauqualitäten orientiert.
Für den Einbau eines SMA 8 S, 25/55-55 A mit einem Fertiger DF 145C mit einem Schneckendurchmesser von 380 mm und einer Bohle EB 50 TV werden bei einer Einbaugeschwindigkeit von 5,0 m/min folgende Parameter empfohlen:
Höhe des Haufwerkes über Grund: 450 mm,
Anlieferungstemperatur des Mischgutes: 177 ± 5 °C.
Within the context of the importance of the road network for the Federal Republic of Germany, building roads with a high degree of initial evenness is critical in avoiding additional vertical dynamic traffic loads, and thus achieving the designed useful life of the road. From this perspective, the influences of fluctuating asphalt mix temperatures, varying heights of the asphalt mix in front of the screed, and inconsistent auger speeds during the paving process are examined, and the resulting traction force, layer thickness, pre-compaction, and longitudinal evenness are quantified.
The influence of fluctuating auger speeds in relation to the condition of the material in front of the screed is estimated based on the forces of the asphalt mix affecting an individual rigid body at the edge of a rotating wing of the auger.
The hypothetical yield and solidifying loci of a bulk element on its way from the entry into the auger chamber up to the front edge of the screed plate, and the forming stress paths of the bulk element are shown based on a hypothetical model of the deformation resistance of asphalt material in front of the screed, as well the effects of the screed as a tool with a geometrically determined cutting edge operating and assuming the auger chamber as a direct shear device.
For the systematic investigation of the influence of the asphalt mix temperature and the height of material in front of the screed, on the traction force, as well as on the resulting layer thickness, volumetric density and longitudinal evenness, a stone mastic asphalt SMA 8 S, 25/55-55 A has been subjected to a three stage variation of the temperature and a two stage variation of the height of the material.
Contrary to prevailing assumptions, the resulting movement of the screed is not solely dependent on the pressure of the pile of material against the front wall; rather, in addition to the flow properties of the asphalt mix, the screed movement is significantly influenced by the stress ratios near the base point of the screed. Diametrically opposed to commonly held knowledge, the layer thickness increases with increasing temperatures of the asphalt mix. The results suggest that, when paving without leveling, an equilibrium is established between the predictors temperature and quantity of mix, and that the temperature induced flow properties of the asphalt mixture acts as a control mechanism.
All achieved values of the specified variables of the longitudinal evenness (BLP10, LWI10, DBL10, SBL10) were significantly lower than target after both paving and compaction, suggesting that current paving practices and specifications are oriented to less than optimum quality.
For paving of a SMA 8 S, 25/55-55 A asphalt mix using a paver model DF 145C and screed EB 50 TV with an auger diameter of 380 mm and a paving speed of 5.0 m/min, the following parameters are recommended:
Height of the pile material above ground: 450 mm,
Delivery temperature of the mixed material: 177 ± 5 °C.
