Autor: Eiad Ramadan

In Deutschland wird der Straßenoberbau mit Asphalt bisher weitestgehend nach den Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen [RStO 12] dimensioniert, die hauptsächlich empirisch über jahrzehntelange Beobachtung von Straßenkonstruktionen entstanden sind und ständig weiterentwickelt wurden. Weltweit wird eine analytische Dimensionierung angestrebt, für die im Jahr 2009 in Deutschland die Richtlinien für die rechnerischen Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht [RDO Asphalt 09] eingeführt wurden. Nach [RDO Asphalt 09] erfolgt die Dimensionierung von Asphaltstraßen aufgrund des Ermüdungsverhaltens der Asphaltschichten, welches durch so genannte Performance orientierte Prüfverfahren an frischen, im Labor hergestellten und verdichten Asphalten ermittelt wird. Aus den Informationen zur Steifigkeit und Ermüdung ungealterter Asphalte werden in Abhängigkeit von den Lastgrößen, Lastwiederholungen und örtlichen Gegebenheiten die Dicken der Asphaltschichten für eine vorgesehene Nutzungsdauer, die i. d. R. 30 Jahre beträgt, dimensioniert. Asphalt altert während der Nutzungsdauer in der Weise, dass die Asphaltsteifigkeit und die Sprödigkeit durch Oxidation (Sauerstoff und Ozon), Nachdestillation (Wärme) und Strukturalterung (UV-Strahlung) zunehmen. Die Richtlinien zur rechnerischen Dimensionierung [RDO Asphalt 09] erlauben es jedoch nicht, die infolge Alterung veränderlichen Asphalteigenschaften in der zur Verfügung stehenden analytischen Dimensionierungsmethode genau genug zu berücksichtigen. Für eine zuverlässige Prognose des Gebrauchsverhaltens von Asphaltstraßen ist es wichtig, die Änderungen der Performance-Eigenschaften der Asphalte mit zunehmender Liegedauer (Alterung) zu berücksichtigen. Hierbei konzentriert sich diese Dissertation auf die Untersuchung der Änderungen des Steifigkeits- und Ermüdungsverhaltens infolge der Asphaltalterung bzw. der Lastwiederholungen und somit auf die möglichen Auswirkungen bezüglich der Dimensionierung und Prognosen der Nutzungsdauer von Asphaltbefestigungen. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Asphaltalterung auf das Kälteverhalten der Asphaltvarianten der Deckschicht sowie auf die Standfestigkeit der Asphaltvariante der Deck- und Binderschicht ermittelt. Die Gebrauchseigenschaften der Bindemittel im frischen Zustand sowie in den durchgeführten Alterungsstufen der untersuchten Asphaltgemische wurden mittels Bindemittelprüfungen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden für jede Asphaltschicht jeweils zwei Mischgüter getestet, die sich lediglich in der Bindemittelsorte unterscheiden. Zur Simulation der in situ natürlich stattfindenden Asphaltalterung wurde zunächst das international anerkannte Alterungsverfahren für Asphalt nach SHRP (Strategie Highway Research Project) verwendet, mit dem die in situ stattfindende Asphaltalterung aber nicht hinreichend genau im Labor nachgebildet werden konnte. Daher wurde ein neues Alterungsverfahren „das Wuppertaler Alterungsverfahren (WAV)“ zur Alterung des Asphaltmischgutes entwickelt, mit dem die in situ äquivalenten Liegedauern von ca. 3, 15, 43 und 56 Jahren für die Asphaltvariante AC 22 T S (50/70), verifiziert durch den Erweichungspunkt Ring und Kugel sowie die Nadelpenetration, simuliert werden konnten. Die ermittelten Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass die Asphaltalterung einen signifikanten Einfluss auf die Änderung der Bindemittel- und Asphalteigenschaften und somit auf die Ermüdungslastwechselzahl (Nutzungsdauer) von Asphaltbefestigungen hat. Hierbei wurde eine Hypothese zur Beurteilung des Einflusses der labortechnischen Asphaltalterung auf das Ermüdungs- und Steifigkeitsverhalten von Asphalt aufgestellt, mit der die funktionalen Zusammenhänge zwischen der Steifigkeitsentwicklung von Asphalt und der prozentualen Ausnutzung der Ermüdungslastwechselzahl in Abhängigkeit von Asphaltalterung ermittelt wurden.