Rheologische Kennwerte bitumenhaltiger Bindemittel zur Charakterisierung akustischer Eigenschaften von Asphaltdeckschichten

Kurzfassung

Die Lärmreduzierung nimmt besonders in den Ballungsräumen einen immer größeren Stellenwert bei der verkehrstechnischen Planung und Bemessung von Straßen ein. Die Lärmbelastung resultiert dabei hauptsächlich aus dem Reifen-Fahrbahn-Geräusch, dass primär von den drei Fahrbahnparametern Oberflächentextur, Offenporigkeit und Nachgiebigkeit beeinflusst wird. Mit der Nachgiebigkeit werden die temperaturabhängigen Eigenschaften einer Fahrbahn zur Dämpfung und somit zur Reduzierung der mechanisch induzierten Reifen-Fahrbahn-Geräusche beschrieben.

Zum Einfluss des Bindemittels bzw. der entsprechenden rheologischen Kennwerte auf diese Parameter liegen in diesem Kontext bisher keine fundierten wissenschaftlichen Erkenntnisse vor.

Der Schwerpunkt des experimentellen Teils der Arbeit lag in der Bewertung des Einflusses der Bindemittelsorte bzw. der Art der Modifizierung auf die resultierenden Eigenschaften eines Asphaltes in Hinblick auf den mechanisch induzierten Anteil der Reifen-Fahrbahn-Geräusche. Im Vordergrund stand dabei die rheologische Beschreibung von 25 ausgewählten Bindemittelkonzepten, um damit eine gezielte Auswahl für die systematische Untersuchung der akustischen Merkmale von dichten und offenporigen Asphalten (LOA 5 D, SMA 8 LA und PA 8) durchführen zu können.

Im Bezug auf die Ausprägung der Oberflächentexturen konnte anhand der durchgeführten Untersuchungen in dieser Arbeit kein Zusammenhang zu den eingesetzten Bindemitteln hergestellt werden
Dagegen zeigte sich, dass sowohl die Wahl des Bindemittels als auch die Art der Modifizierung einen wesentlichen Einfluss auf die Nachgiebigkeit von Asphalt ausübt. Der mit Hilfe der mechanischen Impedanz beschriebene temperaturabhängige Fahrbahnparameter wies dabei deutliche Korrelationen zu der Viskosität/Steifigkeit des eingesetzten Bindemittels/Asphaltes auf. Die Grenzen des Wirkungsbereiches der Bindemittel und damit die Möglichkeit zur Optimierung wurden zusätzlich von dem vorhandenen Hohlraumgehalt des Asphaltes bestimmt

Das Hauptziel dieser Arbeit, einen Indikator in Form eines rheologischen Kennwerts zur Beschreibung der Nachgiebigkeitskomponente von Asphalt (mechanische Impedanz) auf der Bindemittelebene zu identifizieren, ist mit Hilfe des temperatur- und frequenzabhängigen komplexen Schermoduls G* gelungen.
Weitergehende Forschungsbestrebungen auf Grundlage der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse sollten es in Zukunft ermöglichen, akustisch optimierte Bindemittelkonzepte bezüglich des Asphaltparameters Nachgiebigkeit zu entwickeln.

Abstract

In conurbations, noise reduction becomes more and more important regarding the traffic-related planning and dimensioning of roads. The main reason for the noise exposure is the tyre-road-noise, which is basically affected by the three road parameter surface texture, open-cell character and compliance. The parameter compliance describes the temperature-dependent characteristics of a road which influence damping and thereby reduce the mechanical induced tyre-road-noise.

Concerning the influence of the binder respectively the accordant rheological properties on these parameters, there are no substantiated scientific findings in this context so far.

The focus of the experimental part of this paper was the assessment of the influence of the binder respectively the kind of modification on the resulting properties of the asphalt concerning the mechanical induced part of the tyre-road-noises. Describing the rheological characteristics of 25 selected binders was most important to be able to systematically pick out binders for the examination of acoustic attributes of dense and porous asphalts (LOA 5 D, SMA 8 LA and PA 8).

Concerning the specification of the surface textures no correlation with the binders used during the examination could be found.

In contrast it became evident that both, the selection of the binder and the kind of modification have significant impact on the compliance of asphalt. The temperature-dependent road surface parameter which was described with the help of the mechanical impedance showed significant correlations to the viscosity/ stiffness of the binder/ asphalt used. The limits of the support of the binder and therewith die potential to optimize were additionally determined by the existing void content of the asphalt.

The main objective of this work was to identify an indicator to describe the compliance of asphalt (mechanical impedance) on the binder level in form of a rheological parameter; it worked out using the complex shear modulus G*, which depends on temperature and frequency.

Further research based on the findings of this work is meant to enable the development of acoustically optimized binders concerning the asphalt parameter compliance.