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Die sehr gute Reproduzierbarkeit von tomographischen Messungen zusammen mit den digital vorliegenden Ergebnissen ermöglicht die zerstörungsfreie dreidimensionale quantitative Analyse der untersuchten Bauteile und Proben mit Methoden der Bildverarbeitung. Vorwiegend für den Nachweis von Poren eingesetzt, lassen sich mit CT auch unterschiedliche Materialbestandteile analysieren, wobei die einzige Voraussetzung ein hinreichender Unterschied (es genügen wenige Prozent) in den Röntgenabsorptionseigenschaften der zu unterscheidenden Bestandteile ist.
Mit den in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung entwickelten Computertomographieanlagen kann der Anteil von Hohlräumen und Materialbestandteilen einer Probe bestimmt werden, wobei die Größe der nachzuweisenden Bestandteile sich über mehrere Größenordnungen erstreckt.
An ausgewählten Beispielen aus den Bereichen Keramik, Bodenproben und Fahr-bahnübergangssystemen aus Asphalt werden die quantitativen Ergebnisse dargestellt und die in der Bestandteilanalyse erreichbare Genauigkeit diskutiert.
Quality Improvement of Expansion Joint Systems by Performance Related Tests of System Behaviour
(2002)
lm Jahre 2001 wurden einheitliche vertragliche, material- und konstruktionsspezifische Regelungen über die Ausführung, Prüfung und Abnahme von Fugenfüllungen in Verkehrsflächen eingeführt. Mit dem vorliegenden Beitrag soll die ZTV Fug-StB 01 vorgestellt und in das Technische Regelwerk zur Ausbildung von Betonfahrbahndecken im Bundesfernstraßenbau eingeordnet werden.
Entwicklung eines Prüfstandes zur Kennzeichnung des Alterungsverhaltens von Fugenfüllsystemen
(2003)
Fahrbahnübergänge aus Asphalt - Stand der Prüftechnik; Bewährung und Erfahrungen in Deutschland
(2005)
The operational principle for today's bridge deck surfacings is a strong and durable bond between all layers of the pavement and the concrete structure under all loads. A strong bond helps to ensure the desired safety level against water penetration. But in use there is a strong loading of the bond by crack development in the structure or pavement and its dynamical movement. To ensure the sealing function of the bridge deck surfacing over the time its waterproofing has to show a durable crack bridging ability. With it the useful life of the bridge deck surfacing is essentially determined. To characterise the influences on a durable bond strength and crack bridging ability of waterproofings special research and tests were realised in the BAM. From the test results it is possible to detect suitable waterproofing layers and differences in durability. Tensile fatigue strength and other mechanical features seems to be special suited material characteristics to describe the crack bridging behaviour of waterproofing layers.
Stand der Prüftechnik bei Fahrbahnübergängen aus Asphalt-Bewährung und Erfahrungen in Deutschland
(2004)
Mehr als 25 Jahre nach dem ersten Einbau eines sogenannten Fahrbahnüberganges aus Asphalt und nach nunmehr 13-jähriger Erfahrungen mit den gütesichernden Maßnahmen des technischen Regelwerks in Deutschland kann eine insgesamt positive Bilanz gezogen werden. Diese Ausführungsvariante der Bauart flexibler Fahrbahnübergang hat mittlerweile einen akzeptierten Platz auf dem Gebiet der Brückenausstattung für Bauwerke mit einer freien Dehnlänge bis zu 30 m eingenommen. Die generelle Bewährung ist aktuelle Motivation, durch stoffliche und konstruktive Weiterentwicklungen die bauartbedingten Vorteile in einen größeren Anwendungsbereich zu überführen. Die baurechtliche Grundlage dafür bilden die neuen europäisch harmonisierten Zulassungsregelungen. Erste Erfahrungen aus der versuchstechnischen Bewertung neuartiger Ausführungsvarianten werden vorgestellt.
Dynamic-mechanical material analysis as a basis for a general performance exploration complemented by system testing under superimposed climatic and mechanical loading seems to be a promising interdependent test approach addressing the performance behavior of construction sealants under more realistic conditions. With this contribution an attempt is made to adapt dynamic-mechanical material analysis, which has been already successfully validated for different construction types of expansion joint systems in road and bridge engineering, to the field of construction sealants for building façades. Test results from dynamic-mechanical material analysis characterizing the temperature-dependent, deformation-dependent, and frequency-dependent behavior of structural sealant materials are presented and exemplarily discussed for three different sealant products. An attempt is made to address unknown material characteristics in the multi-dimensional loading matrix representing practical use conditions. Furthermore, the applicability of this test approach and its various complex test modes for the exploration of technological performance and especially estimation of fatigue behavior is verified in several examples. Based on this fundamental material exploration, it is planned to complement the dynamic-mechanical assessment methodology by means of system tests on a section of a structural glazing system subjected to a simplified but superimposed loading function. The technical fundamentals and the procedure proposed to develop an adequate system test mode are introduced. The motivation for these investigations is to identify the actual mechanical system behavior under load combinations and for specimens that both closer resemble reality. The objective is to achieve a consistent and interdependent test program complementary to the existing methodology. Finally, the study is meant to initiate further progress toward a performance-related methodology which considers the design, specification, material, and system selection.
Die Struktur eines Materials bestimmt wesentlich dessen Gebrauchsverhalten. Diese einfache Weisheit ist Motivation für die ständige Weiterentwicklung des Untersuchungsinstrumentariums zur Gefügekennzeichnung von Baustoffen. Nachdem die Gefügeaufklärung insbesondere bei mineralischen Baustoffen bereits integrierter Bestandteil der Baustoffcharakterisierung ist, erhöht insbesondere die zunehmende Spezialisierung und Weiterentwicklung der Asphaltbaustoffe zusammen mit der Forderung nach gebrauchsgerechtem Leistungsnachweis den Bedarf an methodischer Entwicklung bei der Strukturkennzeichnung. Besondere Möglichkeiten zur tiefenaufgelösten und zerstörungsfreien räumlichen Visualisierung des Gefüges, der Ableitung strukturbeschreibender Kennwerte aber auch für eine anschließende Diskretisierung der inneren Struktur mittels finiter Elemente bietet das Verfahren der Computertomographie mit Röntgenstrahlen. Mit Hilfe verschiedener Anwendungen soll auf die Möglichkeiten dieser Methodik aufmerksam gemacht werden.
Dynamic-mechanical material analysis as a basis for a general performance exploration complemented by system testing under superimposed climatic and mechanical loading seems to be a promising interdependent test approach addressing the performance behavior of construction sealants under more realistic conditions. With this contribution an attempt is made to adapt dynamic-mechanical material analysis, which has been already successfully validated for different construction types of expansion joint systems in road and bridge engineering, to the field of construction sealants for building façades. Test results from dynamic-mechanical material analysis characterizing the temperature-dependent, deformation-dependent, and frequency-dependent behavior of structural sealant materials are presented and exemplarily discussed for three different sealant products. An attempt is made to address unknown material characteristics in the multi-dimensional loading matrix representing practical use conditions. Furthermore, the applicability of this test approach and its various complex test modes for the exploration of technological performance and especially estimation of fatigue behavior is verified in several examples. Based on this fundamental material exploration, it is planned to complement the dynamic-mechanical assessment methodology by means of system tests on a section of a structural glazing system subjected to a simplified but superimposed loading function. The technical fundamentals and the procedure proposed to develop an adequate system test mode are introduced. The motivation for these investigations is to identify the actual mechanical system behavior under load combinations and for specimens that both closer resemble reality. The objective is to achieve a consistent and interdependent test program complementary to the existing methodology. Finally, the study is meant to initiate further progress toward a performance-related methodology which considers the design, specification, material, and system selection.
Fugenfüllungen im kommunalen Stadtstrassenbau unterliegen besonderen mechanischen Beanspruchungen. Hier kommt es bereits bei der Planung darauf an, Fugenausführungen und insbesondere Fugenfüllstoffe bewusst nach ingenieurtechnischen Gesichtspunkten auszuwählen. Dazu ist das ingenieurtechnische Verständnis der relevanten Fugenfüllstoffe - Funktionsweise, Leistungskriterien, Prüfungen, Dauerhaftigkeit - von entscheidender Bedeutung. Der Vortrag erläutert nicht nur die maßgebenden Fugenfüllstoffe unter den vorgenannten Schwerpunkten, sondern stellt auch das Verständnis zu den Rahmenbedingungen, Grundlagen und Wirkmechanismen des entsprechenden technischen Regelwerkes her. Neueste Entwicklungen werden den Praxisvertretern näher gebracht und erläutert. Die Zusammenhänge und Strategien zur Weiterentwicklung der „Betonstrasse der Zukunft“ werden diskutiert und dargestellt.
In den "Technischen Lieferbedingungen für die Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn zur Herstellung von Brückenbelägen auf Beton" (TL BEL-B 1) sind die Regelungen über die erforderlichen Voraussetzungen zur Verwendung von Polymerbitumen-Schweißbahnen zur Ausbildung einer Dichtungsschicht aus einer einlagigen Polymerbitumen-Schweißbahn auf Beton aufgeführt. Sie umfassen den grundsätzlichen Nachweis der Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit sowie die Sicherstellung des nachgewiesenen Qualitätsniveaus.
Die "Technischen Prüfvorschriften für die Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn zur Herstellung von Brückenbelägen auf Beton" (TP BEL-B 1) enthalten alle notwendigen Angaben zur Durchführung der nach den "Technischen Lieferbedingungen für die Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn zur Herstellung von Brückenbelägen auf Beton" (TL BEL-B 1) geforderten Prüfungen. Art und Umfang der Einzelprüfungen sowie die entsprechenden Anforderungen sind den zugehörigen TL BEL-B 1 zu entnehmen.
Dieses Wissensdokument führt zu den Vertragstexten der früheren ZTV BEL-FÜ (ZTV-ING 8-2) und heutigen ZTV-ING Teil 6 Abschnitt 7 aus und erläutert die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Teil 6: Bauwerksausstattung, Abschnitt 7: Fahrbahnübergänge aus Asphalt“. Dabei geht es insbesondere um Fugen von Ingenieurbauwerken des Verkehrswegebaus, die quer oder in einem bestimmten Winkel zur Fahrbahn verlaufen und befahren werden. Diese Fugen müssen deshalb einerseits in fahrtechnischem Sinne verschlossen werden, damit die Fahrzeuge den Spalt störungsfrei und verkehrssicher überqueren können. Andererseits ist ein Fugenverschluss zum Schutz des Tragwerks vor Feuchte- oder Schadstoffbeanspruchung (Korrosionsgefahr) erforderlich. Je nach Größe des Fugenspaltes und der auftretenden Bewegungen müssen die Fugenfüllungen unterschiedlich ausgebildet werden, um die überquerenden Lasten sicher in das Tragwerk abzuleiten. Bauteile oder Konstruktionen, die diese verkehrstechnische Aufgabe übernehmen, werden allgemein als Fahrbahnübergänge bezeichnet.
Die H ZTV-ING 6-7 ersetzen die „Hinweise und Erläuterungen zu den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Herstellung von Fahrbahnübergängen aus Asphalt in Belägen auf Brücken und anderen Ingenieurbauwerken aus Beton“, Ausgabe 2001.
Die Überarbeitung der „Hinweise und Erläuterungen“ wurde aufgrund der Überarbeitung der ZTV-ING 6-7 erforderlich. Außerdem wurden in den Hinweisen neue Entwicklungen in den Bereichen der Fahrbahnübergänge aus Asphalt mit größeren Einbaubreiten und dehnungsverteilenden Einbauten, der Belagsdehnfugen sowie des Oberflächenabschlusses mit GFK-Platten berücksichtigt.
Die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen hat den „Abschnitt 1: Brückenbeläge auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn“ zu dem Teil 7: „Brückenbeläge“ der ZTV-ING überarbeitet und neu herausgegeben. Die Neuausgabe berücksichtigt die aktuellen Anforderungen durch die Europäische Normung bezüglich der Polymerbitumen-Schweißbahnen. Weitere Änderungen zur Vorgängerausgabe von 2003 wurden notwendig durch die Neuauflagen weiterer FGSV-Regelwerke, insbesondere der TL Bitumen-StB (FGSV 794), der ZTV Fug-StB (FGSV 897/1), der TL Fug-StB (FGSV 897/2), der TP Asphalt-StB (FGSV 756) und der E KvB (FGSV 727).
Die ZTV-ING Teil 7 Abschnitt 1 führt insbesondere aus zu den Grundlagen des Brückenbelages, zur Ausführung und Qualitätssicherung sowie zur Herstellung unmittelbar auf Trog- und Tunnelsohlen aus Beton.
Der Anhang enthält die „Vorgaben für die Prüfungen während der Bauausführung“ sowie das Formblatt „Protokoll über die Entnahme von Rückstellproben“ und eine tabellarische Zusammenstellung über „Art und Umfang sowie Anforderungen und Toleranzen für die Baustoffeinangsprüfungen“. Das Bundesverkehrsministerium hat mit seinem ARS 23/2021 zur Fortschreibung der ZTV-ING die Neuausgabe der Teils 7 Abschnitt 1 bekannt gemacht.
Die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Teil 7: Brückenbeläge, Abschnitt 1: Brückenbeläge auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Polymerbitumen-Schweißbahn“, Ausgabe 2021 ersetzen die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für Ingenieurbauten, Teil 7: Brückenbeläge, Abschnitt 1: Brückenbeläge auf Beton mit einer Dichtungsschicht aus einer Bitumen-Schweißbahn“, Ausgabe 2003.
Flexible joint transition systems in the form of bituminous joint transitions, type 4.1a according to RTD1007-1, have been used in the Netherlands with varying success. The lifespan in practice was found to vary greatly: between 1 and 5 years. This is too short a lifespan in relation to the lifespan of the layers of asphalt pavement. Ideally, the replacement of these bituminous joint transitions should take place simultaneously as the maintenance of the asphalt layers.
In the meantime, research has been carried out nationally and internationally into improving the life span of bituminous joint transitions. In Germany and Switzerland, the regulations have been shown to lead to a life span of more than 10 years. On this basis, ETAG032-3 was established in the context of EOTA in 2013.
In a competition "Silent sustainable joint transitions" held by the Dutch Directorate-General for Public Works and Water Management in the period 2007-2012, three flexible bituminous joint transitions have already been tested, two of which were ultimately found to be suitable. These have been included in the multi-choice matrix (RTD 1007-1) as concept 4.1b (anchored bituminous joint transition) and 4.1c (unanchored bituminous joint transition with stretch-spreading inlay and poured asphalt edge beams). Monitoring these joint transitions in practice over the past 8 years has shown that the desired life span is achievable with these improved joint transitions.
It is expected that the improvement in life span achieved abroad can also be realised in the Netherlands if several aspects specific to the Netherlands are taken into account:
For large parts of the Dutch main road network, the traffic intensity of 500,000 heavy vehicles per year assumed in the ETAG032-3 is insufficient. This is a factor 4 to 5 higher on the busiest main roads in the Netherlands.
On 90% of the Dutch main road network, in contrast to countries such as Germany and Switzerland, an open layer (ZOAB (zeer open asfaltbeton [very open asphalt concrete])) is used.
In the Netherlands, in contrast to countries such as Germany and Switzerland, bridges and viaducts are made on a large scale of prefabricated beams and 'floating' support systems that consist entirely of rubber supports that can be deformed all-round. Such constructions have a less favourable, high-frequency deformation behaviour under traffic load.
In Germany and Switzerland, a minimum joint mass temperature of -20 °C is assumed to test bituminous joint transitions. For the Netherlands, -15 °C is assumed, which has a favourable effect.
The present second version of RTD 1007-4 is a guideline for the development and realisation of a new generation of more durable flexible joint transitions with a minimum design life of 10-15 years and is a guideline for contractors to demonstrate that a flexible joint transition system meets the requirements as set out in the Directorate-General for Public Works and Water Management guideline RTD 1007-2.
Straßenverkehr stellt in Deutschland die stärkste Quelle für Lärmbelastungen dar. In 2014 wurde durch den Forschungsverbund Leiser Verkehr ein Bericht zur Situation der Lärmwirkungsforschung in Deutschland veröffentlicht, der den aktuellen Wissensstand zum Einfluss des Verkehrslärms auf die Lebensqualität und die Gesundheit der Bevölkerung dokumentiert. Verschiedene Studien belegen, dass Dauerbelastungen über 65 dB(A) die Betroffenen stark beeinträchtigen. So mindern die hohen Lärmbelastungen nicht nur die Lebensqualität, sondern sie können auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Schlafstörungen, kognitive Leistungseinschränkungen und Tinnitus verursachen. Gerade wegen des stetig wachsenden Verkehrsaufkommens sind deshalb Strategien zu entwickeln, die die Bevölkerung noch wirksamer vor Straßenverkehrslärm schützen.
Aus dem Verkehrsforschungsprogramm der Bundesregierung wurden seit 2001 die Verbundprojekte Leiser Straßenverkehr gefördert. In 2014 wurde das dritte und letzte Verbundprojekt erfolgreich abgeschlossen.
Das Verbundprojekt Leiser Straßenverkehr 3 (LeiStra3) hatte sich als zentrales Ziel gesetzt, Maßnahmen zur Minderung des Straßenverkehrslärms in Ballungsräumen zu entwickeln, die dort aufgrund der hohen Bevölkerungsdichte besonders wirkungsvoll sind. Es wurden verschiedene Forschungsansätze verfolgt, die die Geräuschemission an der Lärmquelle nachhaltig reduzieren. Da die Geräuschemission des fließenden Verkehrs maßgeblich durch Wechselwirkungen an der Kontaktstelle von rollendem Reifen und Fahrbahn bestimmt wird, standen die Reifen-Fahrbahn-Geräusche im Fokus der Untersuchungen.
Ein Schlüsselelement in LeiStra3 war die Erweiterung des Simulationsmodells SPERoN zur quantitativen Analyse und Vorhersage der Reifen-Fahrbahn-Geräusche. Systematische Analysen von experimentell aufgenommenen Geräuschspektren mit dem Modell zeigten in LeiStra3, dass neben der Anregung von Reifenschwingungen aerodynamische Effekte im Reifen-Fahrbahn-Kontakt maßgeblich an der Geräuschentstehung beteiligt sein müssen. Um diese aerodynamischen Effekte eingehend charakterisieren und kritische Größen identifizieren zu können, mussten auf einem angemieteten Testgelände Modelloberflächen mit speziellen Texturmustern hergestellt werden, die die Entstehungsmechanismen des Rollgeräusches weitgehend getrennt und unabhängig voneinander anregen. Diese Projektstudien bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines tragfähigen physikalischen Modells zur Beschreibung der aerodynamischen Effekte.
Im Ergebnis von LeiStra3 lassen sich mit SPERoN 2020 nun reale Fahrbahnoberflächen hinsichtlich ihres Einflusses auf die Reifen-Fahrbahn-Geräusche quantitativ analysieren und Designs für neuartige geräuschmindernde Fahrbahnbeläge zuverlässig synthetisieren. Darüber hinaus stellt das Modell ein leistungsfähiges Modul zur Reifenoptimierung zur Verfügung, mit dem der Einfluss der Profilierung und des Reifenaufbaus auf die Schallabstrahlung und den Rollwiderstand untersucht werden kann. Im Fokus stand dabei die Auswahl und Anwendung geeigneter numerischer Verfahren zur Verkürzung der Rechenzeiten, um ein praxistaugliches Optimierungstool bereit zu stellen. Dies ermöglicht eine effiziente Bestimmung von Schallabstrahlung und Rollwiderstand ohne aufwendigen Prototypenbau.
Im Regionalverkehr treten vielfach Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge auf, zudem werden häufig enge Kurven durchfahren. Um die nötige Traktion zu gewährleisten, müssen die Antriebsachsreifen Profile mit einem hohen Anteil an Querrillen aufweisen. Diese Blockprofile neigen zu einer starken Schwingungsanregung auf der Fahrbahn und damit zu einer höheren Geräuschemission. In LeiStra3 wurden technologische Ansätze erarbeitet, um Rollgeräusche blockprofilierter Lkw-Reifen über die gesetzlichen Grenzwerte hinaus zu reduzieren. Im Straßenversuch hat eine Entwicklungsvariante einen Schalldruckpegel von 74,4 dB(A) erreicht. Gegenüber den aktuellen Produkten wurde damit eine Geräuschreduzierung von etwa 4 bis 5 dB(A) erzielt. Diese Variante wurde etwa ein Jahr nach Projektabschluss auf dem Markt eingeführt.
Darüber hinaus wurden in LeiStra3 schallabsorbierende Unterbodenverkleidungen realisiert, die das Rollgeräusch effizient absorbieren und damit den Vorbeifahrtpegel um bis zu 3 dB(A) mindern können. Mit Blick auf Elektrofahrzeuge wurden grundlegende Untersuchungen zur Reifen-Fahrbahn-Wechselwirkung unter Antriebsmoment und zur psychoakustischen Charakterisierung durchgeführt.
Einen weiteren Schwerpunkt in LeiStra3 stellte die Entwicklung leiserer Fahrbahnoberflächen dar. Modellrechnungen belegen, dass die Oberflächengestalt einen starken Einfluss auf die Schwingungsanregung des Reifens und die aerodynamischen Vorgänge in der Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn hat. Aus akustischer Sicht ist es günstig, wenn alle Profilspitzen auf einer Ebene liegen und sich plateauartige Texturen mit schluchtenförmigen Vertiefungen ausbilden.
Die lärmtechnisch optimierte Asphaltdeckschicht AC D LOA stellte zu Projektbeginn eine neue Entwicklung in der Straßenbautechnik dar und greift diesen Ansatz auf. Die Deckschicht wurde auf Basis einer dichten Asphaltzusammensetzung konzipiert und zeichnet sich durch eine Korngrößenverteilung aus, die auf eine lärmtechnisch wirksame Oberflächentextur abgestimmt ist. Der erste Einbau von AC D LOA erfolgte 2007 in Düsseldorf im Bereich der kommunalen Straßen. In LeiStra3 wurde daran gearbeitet, die Verdichtungswilligkeit des Asphaltmischgutes zu verbessern. Auf diese Weise lassen sich die Dauerhaftigkeit der Deckschicht und damit ihr lärmtechnischer Nutzen erhöhen. Die Erkenntnisse flossen in die neuen „Empfehlungen für die Planung und Ausführung von lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten“ ein, die in 2015 von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen herausgegeben wurden.
Der Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche (engl.: Porous Mastic Asphalt, PMA) zeigt ebenfalls lärmmindernde Effekte. Im Vergleich zum herkömmlichen Gussasphalt enthält der PMA einen wesentlich höheren Anteil grober Gesteinskörnung. Es entsteht eine Deckschicht, die im unteren Bereich dicht und im oberen Bereich offenporig strukturiert ist. Die akustische Wirksamkeit ergibt sich aus der günstigen Oberflächentextur und einem hohen Hohlraumgehalt. In 2009 wurden erste Erprobungsstrecken gebaut, bei denen Schallpegelmessungen nach der Statistischen Vorbeifahrtmethode eine Lärmminderungen von bis zu 3 dB(A) gegenüber dem Referenzwert zeigten.
Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurden in LeiStra3 weiterführende Untersuchungen durchgeführt, um die Ausführungssicherheit des PMA zu erhöhen. Zu diesem Zweck wurde die Mischgutzusammensetzung optimiert und Laborverfahren zur Herstellung von praxisnahen Probekörpern für die Mischgutkonzeption entwickelt. Auf den Bundesautobahnen A 553 bei Brühl, A 3 bei Lohmar und A 5 bei Friedberg konnten Erprobungsstrecken mit verschiedenen PMA-Varianten hergestellt werden. Diese wurden hinsichtlich der Mischgut- und Einbauparameter untersucht.
Außerdem wurde in LeiStra3 untersucht, inwieweit der Herstellungsprozess von Elektroofenschlacke (EOS) verbessert werden kann, um bestimmte Kornformen und Korngrößen gezielt zu erzeugen und damit einen hochwertigen Ausgangswerkstoff für den Asphaltstraßenbau zu gewinnen. Im ersten Schritt wurden dazu EOS-Körnungen hinsichtlich ihrer bautechnischen Eignung geprüft und darauf aufbauend das Potenzial verschiedener Prozessrouten bewertet. Mit einer ausgewählten EOSKörnung (EloMinit®) konnten zwei Asphaltdeckschichtvarianten konzipiert und im Mai 2014 auf einem Testfeld eingebaut werden.
Die Nachgiebigkeit bestimmt neben der Oberflächentextur und der Offenporigkeit die akustischen Eigenschaften eines Fahrbahnbelags. Ein Ziel in LeiStra3 war es, Asphaltkonstruktionen durch die Nutzung der schwingungsdämpfenden Eigenschaften des Straßenoberbaus geräuschmindernd zu gestalten. Dabei wurden verschiedene Ansätze wie die Integration einer elastischen Dämpfungsschicht oder die Konzeption eines Asphaltmischgutes mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften verfolgt.
Im Bereich Betonbauweisen stand die Herstellung einer Betondecke mit offenporiger Oberfläche (COPS) im Vordergrund. Die Grundidee des Systems COPS greift die im Asphaltstraßenbau bereits erfolgreich eingesetzte Mischgutkonzipierung mit hohem Grobkornanteil und einer feinkörnigen standfesten Bindemittel-/Mörtelphase auf. Während des Einbauvorganges sinkt der feinkörnige Mörtel nach unten ab, so dass innerhalb der oberen 10 mm der Deckschicht eine offenporige Oberfläche entsteht. In Laborversuchen wurde die Betonrezeptur so eingestellt, dass ein kontrolliertes Absetzverhalten des Zementleimes erreicht wird. Die Betonrezeptur muss möglichst stabil gegenüber Einflüssen von Witterung und Einbau sein, um die vorteilhaften akustischen Eigenschaften der fertigen Betondeckschicht sicherzustellen.
Im Verbundprojekt LeiStra3 haben Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft in einer interdisziplinär angelegten Forschungsarbeit gemeinsam Lösungen erarbeitet, mit denen das Lärmminderungspotenzial von Reifen, Fahrzeug und Fahrbahn weiter ausgeschöpft werden kann. In allen Arbeitspaketen wurden zahlreiche Ergebnisse und Erkenntnisse gewonnen, die dazu beigetragen haben, die bestehende Technik zu verbessern, die Impulse zur Entwicklung neuer Technologien gesetzt haben und auf deren Basis das Technische Regelwerk fortgeschrieben wurde.
Voraussetzung zur Aufklärung von Fugenbewegungen in hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton ist ein neues, innovatives und sensitives Sensorsystem, welches unter den Bedingungen der Autobahnpraxis schnell und sicher in entsprechend beanspruchte Bereiche installiert werden kann und in der Lage ist, stabile und hochaufgelöste Bewegungen in mehrere Raumrichtungen zu erfassen. Das durch die BAM neu entwickelte Sensorsystem ist geeignet, um direkt in die Betonfahrbahndecke integriert zu werden und sowohl über saisonale Messbereiche als auch in hoher Auflösung entsprechende Messwerte online zu erfassen und bereit zu stellen. Das für diesen Zweck entwickelte innovative Sensorsystem kann direkt in die Rollspur auf beiden Seiten der Fuge eingebaut werden und ist dafür ausgelegt, Lkw-Überfahrungen zu widerstehen. Es ist schnell und präzise genug, um die realen Bewegungen in allen drei Raumachsen in Echtzeit erfassen zu können. Dieser Forschungsbericht beschreibt das Funktions- und Wirkschema des Sensorsystems und seine Validierung im Labor- und Feldmaßstab. Dabei wird insbesondere auch die praxisgerechte Einbau- und Nutzungsmethodik vorgestellt. Auflösungsvermögen, Robustheit und Nutzerfreundlichkeit werden am Beispiel einer Konzeptstudie auf dem Testgelände DuraBASt erprobt. Es werden grundlegende Hinweise auf den dringlichen Bedarf einer gebrauchsgerechten Beschreibung des realen Verhaltens des Bauwerks Betonstraße identifiziert.
Die mit dem Sensorsystem gewonnenen Daten können eine Grundlage für die Konzeption einer performance-basierten Bewertung von Fugenfüllsystemen in Betondecken von Bundesautobahnen bieten. Sie sind geeignet, die Funktionsmechanismen der verschiedenen Betonfahrbahnkonstruktionen besser zu verstehen und zielgerichtet konstruktive und materialtechnische Optimierungen und Fortentwicklungen von Fugenkonstruktionen und Fugenfüllsystemen in gebrauchsbezogener Weise zu entwickeln. Durch weitere Datenerhebung, -fusion und -analyse können Instandsetzungsintervalle und Lebensdauerzyklen besser abgeschätzt und geplant werden.
Die zielgerichtete Weiterentwicklung von Bauteilen und Konstruktionselementen im Straßenbau hochbeanspruchter Verkehrswege unserer Infrastruktur (Bundesfernstraßen) erfordert spezielle, bauteiladaptierte technische Möglichkeiten/Sensorik zur Quantifizierung des Gebrauchsverhaltens. Bei Fugen in Verkehrsflächen stellen insbesondere langsam und schnell ablaufende Plattendeformationen infolge jahreszeitlicher und verkehrlicher Beanspruchungen maßgebende Beanspruchungszustände dar. Eine Quantifizierung dieser Einwirkungen hilft bei der Weiterentwicklung sowie auch bei der Bewertung optimierter technischer Lösungen. In Forschung kompakt 17/21 „Innovative Sensorik für Fugensysteme“ wird eine neuartige, robuste Lösung der BAM zur Datenerfassung und Bauwerksmonitoring von hochbeanspruchten Verkehrsflächen aus Beton vorgestellt.
Gradual or sudden changes in the state of structural systems caused, for example, by deterioration or accidental load events can influence their load-bearing capacity. Structural changes can be inferred from static and/or dynamic response data measured by structural health monitoring systems. However, they may be masked by variations in the structural response due to varying environmental conditions. Particularly, the interaction of nominally load-bearing components with nominally non-load bearing components exhibiting characteristics that vary as a function of the environmental conditions can significantly affect the monitored structural response. Ignoring these effects may hamper an inference of structural changes from the monitoring data. To address this issue, we adopt a probabilistic model-based framework as a basis for developing digital twins of structural systems that enable a prediction of the structural behavior under varying ambient condition. Within this framework, different types of data obtained from real the structural system can be applied to update the digital twin of the structural system using Bayesian methods and thus enhance predictions of the structural behavior. In this contribution, we implement the framework to develop a digital twin of a simply supported steel beam with an asphalt layer. It is formulated such that it can predict the static response of the beam in function of its temperature. In a climate chamber, the beam was subject to varying temperatures and its static response wass monitored. In addition, tests are performed to determine the temperature-dependent properties of the asphalt material. Bayesian system identification is applied to enhance the predictive capabilities of the digital twin based on the observed data.
Das erdölstammige Bindemittel Bitumen weist eine so komplexe Struktur auf, dass diese mit den derzeit eingesetzten Verfahren nur eingeschränkt erfasst werden kann. Eine innovative und vielversprechende Möglichkeit bietet in diesem Zusammenhang die FTIR-Spektroskopie in Kombination mit einer chemometrischen Auswertung, mit der schnell und einfach Aussagen über die Zusammensetzung sowie verschiedenste physikalische und chemische Eigenschaften von bitumenhaltigen Materialien möglich werden.
Bitumen is a crucial building material in road construction, which is exposed to continuously higher stresses due to higher traffic loads and changing climatic conditions. Therefore, various additives are increasingly being added to the bitumen complicating the characterisation of the bituminous binder, especially concerning the reuse of reclaimed asphalt.
Therefore, this work aimed to demonstrate that the combination of Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy with attenuated total reflexion (ATR) technique and multivariate evaluation is a very wellsuited method to reliable identify and quantify additives in bituminous binders. For this purpose, various unmodified and modified binders, directly and extracted from laboratory and reclaimed asphalts, were investigated with FTIR-ATR spectroscopy. The determined spectra, pre-processed by standard normal variate (SNV) transformation and the determination of the 1st derivation, were evaluated using factor Analysis (FA), linear discriminant analysis (LDA) and partial least square regression (PLSR). With this multivariate evaluation, first, a significant model with a very high hit rate of over 90% was developed allowing for the identification of styrene-butadiene copolymers (SBC), ethylene-copolymer bitumen (ECB) and different waxes (e.g. amide and Fischer-Tropsch wax) even if the additives do not show any additional peaks or the samples are multi-modified. Second, a quantification of the content is possible for SBC, ECB, and Amide wax with a mean error of RMSE B 0.4 wt% and a
coefficient of determination of R2[90%. Based on these results, FTIR identification and quantification of additives in bituminous binders is a very promising method with a great potential.
While there is a permanent improvement of concrete pavement mixtures and pavement construction types over the last decades, the state-of-the-art joint sealing materials and joint constructions seem to stagnate on an antiquated empirical level. This status has been reaffirmed in the latest European standard. The consequences in the motorway network due to unsatisfying capability and durabilty of joint sealing systems are unacceptable. In addition, inadequate traffic performance (noise emissions, roll-over comfort) and traffic safety losses in the joint area of concrete pavements are existing challenges. These deficits and weaknesses reflect a demand for joint sealing materials and constructions whose approval requirements take functional aspects into account. Furthermore a sufficient analysis of decisive loads and a practice-oriented method to evaluate the requirements towards performance and durability is still missed. In this contribution decisive loads to German highways are analyzed. The design of test specimen for representative functional testing of joint sealing systems is discussed. The focus is on the geometry of the test specimens and the used concrete mixture. Finally, a new approach for a function-orientated test concept that considers representative load functions is presented. The potential of this approach to validate the durability and capability of various joint sealing systems is also presented using an example.
During the service life of structural sealant glazing (SSG) facades, the loadbearing capacity of the silicone bonds needs to be guaranteed. Laboratory Tests can assess the durability of SSG-systems based on mechanical characteristics of the bond after simultaneous exposure to both climatic and mechanical loads.
This article studies how the material characteristics of two common structural sealants are affected by laboratory and field exposure. Dynamic mechanical Analysis (DMA) confirms a reduction in the dynamic modulus of exposed Silicone samples. Results from thermogravimetric analysis, Fourier-transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, and small-angle X-ray scattering/wide-angle X-ray scattering show differences between the two sealants and indicate no/minor changes in the composition and morphology of the laboratory and field exposed sealants. Mechanical characterization methods, such as DMA, and tensile and shear testing of the structural bond, are shown to be sensitive toward the combined climatic and mechanical loadings, and are hence suitable for studying degradation mechanisms of structural sealants.
Unter Berücksichtigung praktischer und wissenschaftlich-technischer Erkenntnisse der letzten 15 Jahre - insbesondere auch auf der Basis verschiedener BAM-Forschungsergebnisse und Zulassungsverfahren - erfolgte eine Überarbeitung der Grundlagen, Bauprinzipien, Ausführungs- und Einbaukriterien sowie der Zulassungs- und Gütesicherungsmaßnahmen für insgesamt 4 Bauarten von Fugenfüllsystemen für hochbeanspruchte Verkehrsflächen. In diesem - für den Bundesfernstraßenbereich verbindlichen bautechnischen Regelwerk - finden insbesondere auch die Ergebnisse mehrerer wissenschaftlicher Vorhaben der BAM bezüglich labortechnischer Untersuchungen und Felduntersuchungen zum Funktionsverhalten und zur Dauerhaftigkeit erste baurechtliche Konsequenzen. Auf der Basis von Untersuchungen u.a. im Brückenbau wurden Regelungen für die Fugenausbildung in Asphalt und bei Befestigungskombinationen erarbeitet und umgesetzt. Damit konnten umfassende Regelungen für die maßgebenden Fahrbahnbeläge im Bundesfernstraßenbereich der Straßenbauverwaltung und ausführenden Industrieunternehmungen zur Verfügung gestellt werden. Die Neufassung dieser Regelungen dient darüber hinaus dem Ziel, den von der BAM vertretenen Wechsel hin zu einer performance-bezogenen Bewertungsmethodik, vorzubereiten.
Nach mehr als 15-jähriger Anwendung und mit der zwischenzeitlichen Einführung europäisch harmonisierter Normen für Fugenmaterialien war eine Anpassung Qualitäts- und Gütesicherungsanforderungen für Fugenfüllungen im Bundesfernstraßenbereich erforderlich. Hierbei ging es insbesondere darum, Maßnahmen und Verfahren zu entwickeln, um das nationale Qualitäts- und Gütesicherungsniveau weiter zu entwickeln und weiterhin sicher stellen zu können. Nach den Untersuchungserfahrungen im Labor und im Feld ging darum, neuartige Material- und Stoffkombinationen qualitätssicher dem Bauprozess zur Verfügung stellen zu können. Erforderliche Anforderungskriterien und zulässige Toleranzen der Lieferqualität wurden neu gefasst. Es wurde ein Verfahren entwickelt, europäische Bauprodukte qualitätsgesichert in den Bauprozess im Bundesfernstraßenbericht zu überführen.
Die Anforderungen der modernen Infrastruktur machen schnell ausführbare Abdichtungs- und Brückenbelagssysteme für den Bundesfernstraßenbereich erforderlich. Dazu gibt es innovative Systemansätze, in denen unter Ausnutzung neuer asphalttechnologischer Erkenntnisse und Weiterentwicklungen innovative Belagsaufbauten in Ergänzung zum bestehenden technischen Regelwerk erarbeitet werden. Diese neuartigen Asphaltmaterialien mit verbesserten Asphalt-Gebrauchseigenschaften (Standfestigkeit; Tieftemperaturverhalten) werden durch Kombination mit neuartigen Flüssigkunststoffen zur Aufnahme von schnelle wiederholten Bewegungen (Rissüberbrückungseigenschaften) nochmals verbessert. Durch das optimierte Gebrauchsverhalten und die systembedingten technologischen Verbesserungen ist es bei Einhaltung besonderer materialtechnischer Anforderungen möglich, leistungsfähige Brückenabdichtungs- und Belagssysteme in deutlich schnellerer Bauzeit instandzusetzen bzw. im Neubau auszuführen. Die vorliegende Veröffentlichung verallgemeinert u. a. wissenschaftlich-technische Erkenntnisse der BAM und Erfahrungen im Umgang mit den spezialisierten Baustoffen in eine für die Straßenbaubehörden des Bundes und der Länder praktisch umsetzbare Weise.
Fahrbahnübergänge sind das bautechnisch-konstruktive Verbindungsglied von der Fahrbahn der freien Strecke auf Ingenieurbauwerke und anschließend wieder zurück auf die freie Strecke. Sowohl aus ökonomischen (Baukosten), ökologischen (Lärmschutz) als auch aus verkehrssicherheitstechnischen Gründen wurden in jüngster Zeit sogenannte flexible belagsähnliche Übergangskonstruktionen entwickelt. Der Beitrag benennt die materialtechnischen und konstruktiven Anforderungen als notwendige Grundlage für den Nachweis der Funktionsfähigkeit unter höchsten Verkehrsbeanspruchungen. Gleichzeitig werden neuartige material- und leistungsidentifizierende Kennwerte vorgestellt und deren Einfluss auf Funktionsfähigkeit und Dauerhaftigkeit diskutiert. Als versuchstechnische Grundlagen kommen durch die BAM entwickelte bzw. adaptierte Untersuchungsmethoden zur Anwendung. Die Interpretation der Untersuchungsergebnisse und deren Beitrag und Bedeutung für qualitätssichere europäische bzw. nationale Bauprodukte werden der Zielgruppe Verkehrsplanern, Straßenbaubehörden, Ausführenden und Nutzern erläutert. Schlussfolgerungen aus den veränderten baurechtlichen Rahmenbedingungen und Erfahrungen der BAM bei der europäischen Zulassung von Übergangskonstruktionen werden vorgestellt.
More Information about the capability and especially about the dnrabi 1 ity of Structural Sealant Glazing (SSG) Systems are needed. To make a contribution to questions unanswered a suitable System evaluation test is necessary. The Basis for such a test is a load function, vvhich accounts for the decisive loads SSG Systems are exposed to during their working life. This paper proposes a general load function for Standard SSG Systems at central German locations for accelerated durability tests. Decisive loads are determined and different SSG construction types defmed. The performance of these SSG Systems under exposure to externa! loads and to a dynamic pendulum impact is investigated via finite element analyses using a hyperelastic material niodel. The external loads are applied separately and superimposed. Compression, tensile and shear deformations of the sealant are determined. It is found that the sealant is subjected to normal and shear stresses simultaneously. The requirements for a representative specimen are derived. The results will be taken as basics for the development and the construction of a test facility to evaluate the durability of Structural Sealant Glazing Systems.
Joint sealants influence decisively the performance and service life of pavements although they account for only a small fraction of the total investment. Motivated by the damages observed and the resulting, increasing maintenance efforts, the Federal German Government recognizes the need for performance-evaluated joint sealing systems with improved capability (fitness-for-purpose) and durability. A literature study showed that an identification of the actual mechanical system behavior under realistic loads as well as a prediction regarding the durability (fatigue, climatic effects) of joint sealing systems are either completely lacking in most of the relevant evaluation methods or have only been incompletely addressed previously. Furthermore an imbalance between commonly used test methodologies and the actual development status of modern modified sealing materials exists, i.e., the current test methods are not effective in evaluating the performance of tailor-made products. In this paper, the authors suggest a methodology to overcome the present situation. In contrast to the existing, predominantly empirical evaluation and selection of joint sealing materials and systems for pavements, the new approach is defined by verified performance under relevant and superimposed loads. This new approach is expected to allow a more engineered joint design. In addition to the adaptation of performance-oriented material identification tests, a special focus was placed on the development and installation of a complex test facility for the investigation of the service capability and durability of joint sealing systems in building constructions in general. This paper presents an attempt at the realization of this approach for pavement joints with the help of our new joint sealant test equipment utilizing a specific, adapted load function, which comprises cyclic movements (slow and fast acting), as well as crucial climatic exposures. The test data and its interpretation are discussed. For example, the actual mechanical behavior of the various joint sealing systems as well as the relevant maximum loading of cohesive and adhesive bonds can be deduced and used to differentiate between systems. Furthermore, information gained allows discrimination of products within the various joint sealing systems. The test results will also enable numerical simulations, e.g., of different joint designs or materials by finite element analysis. The fatigue behavior is detected by analysis of cycle-dependent changes of the mechanical system characteristics. The evaluation methodology further allows investigation of the degradation mechanisms of specific system failures and, thus, enables service life prediction by reproducing the performance of the complete system under realistic conditions. Constructional defects and material flaws can be activated and detected by the performance-related test methodology, thus identifying possible corrections to material selection and application procedures. The potential of the proposed evaluation methodology is discussed for several thermoplastic and reactive joint sealing systems.
Joint sealants influence decisively the performance and service life of pavements although they account for only a small fraction of the total investment. Motivated by the damages observed and the resulting, increasing maintenance efforts, the Federal German Government recognizes the need for performance-evaluated joint sealing systems with improved capability (fitness-for-purpose) and durability. A literature study showed that an identification of the actual mechanical system behavior under realistic loads as well as a prediction regarding the durability (fatigue, climatic effects) of joint sealing systems are either completely lacking in most of the relevant evaluation methods or have only been incompletely addressed previously. Furthermore an imbalance between commonly used test methodologies and the actual development status of modern modified sealing materials exists, i.e., the current test methods are not effective in evaluating the performance of tailor-made products. In this paper, the authors suggest a methodology to overcome the present situation. In contrast to the existing, predominantly empirical evaluation and selection of joint sealing materials and systems for pavements, the new approach is defined by verified performance under relevant and superimposed loads. This new approach is expected to allow a more engineered joint design. In addition to the adaptation of performance-oriented material identification tests, a special focus was placed on the development and installation of a complex test facility for the investigation of the service capability and durability of joint sealing systems in building constructions in general. This paper presents an attempt at the realization of this approach for pavement joints with the help of our new joint sealant test equipment utilizing a specific, adapted load function, which comprises cyclic movements (slow and fast acting), as well as crucial climatic exposures. The test data and its interpretation are discussed. For example, the actual mechanical behavior of the various joint sealing systems as well as the relevant maximum loading of cohesive and adhesive bonds can be deduced and used to differentiate between systems. Furthermore, information gained allows discrimination of products within the various joint sealing systems. The test results will also enable numerical simulations, e.g., of different joint designs or materials by finite element analysis. The fatigue behavior is detected by analysis of cycle-dependent changes of the mechanical system characteristics. The evaluation methodology further allows investigation of the degradation mechanisms of specific system failures and, thus, enables service life prediction by reproducing the performance of the complete system under realistic conditions. Constructional defects and material flaws can be activated and detected by the performance-related test methodology, thus identifying possible corrections to material selection and application procedures. The potential of the proposed evaluation methodology is discussed for several thermoplastic and reactive joint sealing systems.
Eyewitnesses describe burning pavement surfaces in extreme fire scenarios. However, it was believed that the pavement plays a negligible role in comparison to other items feeding such an extreme fire at the same time. The asphalt mixtures used differ widely, thus raising the question as to whether this conclusion holds for all kinds of such materials. Three different kinds of asphalt mixtures were investigated with the aim of benchmarking the fire risks. Cone calorimeter tests are performed at an irradiance of 70kWm-2. All three investigated asphalts burn in extreme fire scenarios. The fire response (fire load, time to ignition, maximum heat release rate and smoke production) is quite different and varies by factors of up to 10 when compared to each other. The fire load per mass is always very low due to the high content of inert minerals, whereas the effective heat of combustion of the volatiles is quite typical of non-flame retarded organics. The heat release rate and fire growth indices are strongly dependent on the fire residue and thus the kind of mineral filler used. Comparing with polymeric materials, the investigated Mastic Asphalt and Stone Mastic Asphalt may be called intrinsically flame resistant, whereas the investigated Special Asphalt showed a pronouncedly greater fire risk with respect to causing fire growth and smoke. Thus the question is raised as to whether the use of certain kinds of asphalts in tunnels must be reconsidered. Apart from the binder used, the study also indicates varying the kind of aggregate as a possible route to eliminate the problem.