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Report (Bericht) zugänglich unter
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Statistische Analyse der Bitumenqualität aufgrund von Erhebungen in den Jahren 2000 bis 2005

Statistical analysis of bitumen quality based on surveys conducted from 2000 to 2005

Hirsch, Volker

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Analyse (math) , Statistik , Bitumen , Polymer , Bituminöses Mischgut , Vorschrifteneinhaltung , Versuch , Prüfverfahren , Bewertung , Nadel , Eindringung , Ring und Kugel (Versuch) , Sprödigkeit , Qualität , Forschungsbericht , Deutschland
Freie Schlagwörter (Englisch): Analyse (math) , Statistic , Bitumen , Polymer , Bituminous materials , Compliance (specif) , Test , Test method , Evaluation (assessment) , Needle , Penetration , Ring and ball (test) , Brittleness , Quality , Research project , Germany
Collection: BASt-Beiträge / ITRD Sachgebiete / 31 Bituminöse Baustoffe
Institut: Abteilung Straßenbautechnik
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften
Dokumentart: Report (Bericht)
Schriftenreihe: Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Reihe S: Straßenbau
Bandnummer: 52
ISBN: 978-3-86509-726-2
Sprache: Deutsch
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 02.08.2011
Bemerkung: Die Kostenpflichtige Verlagsversion des Berichtes liegt nur in digitaler Form (CD-ROM) vor.
Kurzfassung auf Deutsch: Gemäß Erlass des BMVBW StB 26/38.56.05-10/20 Va 94 vom 02.05.1994 werden bei größeren Baumaßnahmen Bitumenproben entnommen und diese im Rahmen von Kontrollprüfungen untersucht. Die Ergebnisse der Bitumenkontrollprüfungen für die Jahre 2000 bis 2005 wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen gesammelt und statistisch ausgewertet. Die statistische Auswertung von Bitumenkontrollprüfungen hat die folgenden Ziele:rnÜbersicht der im Straßenbau verwendeten Produkte.rnGewinnung von Daten zur Beurteilung der Bitumenqualität und der Prüfqualität.rnIdentifizierung von Anomalien. Die im Straßenbau verwendeten Bitumen erfüllen weitgehend die Anforderungen. Auffälligkeiten sind nur hinsichtlich folgender Parameter und Produkte festzustellen: Die Spezifikationen der EN 12591 bezüglich der Erweichungspunkte von nicht-modifizierten Straßenbaubitumen werden eingehalten. Aufgrund einer freiwilligen Selbstbeschränkung der Bitumenproduzenten wurden die Spannen für die Erweichungspunkte stärker eingegrenzt als in der EN 12591 gefordert. Hinsichtlich dieser Spannen muss festgestellt werden, dass bei allen Bitumensorten bis zu 8 Prozent der ermittelten Werte außerhalb der angestrebten Spezifikationen liegen. Dies ist insbesondere für das sehr häufig eingesetzte Bitumen der Sorte 50/70 bedeutsam. Für das Bitumen 30/45 wurde eine beträchtliche Überschreitung der Zunahme des Erweichungspunktes nach thermischer Beanspruchung festgestellt. Messtechnische Einflüsse können weitgehend ausgeschlossen werden, so dass die Ursache hierfür in produktionstechnisch bedingten Einflüssen zu suchen ist. Hinsichtlich des Brechpunktes nach Fraaß scheint eine Verbesserung der Prüfqualität eingetreten zu sein. Besonders das Bitumen der Sorte 50/70 zeigt eine symmetrische statistische Verteilung der Prüfdaten. Die Spannweite in der die Brechpunkte einer Sorte auftreten ist nach wie vor ausgesprochen groß. Polymermodifizierte Bitumen, wie zum Beispiel das PmB 45, zeigen keine Verbesserung der Prüfwertverteilung. Es ist möglich, dass die Brechpunktbestimmung nach Fraaß für die Prüfung nicht-modifizierter Bitumen prinzipiell besser geeignet ist, als für die Prüfung polymermodifizierter Bitumen. Im Rahmen der TL PmB wurden drei Prüfverfahren zur Erfahrungssammlung eingeführt. Als Hilfestellung zur Beurteilung der Prüfergebnisse wurden Orientierungswerte vereinbart. Mit Hilfe des Biegebalken-Rheometers (BBR) wird die Steifigkeit von Bitumenprüfkörpern bei einer Temperatur von –16 °C gemessen. Die Orientierungswerte wurden von allen untersuchten PmB erfüllt. Das dynamische Scher-Rheometer (DSR) ermöglicht die Messung des komplexen Schubmoduls und des Phasenwinkels Delta. Während die Orientierungswerte für den Phasenwinkel eingehalten werden können, liegen beim komplexen Schubmodul für PmB 25 etwa 40 Prozent und für PmB 45 sogar mehr als 70 Prozent über dem veranschlagten Orientierungswert. Die Kraftduktilitätsprüfung (KD) entspricht einem direkten Zugversuch und ermöglicht die Messung der bei der Dehnung eines Bitumenprüfkörpers auftretenden Kräfte. Weniger als fünf Prozent der geprüften Proben der Sorte PmB 45 erreichen den angestrebten Orientierungswert von 1 Joule. Eine Ursache ist die zu optimistische Einschätzung bezüglich der Höhe der Formänderungsenergie von PmB 45. Ein weiterer Grund ist die gewählte Prüftemperatur von 25 °C. Diese Temperatur ist zu hoch um die Eigenschaften eines PmB 45 optimal ansprechen zu können. Für die aufgeführten Verfahren ist sowohl eine Anpassung der Anforderungswerte als auch der Prüfbedingungen erforderlich, um eine möglichst differenzierte und qualitätsorientierte Ansprache der Bitumenprodukte zu ermöglichen. Bezüglich der Datenerfassung wäre eine bessere Dokumentation zur eindeutigen Identifizierung der Bitumenproben nach Raffinerie und Mischanlage wünschenswert. Im Rahmen des Projektes wurde eine Datenbank erstellt, die eine einfache Dateneingabe und statistische Auswertung ermöglicht. Diese Datenbank hat den Vorteil, dass bei Nutzung durch die beteiligten Prüfinstitute eine Redigitalisierung der Daten vermieden werden kann. Weiterhin stehen die Ergebnisse der statistischen Auswertungen mit Hilfe der in der Datenbank integrierten Auswertealgorithmen sofort nach der Dateneingabe zur Verfügung. Auf diese Weise können statistische Auswertungen zukünftig sehr schnell aktualisiert werden.rn
Kurzfassung auf Englisch: According to enactment StB 26/38.56.05-10/20 Va 94 dated 02.05.1994 and issued by the Federal Ministry of Transport, Building and Urban Affairs, bitumen samples are to be taken and examined as part of major construction projects. The results of bitumen sample tests conducted from 2000 to 2005 were collected and evaluated statistically by the Federal Highway Research Institute. Statistical evaluations of bitumen test results have the following objectives:rnTo obtain an overview of products used for road construction.rnTo obtain data for assessing bitumen and test quality.rnTo identify anomalies.rnThe bitumen types used for road construction largely fulfil requirements. Deviances have been established solely in terms of the following parameters and products: EN 12591 specifications concerning the softening points of non-modified road construction bitumen are adhered to. As part of voluntary restrictions self-imposed by bitumen producers, the ranges for softening points have been limited more than specified in EN 12591. In the case of all bitumen types, up to 8 percent of the determined values lie outside these ranges. This is of special significance for the frequently employed bitumen of type 50/70. Following thermal loading, bitumen 30/45 exhibits an excessive increase in the softening point. Because an influence of measurement systems can be largely precluded, the cause for this is to be sought among production-related parameters. The test quality appears to have improved in terms of the break point according to Fraaß. Especially bitumen of type 50/70 exhibits a symmetric statistical distribution of test data. The bandwidth in which a particular type's break points occur is still quite large. Polymer-modified bitumen like PmB 45 exhibits no improved distribution of the test values. Determination of the break point according to Fraaß might be fundamentally more suitable for testing non-modified bitumen than for testing polymer-modified bitumen. As part of TL PmB, three methods of testing were introduced to gather information. Orientation values were agreed as aids in assessing test results. A bending-beam rheometer (BBR) is used to measure the rigidity of bitumen samples at a temperature of –16 °C. The orientation values were adhered to by all investigated PmB. A dynamic shear rheometer (DSR) permits measurement of the complex shear modulus and phase angle (delta). While the orientation values for the phase angle are adhered to, those for the complex shear modulus are overshot by about 40 percent in the case of PmB 25 and more than 70 percent in the case of PmB 45. Equivalent to a direct tensile test, the force-ductility test permits measurement of the forces occurring during expansion of bitumen samples. Less than five percent of the tested samples of PmB 45 achieved the target orientation value of 1 Joule. One reason for this is the excessively optimistic assessment of the deformation energy of PmB 45. Another reason is the test temperature of 25 °C, a value too high to optimally represent the properties of PmB 45. The mentioned methods need to be adapted in terms of target values and test conditions to permit, as far as possible, a differentiated and quality-oriented analysis of bitumen products. As concerns data acquisition, documentation should be improved to permit a clearer identification of bitumen samples according to refinery and mixing plant. rnA database allowing simple data entry and statistical evaluation was created as part of this project. The advantage of this database is that it avoids a re-digitization of data during usage by the involved test institutes. Furthermore, the evaluation algorithms integrated into the database can be used to make the results of statistical evaluation available immediately after the data have been input. This will permit very fast updating of statistical evaluation results in future.rn