Thomas Wörner, Daniel Rogg, Erhard Westiner, Thomas Patzak, Sara Neidinger

• Die feinen Gesteinskörnungen (Sande) sind der wesentliche Bestandteil des Asphaltmörtels. Zur Optimierung der Eigenschaften des Asphaltmörtels müssen geeignete Sande eingesetzt werden. Aus diesem Grund hat sich dieses Forschungsvorhaben zum Ziel gesetzt, einen Bewertungshintergrund für die praxisgerechte Beurteilung der Wasserempfindlichkeit von Sanden einschließlich ihres Eigenfülleranteils zu schaffen. Auf dieser Grundlage können Anforderungswerte vorgeschlagen werden. In das Untersuchungsprogramm wurden 33 Brechsande einbezogen, die sowohl mineralogisch als auch technologisch auf ihre Wasserempfindlichkeit untersucht wurden. Des Weiteren wurden 36 Strecken in Deutschland und Österreich besichtigt, um die Auswirkungen der Wasserempfindlichkeit der Sande auf die Asphaltdeckschicht in der Praxis näher untersuchen zu können. Aus den 36 besichtigten Strecken wurden anschließend zehn auffällige Strecken ausgewählt, an denen weitergehende Untersuchungen an Ausbauproben durchgeführt wurden. An den 33 ungebrauchten Sanden wurde eine Vielzahl von Untersuchungen durchgeführt. Neben den konventionellen Prüfungen, wie Korngrößenverteilung, Rohdichte für Füller und Sand, Kornform und –oberfläche, auch mineralogische Untersuchungen. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei auf die die Wasserempfindlichkeit ansprechenden Prüfungen, wie das Methylenblau-Wert-Verfahren, das Sandäquivalent und das Schüttel-Abriebverfahren am Sandasphalt-Probekörper gelegt. Die Asphaltdeckschicht der zehn ausgewählten Strecken wurde nach Bohrkernentnahmen näher untersucht. Die Bohrkerne wurden hinsichtlich ihrer äußeren Beschaffenheit beurteilt sowie das gewonnene Asphaltmischgut mittels konventioneller Prüfungen, wie Hohlraumgehalt, Bindemittelgehalt und Korngrößenverteilung näher untersucht. Abschließend erfolgten Untersuchungen an den rückgewonnenen feinen Gesteinskörnungen (Schüttel-Abriebprüfungen sowie mineralogische Untersuchungen). Die Ergebnisse an den ungebrauchten Sande zeigen, dass Sande, die bei der Mineralogie als kritisch bezeichnet wurden, sich auch in den Prüfungen, die die Wasserempfindlichkeit ansprechen, als ungünstig erweisen. So konnte nachgewiesen werden, dass eine Korrelation zwischen dem Methylenblau-Wert des Füllers und den mineralogischen Ergebnissen besteht. Ein Zusammenhang zwischen Schüttel-Abrieb und Mineralogie konnte ebenfalls hergestellt werden. Lediglich das Sandäquivalent stellte sich als nicht zielführend für die Bestimmung der Qualität der Feinanteile heraus. Die Ergebnisse der Schüttel-Abriebprüfungen des Füllers, der Serie E und F zeigen eine große Wertespreizung der 33 untersuchten Sande auf, wodurch eine sehr gute Differenzierung zwischen den einzelnen Sanden möglich ist. Die Schüttel-Abrieb-Ergebnisse des rückgewonnenen Sand- und Fülleranteils aus den Asphalten zeigen deutlich reduzierte Schüttel-Abriebwerte im Vergleich zu den Werten der ungebrauchten Sande. Dies wird auf die Hitzebeanspruchung bei der Asphaltproduktion zurückgeführt, ein zusätzlicher Einfluss des Lösemittels bei der Extraktion ist nicht auszuschließen. Weitergehende Untersuchungen im Rahmen dieses Forschungsprojektes bestätigten den Einfluss der Hitzeeinwirkung. Um die Wasserempfindlichkeit auf längere Sicht untersuchen zu können, wurden aus den 33 untersuchten feinen Gesteinskörnungen 15 ausgewählt, mit denen Asphaltversuche durchgeführt wurden. Dafür wurden Grundrezepturen eines AC 8 D S 25/55-55 A (15 unterschiedliche Varianten) und eines SMA 5 S 25/55-55 A (10 unterschiedliche Varianten) mit einer gleichbleibender groben Gesteinskörnung (Diabas) und Kalksteinmehl als Füller erstellt. Anschließend Labormischungen und Probeplatten hergestellt. Diese 25 Probeplatten wurden auf der B17 zwischen Augsburg und Landsberg am Lech in Bayern im Standstreifen eingebaut und werden in den nächsten Jahren von der BASt beobachtet. Zusätzlich wurde der Ringversuch des FGSV-Projektes „Bestimmung der Wasserempfindlichkeit von feinen Gesteinskörnungen mit dem Schüttel-Abriebverfahren – Durchführung eines Ringversuchs zur Ermittlung der Präzision unter Vergleichsbedingungen für feine Gesteinskörnungen einschließlich Bestimmung eines nationalen Bewertungshintergrundes“ [7] neu ausgewertet und die Unterschiede der Rohdichten analysiert. Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein Zusammenhang zwischen den in der Praxis eingebauten Asphaltdeckschichten und den Laborergebnissen zur Wasserempfindlichkeit festgestellt werden konnte. Hierbei zeigte sich, dass mit steigendem Schüttel-Abrieb – und somit ungünstiger Wasserempfindlichkeit – auch die Auffälligkeiten der Asphalte zunahmen. Auf Basis dieser Erkenntnisse lässt sich eine Empfehlung für einen Anforderungswert ableiten. Der in Bayern seit vielen Jahren geltende Anforderungswert erscheint grundsätzlich geeignet. Hier hat die Steine- und Erden-Industrie bewiesen, dass durch Optimierung der Produktion der Anforderungswert zielgerecht eingehalten werden kann. Seit über 10 Jahren wird auf Grundlage der Festlegungen der TL Gestein-StB [2] das Schüttel-Abriebverfahren bundesweit angewendet. Die in den Werken vorliegenden Erfahrungen sollten es unter Beachtung der Präzision des Prüfverfahrens ermöglichen, Sande mit einem Schüttel-Abriebwert der Serie E von max. 35 M.-% für die Asphaltproduktion zielsicher bereitzustellen.
• The fine aggregates (sands) are the essential component of the asphalt mortar. In order to optimise the properties of the asphalt mortar, suitable sands must be used. For this reason, this research project has set itself the goal of creating an evaluation background for the practice-oriented assessment of the water sensitivity of sands, including their inherent filler content. On this basis, requirement values can be defined. The investigation program included 33 crushed sands, which were examined both mineralogically and technologically for their water sensitivity. Furthermore, 36 stretches of road in Germany and Austria were visited in order to be able to examine the effects of the water sensitivity of the sands on the asphalt wearing course in practice. Ten conspicuous stretches were then selected from the 36 visited stretches, on which further investigations were carried out on expansion samples. A variety of tests were carried out on the 33 unused sands. In addition to conventional tests, such as particle size distribution, bulk density for filler and sand, grain shape and surface, mineralogical tests were also carried out. Special attention was paid to the water sensitivity responsive tests, such as the methylene blue value method, the sand equivalent and the shaking abrasion method on the sand asphalt specimen. The asphalt surface course of the ten selected stretches was examined in more detail by means of core sampling. These were assessed in terms of their external condition and the asphalt mix obtained was examined in more detail by means of conventional tests, such as void content, binder content and particle size distribution. Finally, shake abrasion tests and mineralogical investigations were carried out on the recovered fine aggregates. The results of the unused sands show that sands designated as critical in mineralogy also prove unfavourable in the water sensitivity-responsive tests. Thus, it could be shown that there is a correlation between the methylene blue value of the filler and the mineralogical results. A correlation between shake abrasion and mineralogy could also be established. Only the sand equivalent turned out not to be useful for determining the quality of the fines. The results of the shaking abrasion tests of the filler, the series E and F show a wide spread of values of the 33 sands investigated. This allows for a much better differentiation. The shake abrasion results of the recovered sand and filler fraction from the asphalts show significantly reduced shake abrasion values compared to the values of the unused sands. This is attributed to the heat stress during asphalt production; an additional influence of the solvent during extraction cannot be ruled out. Further investigations within the framework of this research project confirmed the influence of heat exposure. In order to be able to investigate the water sensitivity in the longer term, 15 of the 33 fine aggregates investigated were selected for asphalt tests. For this purpose, basic formulations of an AC 8 D S 25/55-55 A (15 different variants) and an SMA 5 S 25/55-55 A (10 different variants) were prepared with a constant coarse aggregate (diabase) and limestone powder as filler. Laboratory mixes and sample slabs were then produced. These 25 test slabs were installed in the hard shoulder on the B17 between Augsburg and Landsberg am Lech in Bavaria and will be monitored by BASt over the next few years. In addition, the round robin test of the FGSV project "Determination of the water sensitivity of fine aggregates with the shake abrasion method - performance of a round robin test to determine the precision under comparative conditions for fine aggregates including determination of a national evaluation background" [7] was re-evaluated and the differences in the raw densities were analysed. In summary it can be stated, that with the exclusion of other quality-relevant parameters, a correlation between the asphalt wearing courses installed in practice and the laboratory results on water sensitivity could be established. This showed that with increasing shake abrasion - and thus unfavourable water sensitivity - the abnormalities of the asphalts also increased. Based on these findings, a recommendation for a requirement value can be derived. The requirement value that has been in force in Bavaria for many years seems suitable in principle. Here, the stone and earth industry has proven that the requirement value can be met in a targeted manner by optimising production. This branch of industry thus makes a significant contribution to the quality of asphalt roads. For more than 10 years, the shaking abrasion method has been used nationwide on the basis of the specifications of the TL Gestein-StB [2]. The experience available in the plants should make it seem possible, taking into account the testing precision, to basically provide sands with a series E shake abrasion value of max. 35 wt.% for asphalt production.