Ralf Roos, Plamena Plachkova-Dzhurova, Simon Schwarzmann

• Das Ziel des Projektes war es, zuverlässige Kenngrößen für die Praxis abzuleiten, um Volumeneigenschaften wie Raumdichte, Hohlraumgehalt und Verdichtungszustand von offenporigen Asphalten treffsicher zu bestimmen und damit das Mischgut zielgerichteter zu konzipieren und genauer beschreiben zu können. Dafür wurde ein entsprechendes Untersuchungsprogramm aufgestellt, um zum einen das bisher nach Regelwerk für offenporigen Asphalt anzuwendende Ausmessverfahren nach den TP Asphalt-StB, Teil 6 zu evaluieren, sowie alternative Verfahren zur Raumdichtebestimmung weiterzuentwickeln respektive auf deren Praxistauglichkeit hin zu überprüfen. Dabei sollten vor Allem die Einflüsse aus der Oberflächenbeschaffenheit, der Prüfdicke aber auch der Art der Probekörperherstellung berücksichtigt werden. Für die Untersuchungen wurden sechs Asphaltmischgüter PA 8 aus Baumaßnahmen in den Jahren 2020 und 2021 einbezogen. Um Einflüsse aus der Oberfläche (Rauheit) und aus der Dicke der Probekörper abschätzen zu können, wurden sowohl zylindrische Probekörper aus walzsektorverdichteten Asphalt-Probeplatten, als auch Marshall-Probekörper und Bohrkernproben aus der fertigen Schicht mit unterschiedlich geschliffenen Oberflächen sowie in variierenden Dicken hergestellt und verglichen. Durch die Einbeziehung der Bohrkernproben konnte ein direkter Vergleich zu den Verhältnissen in situ erfolgen. Neben der konventionellen Bestimmung der Raumdichte mittels Verfahren D nach den TP Asphalt-StB, Teil 6 wurden folgende alternative Prüfungen durchgeführt: • ASTM D6752/D6752M-18, Bestimmung der Raumdichte durch Vakuumabdichtung. • Bestimmung der Raumdichte durch 3-D Scan („HandyScan“) • TP Asphalt-StB Teil 19, Durchlässigkeit von Asphalt-Probekörpern Das Ausmessverfahren hat einige Nachteile: neben möglicher Messungenauigkeiten beim Anlegen des Messschiebers beeinflussen die Form, die Geometrie und die Beschaffenheit des Probekörpers die Raumdichte. Äußere, herstellungsbedingte Hohlräume können nicht ausgeschlossen werden und verfälschen das Ergebnis. Bei dem Verfahren nach dem US-amerikanischen Regelwerk ASTM D6752/D6752M-18 wird ein Asphaltprobekörper unter Vakuum in einem Kunststoffbeutel luftdicht verpackt und im Wasserbad gewogen. Über das sog. spezifische Raumgewicht unter Wasser kann die Raumdichte des Probekörpers bestimmt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht unter anderem darin, dass sich die Kunststofffolie um die äußeren Hohlräume legt, so dass diese hier berücksichtigt werden können. Das Verfahren mit Vakuumabdichtung ist potentiell auch weniger anfällig für Messungenauigkeiten, was sich auch in den unter Widerholbedingungen ermittelten niedrigen Spannweiten widerspiegelt. Die Raumdichten, die nach ASTM bestimmt werden, sind grundsätzlich größer als die aus dem Ausmessverfahren, da das berücksichtigte Volumen auf Grund des Ausschlusses der Oberflächenhohlräume kleiner gemessen wird als beim Ausmessen. Eine Abhängigkeit von der Probekörperhöhe und der Rauigkeit wurde im Rahmen von Regressionsanalysen für die verschiedenen Probekörperarten bestätigt. Das Verfahren nach ASTM ist dabei deutlich robuster gegenüber variierenden Abmessungen und wechselnden Probekörpertexturen. Die Prüfung der Wasserdurchlässigkeit nach den TP Asphalt-StB, Teil 19 erwies sich als sehr aufwendig im Sinne der benötigten Zeit und des eingesetzten Materials. Es ergaben sich im Rahmen von statistischen Auswertungen große Streuungen zwischen den unterschiedlichen Probekörpern und keine systematischen Zusammenhänge. Dadurch ist das Verfahren auch nicht geeignet, um indirekt den Hohlraumgehalt bei offenporigen Asphalten respektive die Raumdichte oder den Verdichtungszustand anzusprechen. Dadurch zeigt sich noch mal deutlich, dass die Hohlraumstruktur von Probekörpern verschieden sein kann und somit auch das Durchflussverhalten abweicht. Die Bestimmung der Raumdichte durch 3D-Scans an ausgewählten Probekörpern hat gezeigt, dass die Morphologie der Probekörper grundsätzlich gut erfasst werden kann, jedoch dass die Auswertung der Daten sehr zeitaufwendig und aktuell noch fehleranfällig ist. Der 3D-HandyScan kann zukünftig ein hilfreiches Verfahren sein, ist jedoch für den regelmäßigen Einsatz in der Praxis aktuell noch nicht ausgereift. Als wichtige Empfehlungen für die zukünftige Bestimmung der Raumdichte werden eine einheitliche Dicke der Probekörper von z. B. 30 mm, die Herstellung von Probekörpern aus WSV-Platten sowie die Implementierung der Raumdichtebestimmung nach ASTM ins nationale Regelwerk vorgeschlagen.
• The aim of the project was to derive reliable parameters for practical use in order to accurately determine volume properties such as bulk density, void content and compaction state of porous asphalts and thus to design the mix in a more targeted manner and to be able to describe it more precisely. For this purpose, a corresponding investigation program was set up in order to evaluate the measuring method according to the TP Asphalt-StB, Teil 6, which has been applied so far according to the regulations for porous asphalt, as well as to further develop alternative methods for determining the density and to check their suitability in practice. In particular, the influences of the surface condition, the thickness of the specimens and the type of specimen production should be taken into account. Six PA 8 asphalt mixes from construction projects in 2020 and 2021 were included for the investigations. In order to be able to estimate influences from the surface (roughness) and from the thickness of the test specimens, cylindrical test specimens were produced from asphalt test plates compacted in the rolling sector, as well as Marshall test specimens and drill core samples from the finished layer with differently ground surfaces and in varying thicknesses and compared. By including the drill core samples, a direct comparison to the conditions in situ could be made. In addition to the conventional determination of the bulk density by means of Verfahren D according to the TP Asphalt-StB, Teil 6, the following alternative tests were carried out: • ASTM D6752/D6752M-18, Determination of bulk density by vacuum sealing. • TP Asphalt-StB Teil 19, Permeability of asphalt test specimens • Determination of space density by 3-D scan (“HandyScan”) The measuring method has some disadvantages: in addition to possible measurement inaccuracies when applying the caliper, the shape, geometry and condition of the specimen influence the density. External cavities caused by manufacturing cannot be excluded and falsify the result. In the procedure according to the U.S. standard ASTM D6752/D6752M-18, an asphalt specimen is packed airtight in a plastic bag under vacuum and weighed in a water bath. The bulk density of the specimen can be determined via the so-called specific gravity under water. The advantage of this method is, among other things that the plastic film lays down in the outer cavities, so that these can be taken into account here. The method with vacuum sealing is also potentially less susceptible to measurement inaccuracies, which is also reflected in the low spans determined under repeatability conditions. The densities determined according to ASTM standard are generally greater than those obtained by the measurement method, since the volume taken into account is smaller than that obtained by the measurement method due to the exclusion of surface voids. A dependence on specimen height and roughness was confirmed in regression analyses for the different specimen types. The ASTM method is clearly more robust to varying dimensions and changing specimen textures. The water permeability test according to the TP Asphalt-StB, Teil 19, proved to be very costly in terms of the time required and the material used. statistical evaluations revealed large scattering between the different specimens and no systematic correlations. As a result, the method is not suitable for indirectly addressing the void content of porous asphalts or the density or compaction state. This again clearly shows that the void structure can differ from specimens and thus also the flow behaviour. The determination of the bulk density by 3D scans on selected specimens has shown that the morphology of the specimens can basically be recorded well, but that the evaluation of the data is very time-consuming and currently still prone to errors. The 3D-HandyScan can be a helpful method in the future, but it is not yet mature enough for regular use in practice. As important recommendations for the future determination of the bulk density, a uniform thickness of the test specimens of e.g. 30 mm, the production of test specimens from asphalt test plates compacted in the rolling sector sheets as well as the implementation of the bulk density determination according to ASTM standard into the national regulations are proposed.