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Ziel des Projekts war die Entwicklung einer lärmtechnisch optimalen Grindingtextur auf Grundlage existierender theoretischer Berechnungsmodelle und dem Einsatz optimierter Oberbetone.
Unter Einbeziehung der Erkenntnisse aus den [FE 08.0210/2010/ORB], [FE 08.0211/2011/OGB], [FE 08.0219/2012/IGB], den zusätzlich zu Testzwecken auf der A 92, der A 93 und der A 13 hergestellten Grinding- und Groovingtexturen, den im Labor für das Grinding entwickelten optimierten Betonrezepturen und den Texturen auf der ersten Erprobungsstrecke auf der A 12 wurden in Computersimulationen mit dem Rechenmodell SPERoN® Grindingtexturen mit optimalen lärmmindernden Eigenschaften entwickelt.
Nach kritischer Abwägung der theoretischen Berechnungen hinsichtlich der Anforderungen an die Dauerhaftigkeit und die zu erzielende Griffigkeit der Texturen wurden für eine zweite Erprobungsstrecke auf der A 5 drei verschiedene Grindingvarianten ausgewählt und auf drei verschiedenen Oberbetonen hergestellt.
In Zusammenarbeit mit der BASt wurden auf allen in die Untersuchungen einbezogenen Grindingabschnitten umfangreiche Untersuchungen zur Bestimmung der
- schalltechnischen Eigenschaften,
- anforderungsgerechten Griffigkeit,
- anforderungsgerechten Ebenheit,
- Dauerhaftigkeit der erzeugten Textur,
- Dauerhaftigkeit hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften des Oberbetons durchgeführt.
Aus den Ergebnissen aller untersuchten Streckenabschnitte lassen sich folgende Erkenntnisse ziehen:
Eine signifikante Lärmminderung durch das Grinding ist bei Einhaltung der vorab definierten Grindingparameter möglich. Der Einfluss der Oberbetone auf die Lärmentwicklung ist als eher gering einzustufen. Aus akustischer Sicht verhalten sich die Abschnitte der Erprobungsstrecken mit kombinierten Grinding- Grooving-Texturen neutral. Der Grindingvorgang sollte nicht zu früh nach der Betonherstellung erfolgen, damit nicht durch die geringe Anfangsfestigkeit des Oberbetons vermehrt Kornausbrüche verursacht werden. Ein langfristiges Monitoring zur Entwicklung des Lärm- und Griffigkeitsverhaltens und zur Dauerhaftigkeit der erzeugten Texturen ist notwendig.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem Titandioxid-Partikel im Abstreumaterial vermischt und auf die Fahrbahnoberfläche aufgebracht werden, um das durch die Abgase des Kraftfahrzeugs emittierte NOx möglichst schnell und effektiv abzubauen. Bei Voruntersuchungen wurden insgesamt acht TiO2-Produkte auf ihre photokatalytische Aktivität bezüglich des NO-Abbaus untersucht. Basierend auf den Ergebnissen der Voruntersuchungen wurde die TiO2-Variante, die die besten Ergebnisse hinsichtlich der NO-Eliminierung lieferte, für die Hauptuntersuchungen ausgewählt. Mit dieser TiO2-Variante wurden verschiedene TiO2-haltigen Gesteinskörnungen im Rahmen der Hauptuntersuchungen hergestellt und hinsichtlich der Festigkeit, des Polier- und Verschleißwiderstands sowie der Dauerhaftigkeit der photokatalytischen Eigenschaften durch systematische Untersuchungen optimiert. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass mit dem erarbeiteten Verfahren und für die hier untersuchten Abstreumaterialien ein langfristiger NO-Abbau auf Asphaltstraßen durch den Einsatz des TiO2 mit photokatalytischen Eigenschaften erzielbar ist. Damit ist ein wichtiger Schritt hin zur Herstellung des umweltfreundlichen Straßenbelags mit photokatalytischem Stickstoffdioxidabbau genommen.
APT with the mobile load simulator MLS10 towards non-destructive pavement structural analysis
(2019)
In 2014 a research program has been started about non-destructive test methods to evaluate the structure of pavements. This task has been given to two research groups - first research group is led by RWTH Aachen University (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule) and the second by University of Siegen. This paper focuses on the initial findings of the running research program. The assessment of the existing infrastructure and its condition will be one of the main tasks during the next years in order to use the available budget for maintenance accurately and efficiently. Therefore, it is necessary to identify possible damages and examine their effects on the road construction. BASt (Federal Highway Research Institute) is using the Mobile Load Simulator MLS10 for accelerated pavement testing (APT) on different types of pavements. In addition to non-destructive test methods, sensors are applied to measure structural impacts. The overall objective of this research program is to develop a non-destructive test method that allows the calculation of the remaining life time and load cycles of pavements. To simulate realistic wheel loads in a short period of time the MLS10 on German full scale standard pavement constructions has been used. The first pavement test section was loaded with 3 x 10 high 6 50 kN wheel loads while the second, thinner pavement test section was loaded with 3 x 10 high 5 50 kN wheel loads. Both loads are equivalent to the pavement design load. Three different strategies have been used to analyze and monitor structural changes. The innovative measurements have been realized by the two research groups to collect data for their models. The RWTH Aachen collected data with twelve geophones aligned in a row parallel to the wheel path. The geophones measure the entire vertical deflection basin of the pavement surface that exists due to the passing real truck wheels. These measurements were done for different truck speeds and at different transverse distances to the wheel path. The University of Siegen collected data by using acceleration sensors on the surface of the road construction. After recording the data they were integrated into displacement signals and evaluated. Additionally to those measurements BASt used conventional equipment to monitor the pavement structure and surface characteristics. The measurements and evaluation tools used for the innovation program have a high potential to validate APT programs in the future. Based on this research it is possible to start further research activities to push the non-destructive evaluation of pavements structures - not only in APT - into an improved direction.
Gegenwärtig verwendete Verfahren zur Substanzbewertung von Asphaltfahrbahnen beruhen vorwiegend auf der Analyse des Oberflächenzustandes, weshalb seit langer Zeit neue Verfahren, die eine zutreffendere Bewertung der Substanz ermöglichen, erforscht werden. Insbesondere Verfahren die auf der Messung der Tragfähigkeit der Straßenkonstruktion basieren stellen einen zentralen Forschungsgegenstand dar. Dabei beruht das Prinzip der Tragfähigkeitsbewertungen darin, über die gemessenen Einsenkungen unter definierter Belastung, Aussagen über die Steifigkeit des Gesamtaufbaues zu ermöglichen. Aus diesen Kennwerten können Aussagen zum Tragverhalten der Fahrbahnbefestigung abgeleitet werden. Es bleibt jedoch weiterhin offen, inwieweit klimatisch bedingte Faktoren wie die Fahrbahntemperatur das Tragverhalten im Verhältnis zu der verkehrlichen Beanspruchung beeinflusst und welche Auswirkungen dies auf die Ergebnisse der Tragfähigkeitsmessungen haben kann.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde eine Versuchsstrecke mit einer definiert geschädigten Asphalttragschicht angelegt, welche mit einem Monitoringsystem zur Überwachung von verschiedenen Fahrbahnkenngrößen ausgestattet wurde. Im Rahmen von turnusmäßigen zerstörungsfreien Tragfähigkeitsmessungen konnte unter Berücksichtigungen der bekannten klimatischen, verkehrlichen und strukturellen Randbedingungen der Zustand des fortgeschrittenen Substanzverlustes der Versuchsstrecke dokumentiert und bewertet werden.
Darüber hinaus wurden diese Erkenntnisse bei der Entwicklung eines Strukturmodells zur Bewertung der Tragfähigkeitsmessungen als Grundlage für die Validierung verwendet. Dieses Modell wurde verwendet, um verschiedene Aspekte der Wirkung des Substanzverlustes auf das Tragverhalten der Fahrbahn zu untersuchen. Hieraus konnte ein Bewertungshintergrund für Tragfähigkeitsmessungen und den verschiedenen Mechanismen des Substanzverlustes sowie der einwirkenden klimatischen Rahmenbedingungen abgeleitet werden.
