Es existieren erhebliche Diskrepanzen zwischen labortechnischen, analytischen und Feld-Performance-Untersuchungen bezüglich der Entwicklung verschiedener Zustandsgrößen (Schädigungen) von Asphaltbefestigungen in Abhängigkeit von der Zeit. Es gibt mehrere Gründe, weshalb sich die im Labor ermittelten Funktionen zur Beschreibung der Schadensentwicklung nicht mit den realen Entwicklungen in Übereinstimmung bringen lassen. Gegenwärtige Asphalt-Performance-Modelle können die Eigenschaftsänderungen von Baustoffen und Asphaltschichten in Abhängigkeit von Zeit, Verkehrsbelastung und Klima in der Regel nicht genau beschreiben. Daher kann die Schadensentwicklung von Asphaltbefestigungen mit diesen Modellen nur bedingt prognostiziert werden. Alterungsbedingte Veränderungen der Asphalteigenschaften wurden bislang nicht in die Modellbildung mit einbezogen, sodass bislang keine inkrementellen Methoden zur Berücksichtigung der alterungsbedingten Änderung der Materialkenngrößen existierten. Eine Berechnung der Auswirkungen der Materialveränderung durch Alterung auf die Schädigungsmechanismen erfordert eine Modellierung auf der Basis von Zeitinkrementen. Um solche Zeitinkremente sinnvoll einsetzen zu können, ist die Kenntnis der Änderungen der Asphalteigenschaften in Abhängigkeit von der Zeit erforderlich. Der Beitrag stellt Forschungsergebnisse zur Entwicklung und Validierung einer neuen inkrementellen Methode für mechanische Schädigungsmodelle von Asphaltbefestigungen vor. Diese Methode kann die inkrementellen Veränderungen der mechanischen und Performance-Eigenschaften von Asphalt berücksichtigen und somit die daraus resultierende Reaktion über den Verlauf der Nutzungsdauer beschreiben, was einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung eines neuen rechnerischen Prognoseverfahrens für die Nutzungsdauer von Asphaltbefestigungen darstellt.

Zur Prüfung fertiger Straßenbauleistungen werden Bohrkerne/Ausbauproben entnommen, die prinzipiell eine Schwächung der Straßenkonstruktion verursachen. Qualitativ minderwertige Verschlüsse von Bohrkernentnahmestellen führen häufig zu offenen Löchern in der Straßenbefestigung bzw. zu Schäden an der umgebenden Originalkonstruktion. Um eine fachgerechte und qualitativ hochwertige Ausführung des Verschlusses zu erzielen, wurden Recherchen zu unterschiedlichen Verfahren und Materialien durchgeführt und eine Auswahl von 14 Verschlussvarianten evaluiert. Die Varianten bestehen aus einem Deckschicht-/Deckenersatz und einer Unterkonstruktion. Sie wurden mit zweckmäßig modifizierten und angepassten Prüfverfahren hinsichtlich Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit unter zyklischer Last untersucht. Im Labor hergestellte Heißmischgutverschlüsse (HMG) sind dicht und ermöglichen einen guten Verbund zur Originalkonstruktion wohingegen im Labor hergestellte Kaltmischgutverschlüsse (KMG) undicht waren. Trotz gleichartiger Verdichtung sind die Oberflächenbilder zwischen den im Labor und den in situ hergestellten Verschlüssen unterschiedlich. Die Dauerhaftigkeitsprüfungen (zyklische Belastung) verformen die Bohrkernverfüllungen im Verlauf der Konsolidierungsphase unterschiedlich und korrelieren mit der Steifigkeit der Unterkonstruktion bzw. der Verdichtungswilligkeit der eingesetzten Materialien. Zwei Verschlussvarianten (HMG, KMG) wurden auf dem duraBASt in ein Versuchsfeld eingebaut und mit dem MLS30 belastet. Es wurden kontinuierlich Querebenheits- und FWD-Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem fachgerechten Verschluss der Bohrkernentnahmestelle keine Beeinträchtigung der Tragfähigkeit zu erwarten ist. Des Weiteren wurde ein Dokumentationskonzept entwickelt, das eine Georeferenzierung von Bohrkernentnahmestellen per GPS ermöglicht. In die Entnahmestelle werden RFID-Transponder eingesetzt, auf denen vor Ort Daten gespeichert und abgerufen werden können. Durch eine vorgesehene Verknüpfung der Entnahmestelle mit einer Datenbank kann auf weitere Daten des Asphaltaufbaus zugegriffen werden. Abschließend sind die Erkenntnisse in einem Entwurf für eine Verfahrensanweisung zusammenfassend dargestellt worden.

Teil 1: Literaturauswertung: Da zur Zeit kein einheitliches Untersuchungskonzept zur Bestimmung des Einflusses der Bruchflächigkeit von Edelsplitten auf die Standfestigkeit von Asphalten besteht, wurde eine Literaturstudie durchgeführt und mit dem Ziel ausgewertet, wissenschaftlich abgesicherte und eindeutige Erkenntnisse herauszuarbeiten. Die Literaturstudie erfolgte nach einem einheitlichen Schema z.B. hinsichtlich der Zielsetzung der Untersuchungen, der Art der Prüfung, der Art der Mischgutsorte, der Art der Asphaltzusammensetzung, der Art und Herkunft der Mineralstoffe, der Kornverteilung, des Bindemittelgehaltes etc. Da sich nur vier relevante Veröffentlichungen mit Asphalten aus Kiesedelsplitten auseinandersetzen und sich 14 auf Asphalttragschichten beziehen, wurde nach der Erfahrungssammlung aus dem bisherigen Stand der Prüfverfahren und Untersuchungsmethodik ein zielgerichtetes Konzept für eine Laboruntersuchung vorgeschlagen, die es ermöglichen soll, den Einfluss der Bruchflächigkeit von Edelsplitten auf die Standfestigkeit von Asphalten zu quantifizieren und wissenschaftlich abzusichern. Es wurde festgestellt, dass dieser Einfluss bisher in keiner Literaturstelle wissenschaftlich haltbar und eindeutig beantwortet wurde. Es ist ziemlich unwahrscheinlich, dass alle Einflussgrößen so genau erfasst und beurteilt werden können, dass daraus zielsicher auf die Standfestigkeit eines Asphaltes geschlossen werden kann. Was zur zielsicheren Herstellung von standfesten Asphalten fehlt, ist nicht das Mehr an gebrochener Oberfläche, sondern ein Prüfverfahren und die dazugehörigen Anforderungswerte, mit denen im Rahmen der Eignungsprüfung eine zuverlässige und praxisorientierte Beurteilung der Standfestigkeit von Asphalt möglich ist. Damit sollten auch Baustoffe und Baustoffgemische bestimmter Herkunft oder Zusammensetzung auf deren Eignung zur Herstellung standfester Asphalte zielsicher beurteilt werden können. Teil 2: Einfluss des Rundkornanteils auf die Scherfestigkeit von Gesteinskörnungen: Die Untersuchungen sollen zur Klärung beitragen, inwieweit Edelsplitte aus gebrochenem Kies mit unterschiedlichen Bruchflächenanteilen verwendet werden können, ohne die Verformbarkeit von Asphaltschichten wesentlich zu beeinflussen. Die Untersuchung wurde auf die bodenmechanische Fragestellung ohne Berücksichtigung des Einflusses des Bindemittels beschränkt. Verwendet wurden ungebrochene und gebrochene Terassenkiese vom Oberrhein, die im wesentlichen aus Quarzen, verschiedenen Kalksteinen, Kieselschiefern, Sandsteinen, kristallinen Gesteinen und dichten kieseligen Gesteinen bestehen. Es sind an Versuchsreihen mit unterschiedlich zusammengesetzten Korngemischen Dreiaxial- und CBR-Versuche bei verschiedenen Bruchflächenanteilen durchgeführt worden, um Beziehungen zwischen Druckspannungen bzw. CBR-Werten und Bruchflächenanteilen zu ermitteln. Für eine Versuchsreihe ist zudem die Beziehung zwischen dem Reibungswinkel j und dem Bruchflächenanteil bestimmt worden. Alle vier für die Überprüfung des Einflusses der Bruchflächen auf die Festigkeit von Korngemischen durchgeführten Versuchsreihen führen zu vergleichbaren ähnlichen Ergebnissen. Dreiaxialversuche wie auch CBR-Versuche zeigen mit zunehmendem Bruchflächenanteil ein Ansteigen der Druck- bzw. der Scherfestigkeit bis zu einem Maximalwert, der im Bereich des Bruchflächenanteils von 50 % bis 75 % liegt. Größere Anteile an Bruchflächen ergeben bei gleichen Versuchsbedingungen keinen Anstieg der Festigkeitswerte. Diese Aussage gilt ausschließlich für die untersuchten ungebundenen Mineralgemische bei vergleichbaren Versuchsbedingungen. Inwieweit ein Bindemittel z.B. Bitumen, diese Erkenntnisse beeinflussen könnte, ist nur durch eine ergänzende Forschungsarbeit zu beantworten.

Analysen von Klimasimulationen des Deutschen Wetterdienstes zur Ableitung zukünftiger Klimarandbedingungen haben gezeigt, dass es in Deutschland bereits in naher Zukunft zu einer Erwärmung kommen wird. Die Intensität der Zunahme ist dabei regional unterschiedlich und nimmt in ferner Zukunft noch einmal zu. Um negativen Folgen der klimatischen Änderungen entgegenzuwirken, wurden Materialanpassungen hinsichtlich der thermophysikalischen und lichttechnischen Materialeigenschaften bei der Konzeption und Herstellung klimaoptimierter Asphalte umgesetzt. Eine Optimierung der lichttechnischen Eigenschaften wurde durch die Verwendung heller Gesteinskörnungen (Quarzit) und von synthetischem Bindemittel mit Pigmenten erzielt. Bezüglich der thermophysikalischen Eigenschaften wurden Asphaltmischgüter mit erhöhter (Quarzit, Kalkstein) und verringerter Wärmeleitfähigkeit (EO-Schlacke) für alle Asphaltschichten konzipiert. An Probekörpern der konzipierten Asphaltmischgüter wurden die Strahlungsreflexionsgrade sowie die thermophysikalischen Materialeigenschaften messtechnisch ermittelt. Anschließend fand eine praxisgerechte thermische Beanspruchung im Laboratorium an 24 cm dicken Asphaltaufbauten in einer Versuchsanlage zur Simulation der Globalstrahlung statt. Hierbei wurden Temperaturgradienten durch Messungen in verschiedenen Tiefen ermittelt. Zusätzlich wurde ein vereinfachtes eindimensionales Finite-Elemente-Modell erstellt, an dem Sensitivitätsanalysen zu thermophysikalischen Eigenschaften sowie Vergleiche zu den Laborergebnissen durchgeführt wurden. Erwartungsgemäß erreichten die Varianten mit heller Deckschicht und Gesteinskörnung mit höherer Wärmeleitfähigkeit die geringsten Erwärmungen im Asphaltoberbau. Der Temperaturanstieg in der ATS ist dabei abhängig von den Wärmeleitfähigkeiten der ABS und ATS. Abschließend wurden Asphalt- und Bindemittelprüfungen zur Bestimmung und Beurteilung der Performance der konzipierten Asphalte durchgeführt.

Der Artikel beschreibt Forschungsuntersuchungen von einer Neugestaltung der Asphaltarten- und Asphaltsorten in Bezug zu ihrer thermophysikalischen und Lichttechnischen Eigenschaften. Dies it insbesondere aufgrund des Klimawandels notwendig, da bisherige Asphaltoberbaukonstruktionen sich mit zunehmender Temperatur verformen.