Verhalten von ‚Halbstarren Deckschichten‘ bei statischer und dynamischer Beanspruchung

Kurzfassung

Verhalten von Halbstarren Deckschichten bei statischer und dynamischer Beanspruchung

Halbstarre Deckschichten (HD) werden zur Herstellung von Verkehrs- und Industrieflächen mit hohen statischen und/oder dynamischen Lasten eingesetzt. HD bestehen aus einem hohlraumreichen Asphalttraggerüst, das mit einem hydraulischen Mörtel verfüllt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die rheologischen Eigenschaften sowie das mechanische Verhalten von HD bei dynamischer Belastung untersucht.

Zur Ansprache der rheologischen Eigenschaften wurde der einaxiale Kriechversuch mit statischer Druckbelastung eingesetzt. Die Ergebnisse wurden hinsichtlich der elastischen, viskosen und plastischen Verformungsanteile analysiert. Es wurde ein wesentlicher Einfluss des im Traggerüst der HD enthaltenen Bitumens auf das Verformungsverhalten festgestellt. Abschließend wurden die Ergebnisse zur Kalibrierung eines rheologischen Modells verwendet, mit dem das Verformungsverhalten von HD bei einaxialer statischer Belastung beschrieben werden kann. Das Materialverhalten bei dynamischer Belastung wurde mit Hilfe des Spaltzugschwellversuchs in kraftgeregelter Belastungsweise untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine Abhängigkeit der Steifigkeit des Materials von der Temperatur und Belastungsfrequenz, was auf einen maßgeblichen Einfluss des Bitumens im Asphalttraggerüst von HD auf das Verhalten bei zyklischer Belastung schließen lässt. Weiterhin wurde der Spaltzugschwellversuch zur Beurteilung des Ermüdungsverhaltens von HD eingesetzt.

Die Ergebnisse deuten auf einen maßgeblichen Einfluss der Bitumeneigenschaften auf den Ermüdungswiderstand von HD hin. Auf Grundlage der Untersuchungsergebnisse werden abschließend Empfehlungen für die Annahme von Materialkennwerten für die rechnerische Dimensionierung von Straßenbefestigungen mit HD gegeben.

Abstract

Behaviour of semi flexible toppings with regard to static and dynamic loading

Semi flexible toppings (SFT) are applied as surface course material for areas with high static and/or dynamic loading such as industrial floors and heavily trafficked road pavements. SFT consist of an open graded asphalt filled with a cement based mortar. Within the scope of this work the rheological characteristics and the mechanical behaviour of SFT under dynamic loading were analysed.

In order to characterise the rheological behaviour of SFT uniaxial creep testing with static compression load was applied. The results were analysed to determine the elastic, viscous and plastic properties. It was found that similar to a conventional asphalt the bitumen contained in the open graded asphalt of the SFT has a significant effect on the deformational behaviour. On basis of the experimental results a rheological model was chosen and calibrated in order to describe the uniaxial deformational behaviour of SFT.

To evaluate the mechanical behaviour of SFT under dynamic loading cyclic indirect tensile testing was performed in stress controlled mode. The results show that the material’s stiffness highly depends on the temperature and loading frequency. This indicates a decisive influence of the bitumen contained in the SFT on the mechanical properties under cyclic loading. Further, to evaluate the fatigue performance of SFT, fatigue testing was performed using cyclic indirect tensile testing. A significant correlation between the type of bitumen of the SFT and the resistance to fatigue was found out.

Based on the results obtained in this work recommendations for the assumption of mechanical properties for the analytical design of road pavements with SFT are given.