CD-Labor für gebrauchsverhaltensorientierte Optimierung flexibler Straßenbefestigungen

01.07.2002 - 30.06.2010
Forschungsförderungsprojekt
Für die Beurteilung der Eigenschaften von Asphalt sind Methoden und Modelle zur Bestimmung von Schlüsselparametern zur Beschreibung des Kriechverhaltens (Spurrillenbildung), des Tieftemperaturreißens und des Ermüdungsverhaltens erforderlich. Asphalt ist durch ein komplexes thermo-rheologisches Materialverhalten gekennzeichnet, wobei die geringe Zähigkeit von Asphalt bei hohen Temperaturen (T >135 °C) für den qualitativ hochwertigen Einbau- und Verdichtungsvorgang von Asphaltlagen essentiell ist. Wenn die Oberfläche der Straße an heißen Sommertagen 70 °C erreicht, sollte die Zähigkeit wesentlich größer sein, um die Bildung von Spurrillen zu vermeiden. Der wünschenswerte Anstieg der Zähigkeit mit sinkender Temperatur ist bei tiefen Temperaturen (T < 0 °C) wiederum von Nachteil, wodurch es bei nicht ausreichender Zähigkeit zum Tieftemperaturreißen kommen kann. Die Optimierung der Eigenschaften von Asphalt für die verschiedenen Temperaturbereiche ist das Ziel der Arbeiten am Christian Doppler Laboratorium ¿Gebrauchsverhaltensorientierte Optimierung flexibler Straßenoberbauten¿ (TU Wien). Bei der Optimierung von Mehrphasenwerkstoffen wie Asphalt können drei Arten unterschieden werden: 1. Variation der Mischungsverhältnisse (z.B. Bitumen/Aggregat-Verhältnis), 2. Wahl der geeigneten Bestandteile (z.B. verschiedene Arten von Bitumen und/oder Füller) und 3. Zugabe von Additiven (z.B., Polymere zur Veränderung des Verhaltens von Bitumen). Im Rahmen dieses Forschungsprojektes soll ein Mehrskalenmodell für Asphalt entwickelt werden. Eingangsgrößen für dieses Modell sind die Menge und die Art der Bestandteile (Bitumen, Füller, Aggregate), wodurch eine Anwendung des Materialmodells auf die verschiedenen, aus der Optimierung hervorgehenden Asphaltmischungen, möglich ist. Das Mehrskalenmodell für Asphalt ist durch die Einführung von vier zusätzlichen Ebenen der Betrachtung unterhalb der makroskopischen Ebene gekennzeichnet: (i) die Bitumen-Ebene (Asphaltene und Maltene), (ii) die Mastix-Ebene (Bitumen + Füller), (iii) die Mörtel-Ebene (Mastix + Aggregate mit ø < 2 mm) und (iv) die Asphalt-Ebene (Mörtel + Aggregate mit ø > 2 mm). Auf jeder Ebene der Betrachtung werden die Merkmale (Struktur und Eigenschaften) der Bestandteile berücksichtigt. Zusätzlich können Veränderungen der Eigenschaften innerhalb einer Ebene der Betrachtung zufolge Belastung und/oder Umwelteinflüsse auf der entsprechenden Ebene der Betrachtung berücksichtigt werden. Das Ziel des Mehrskalenmodells ist die Ermittlung von makroskopischen Materialkenngrößen (Schlüsselparameter), die als Eingangsgrößen für die makroskopische Simulationen von flexiblen Straßenoberbauten dienen. Für die Bestimmung der makroskopischen Kenngrößen sollen geeignete Homogenisierungsverfahren entwickelt werden, die mittels sogenannter Verifikationsversuche überprüft werden. Zusätzlich zu den Verifikationsversuchen dienen Identifikationsversuche zur Bestimmung der Materialeigenschaften auf den verschiedenen Ebenen der Betrachtung. Basierend auf dem hybriden Charakter der Forschungsarbeit (theoretische Arbeit auf dem Gebiet der Homogenisierungsverfahren und experimentelle Arbeit, die hauptschächlich im Laboratorium des Instituts für Straßenbau und Straßenerhalten durchgeführt wird) können Schlüsselparameter für die Bestimmung des Risikos von Tieftemperaturreißen, Ermüdungsversagen, und Spurrillenbildung entwickelt und bestimmt werden.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungsmittel

  • Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG)

Forschungsschwerpunkte

  • Computational Science and Engineering
  • Materials and Matter

Schlagwörter

DeutschEnglisch
flexible Straßenbefestigungflexible pavements
Asphaltasphalt
Mehrskalenmodellmultiscale modeling
Mikromechanikmicromechanics
HomogenisierungHomogeneization

Externe Partner_innen

  • ENVIRO OEG Environmental Research Group
  • Institut für Verkehrswissenschaften