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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
Josef Eberhardsteiner
(E202)
Projektmitarbeiter_innen
Elisabeth Gudrun Aigner
(E202)
Dominik Dejmek
(E202)
Andreas Fritsch
(E202)
Josef Füssl
(E202)
Christoph Hackspiel
(E202)
Andreas Jäger
(E202)
Christoph Kohlhauser
(E202)
Roman Lackner
(E202)
Olaf Lahayne
(E202)
Christian Schranz
(E202)
Institut
E202 - Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen
Förderungsmittel
Christian Doppler Forschungsgesells (National)
Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG)
Forschungsschwerpunkte
Computational Science and Engineering
Materials and Matter
Schlagwörter
Deutsch
Englisch
flexible Straßenbefestigung
flexible pavements
Asphalt
asphalt
Mehrskalenmodell
multiscale modeling
Mikromechanik
micromechanics
Homogenisierung
Homogeneization
Externe Partner_innen
ENVIRO OEG Environmental Research Group
Institut für Verkehrswissenschaften
Publikationen
Publikationsliste