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asphalt 06/19

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16 Schwerpunkt:

16 Schwerpunkt: Verdichtung In der Asphaltbranche besteht die falsche Auffassung, dass sich der Verdichtungserfolg beim Einsatz selbstregelnder Walzen ganz automatisch einstellt. (Quelle: DAV/hin) Selbstregelnde Walzen – Teil 1 Hinweise zur Verdichtung von Asphalt Für Asphaltschichten werden beachtliche Nutzungszeiten gefordert, weshalb es u. a. darauf ankommt, nicht nur eine anforderungsgerechte, sondern auch eine möglichst gleichmäßige Raumdichte zu erzielen. Selbstregelnde Walzen leisten dazu in zunehmendem Maße einen beachtlichen Beitrag. In der Branche hat sich die Auffassung manifestiert, dass sich dabei der Verdichtungserfolg ganz automatisch einstellt. Mit dem vorliegenden, populärwissenschaftlich gehaltenen Artikel aus dem vom Deutschen Asphaltinstitut (DAI) veröffentlichten Artikel [12] wird der Frage nachgegangen, ob diese Annahme berechtigt oder zu relativieren ist und welche Möglichkeiten sich abzeichnen, um eine noch gleichmäßigere Raumdichte erzielen zu können. Von Dr.-Ing. Ronald Utterodt 6|2019

Schwerpunkt: Verdichtung 17 Einführung und Problemstellung Die ökonomischen Zukunftschancen einer Gesellschaft sind abhängig von der Leistungsfähigkeit des Verkehrssystems. Die überwiegend in Asphaltbauweise angelegten Verkehrswege bilden das Rückgrat für die Wirtschaftskraft einer Industrienation. Für Asphaltschichten werden in Deutschland – wie in vielen anderen Ländern auch – beachtliche Nutzungszeiten gefordert [7]. Die öffentlichen Haushalte können mittelfristig nur über die Verbesserung der Qualität – auch der Verdichtungsqualität der Asphaltstraßen – entlastet werden, weshalb neben der Planung vor allem der Ausführung der einzelnen Asphaltschichten besondere Aufmerksamkeit zuteilwerden muss. Folglich kommt es darauf an, nicht nur eine anforderungsgerechte, sondern auch eine möglichst gleichmäßige Raumdichte zu erzielen. Zu Beginn der 1980er-Jahre kam der Gedanke auf, den ubiquitären Abweichungen von einem vorgegebenen Walzschema mit dem Einsatz selbstregelnder Walzen zu begegnen, um Kornzertrümmerungen gezielt vermeiden zu können. Auch wenn heute die Möglichkeit besteht, dem Walzenfahrer die Lage und die Anzahl der Überfahrten fortlaufend grafisch anzuzeigen, so kann nur mit dem Einsatz dieser Verdichtungstechnologie sichergestellt werden, dass zum einen die Vibration nur innerhalb des für das jeweilige Asphaltmischgut zulässigen Temperaturbereiches genutzt und zum anderen der dynamische Anteil an der Verdichtungsenergie ausschließlich dort bereitgestellt wird, wo dieser (noch) erforderlich und reduziert wird, wo er überflüssig ist. Im vorliegenden Beitrag wird ausschließlich zu aktiv selbstregelnden Tandem-Vibrationswalzen referiert; die mit dem Einsatz der Oszillationstechnik stattfindenden und mitunter als passive Regelung bezeichneten Vorgänge sind nicht Gegenstand der Betrachtung. Mithilfe eines elektronischen Mess- und Regelsystems werden die veränderlichen Walzenparameter automatisch den Untergrundverhältnissen angepasst, um zu verhindern, dass mit zunehmender Steifigkeit der Die öffentlichen Haushalte können nur über die Verbesserung der Qualität entlastet werden, weshalb vor allem der Ausführung der einzelnen Asphaltschichten besondere Aufmerksamkeit zuteilwerden muss. Asphaltschicht die Bandage in den Sprungbetrieb geht, taumelt oder chaotische Bewegungen ausführt. Dabei bildet nach Thurner [9] die Bandage mit der zu verdichtenden Asphaltschicht und zunehmend mit dem Untergrund ein Interaktionssystem: Durch die Schwingungen der Bandage wird die Asphaltschicht ebenfalls in Schwingungen versetzt, die die Bandage wiederum in ihrem Bewegungsverhalten beeinflussen. Herstellerbedingt wird die Erregung der Bandage nach unterschiedlichen Regelkriterien auf die zu verdichtende Asphaltschicht eingestellt. Es ist hinlänglich bekannt, dass Mängel an der Unterlage, Inhomogenitäten des Asphaltmischgutes, eine ungenügende Steuerung des Einbau- und Verdichtungsprozesses, der Einsatz mangelhafter Einbau- und Verdichtungstechnik sowie die häufig anzutreffenden Fehleinstellungen an den Förderaggregaten des Asphaltfertigers und den Verdichtungsaggregaten der Bohle zu einer unterschiedlichen Vorverdichtung in Längs- und Querrichtung der eingebauten Asphaltschicht führen. Dessen ungeachtet besteht in der Branche die Auffassung, dass sich innerhalb der Grenzen des viskositätsabhängig zulässigen Temperaturbereiches eines Asphaltmischgutes der Verdichtungserfolg ganz automatisch einstellt. Mit dem vorliegenden Beitrag wird zunächst der Frage nachgegangen, ob diese Annahme berechtigt oder zu relativieren ist. Basierend auf dem Arbeitsprinzip des Additions-Kreisschwingers wird unter Ausnutzung des Verdichtungsgesetzes ein theoretischer Ansatz zur Steigerung der Verdichtungsqualität entwickelt. In der Folge wird von der Wirksamkeit der maschinentechnischen Abbildung 1: Schematische Darstellung des Arbeitsprinzips des ungeregelten Additions-Kreisschwingers: links – Massensubtraktion, rechts – Massenaddition. F Z,i Zentrifugalkraft, g Erdbeschleunigung, m B Masse der Bandage, m R anteilige Masse des Rahmens und der Aufbauten, m u,j Exzentermassen, r u,j Exzentrizitäten, a i Verstellwinkel, w Kreisfrequenz, i Zustand, j Index 6|2019

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