32 Schwerpunkt: Verdichtung Der zweite Teil des Beitrages widmet sich der maschinentechnischen Umsetzung des theoretischen Ansatzes sowie der systematischen Untersuchung zur Wirksamkeit des AAC-Systems. (Quelle: DAV/hin) Selbstregelnde Walzen – Teil 2 Hilfestellung bei der 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 zweiten Teil des Beitrages werden die maschinentechnische Umsetzung des theoretischen Ansatzes vom ersten Teil untersucht und systematische Untersuchungen zur Wirksamkeit des AAC-Systems vorgelegt. Von Dr.-Ing. Ronald Utterodt Zur Beantwortung der Frage, inwieweit selbstregelnde Walzen in der Lage sind, große Unterschiede aus der Vorverdichtung auszugleichen, sei vereinbart, dass die Verdichtung in einem definierten Bereich der Kerntemperatur der zu verdichtenden Asphaltschicht ausgeführt wird und sich der variable Erregerfaktor ƒ err in Abhängigkeit von deren zunehmender Steifigkeit schrittweise verringert. Die Steifigkeit einer Asphaltschicht nimmt während des Walzens bei anforderungsgerechter Tragfähigkeit der Unterlage sowohl mit der Verspannung des Korngerüstes als auch mit der Abnahme der Kerntemperatur zu. Wohl wissend, dass die Raumdichte einer Asphaltschicht nur bedingt mit deren Steifigkeit korreliert [10, 1], weil sowohl material- und maschinen- als auch verfahrenstechnische Einflüsse die Wechselbeziehung erheblich beeinflussen, soll im Rahmen dieser Abhandlung vereinfachend unterstellt werden, dass sich die Regelung der Walze ausschließlich an der Raumdichte der zu verdichtenden Asphaltschicht orientiert. Wird demzufolge ein Zielwert – beispielsweise ρ (k = 0,98) der Marshall-Raumdichte – erreicht oder überschritten, soll die Vibration automatisch auf einen unteren Grenzwert zurückgenommen werden. Solange sich das Verdichtungssystem noch im selbstregelnden Modus befindet, kann die Vibration nicht auf Null gestellt wer- 7|2019
Schwerpunkt: Verdichtung 33 den. Für die weiteren Betrachtungen sei außerdem vereinbart, dass die kleinstmögliche Amplitude zur Erzeugung eines Messwertes 15 % der maximal möglichen Erregeramplitude beträgt und somit der variable Erregerfaktor ƒ err den Wert 0,15 nicht unterschreitet. Das Zusammenspiel zwischen angebotener und konsumierter Verdichtungsenergie ist hochkomplex. Stark vereinfachend soll weiterhin angenommen werden, dass für die Verdichtungswirkung lediglich die Linienlast LL mit ihren statischen und dynamischen Anteilen (LL stat , LL dyn ) relevant sei. Der hier eingeführte variable Erregerfaktor ƒ err wirkt über die Beeinflussung des dynamischen Anteils der Verdichtungsenergie auf den Faktor ƒ E der von der Walze pro Walzübergang angebotenen Energie E ein: E = ƒ w · E 1 · ƒ E (1) mit ƒ E = LL stat + LL dyn,max · ƒ err LL ¯ ( 2) und LL = LL stat + LL dyn,max · (3) Der Faktor ƒ w in Gl. (1) gilt jeweils für einen Walzübergang, also für zwei Bandagenübergänge und soll abhängig vom Verdichtungsmodus folgende Werte annehmen: • 3,0 im statischen Betrieb, • 7,7 im Vibrationsbetrieb einer ungeregelten Walze und • 11,3 im Vibrationsbetrieb einer geregelten Walze (Maximalwert). Mit Hilfe der Abb. 3 und der korrespondierenden Tab. 1 soll der Einfluss der ungeregelten und geregelten Verdichtung auf die Gleichmäßigkeit der Endraumdichte anhand der Linien 2.1 und 2.3 aus der Abb. 2 verdeutlicht werden, die sich in den Anfangsraumdichten ρ 0,i um 0,194 g/cm³ unterscheiden. Um die Entwicklung der Verdichtung möglichst realitätsnah darstellen zu können, ist der erste Walzübergang grundsätzlich statisch auszuführen. Im Fall der ungeregelten Walze folgen fünf dynamische Walzübergänge, bevor die Verdichtung mit zwei statischen Walzübergängen abgeschlossen wird. Die selbstregelnden Walzen setzen nach dem einleitenden statischen Walzübergang die Verdichtung mit dynamischen Walzübergängen unterschiedlicher Energie fort. Wird eine Raumdichte ρ ≥ 2,200 g/cm³ erreicht, soll der variable Erregerfaktor ƒ err von Walzübergang zu Walzübergang fortlaufend automatisch um 8 % reduziert werden, bis der Zielwert ρ (k = 0,98) = 2,381 g/cm³ erreicht oder überschritten wird. Anschließend ist – der paarweisen Betrachtung der Messwerte geschuldet – die Walze weiter vibrierend im Messmodus zu betreiben oder die dynamische Verdichtung zu beenden. Bei einer angenommenen Anfangsraumdichte ρ 0,2.3 = 2,138 g/cm³ des schwer verdichtbaren Asphaltmisch gutes C 2 = 30 [42 Nm] sind mit einer ungeregelten Walze (schwarze Linien) ein statischer und vier dynamische Walzübergänge erforderlich, um mit der Dichte ρ 2.3 (n = 5) = 2,383 g/cm³ das Dichteniveau ρ (k = 0,98) = 2,381 g/cm³ gewährleisten zu können. Aufgrund der geringeren Anfangsraumdichte ρ 0,2.1 wird das geforderte Dichteniveau erst nach einem statischen, fünf dynamischen und zwei abschließenden statischen Walzübergängen erreicht und überschritten: ρ 2.1 (n = 8) = 2,386 g/cm³. Bei paarweiser Betrachtung sind notwendigerweise in beiden Fällen drei statische und fünf dynamische Walzübergänge auszuführen, was zur Folge hat, dass die Dichte ρ 2.3 von 2,383 g/cm³ weiter auf 2,426 g/cm³ ansteigt. Der zwischen den beiden Anfangsraumdichten ρ 0,2.1 und ρ 0,2.3 bestehende Dichteunterschied von 0,194 g/cm³ (Δk 0 = 8,00 %) wird mit insgesamt acht Walzübergängen auf Δρ (k ≥ 0,98) = 0,040 g/cm³ (Δk = 1,64 %) abgebaut. Beim Einsatz einer selbstregelnden Walze, deren maximale Verdichtungsenergie nicht begrenzt ist (rote Linien), sind nach einem ersten statischen Walzübergang (schwarzer Linienzug) aufgrund des höheren Leistungsangebotes nur drei dynamische Walzübergänge erforderlich, um die Anfangsraumdichte ρ 0,2.3* = 2,138 g/cm³ auf Abbildung 1: Schematische Darstellung zum Zusammenhang zwischen Regelungsdauer und zurückgelegtem Weg der Bandage bei geregeltem Betrieb eines Additions-Kreisschwingers. Steifigkeit und Dämpfung zwischen Rahmen und Bandage sowie die Spannungsausbreitung im elastisch-isotropen Halbraum unter der Bandage sind nicht dargestellt. c A,i Dämpfung, k A,i Steifigkeit, s reg während der Regelung zurückgelegter Weg der Bandage, t reg Regelungsdauer, v w Walzgeschwindigkeit (bereits in Teil I veröffentlicht, zum besseren Verständnis hier noch einmal) 7|2019
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