Key words
(German)
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Fugenabdichtungen, Langzeitverhalten, Fugenfüllmaterialien, Heissvergussmasse, Heiss verarbeitbare Fugenmassen
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Key words
(English)
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Joint sealing, long-term behaviour, joint sealants, hot applied joint sealants
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Alternative project number
(German)
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22/91
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Short description
(German)
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Im Massstab 1:1 werden vergleichende Feldprüfungen an einem extrem befahrenen und klimatisch stark beanspruchten Autobahnabschnitt im Kanton Uri mit verschiedenen Fugenabdichtungsmassen durchgeführt. Zwecke: Erfassung des Langzeitverhaltens von Fugenabdichtungsmassnahmen auf einer Versuchsstrecke; Überprüfen der Praxisrelevanz von Laborprüfungen; Korrelation zwischen Laborergebnissen und Praxisverhalten
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Short description
(English)
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Comparative field checks will be carried out on a 1:1 scale on a climatically strongly exposed heavy duty motorway section in canton Uri with several polymerbitumen joint sealants.
The aims of the project cover:
- Monitoring of the long-term behaviour of polymerbitumen joint sealants on a test section
- Verification the practical relevance of laboratory tests
- Correlation between laboratory results and field performance
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Project description
(German)
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Die vorliegende Arbeit umfasst die Ermittlung objektspezifischer Daten während des Einbaus der Fugenvergussmassen einschliesslich Lanzeitbeobachtung von Zustandsveränderungen mittels Laboruntersuchungen und visueller Beurteilung vor Ort.
Auf einer extrem befahrenen und klimatisch stark beanspruchten Autobahnstrecke aus Beton in Uri wurden von unterschiedlichen Unternehmungen sieben verschiedene Fugensysteme eingebaut. Gleichzeitig wurden je vier Fugenmodellkörper vergossen und als zusätzliche Bewitterungsprüfkörper zwecks späterer Laboruntersuchungen am Strassenrand plaziert. Während des Einbaus wurden die Bedingungen genau erfasst und protokolliert. Die Einbaumaterialien vor und nach dem Einbau sowie im Betrieb bis 5 Jahren wurden untersucht, um den Alterungseinfluss infolge Einbau und Witterung zu verfolgen. Zudem wurde der Zustand der Fugen hinsichtlich allfälliger Schäden nach 1, 2.5 und 5 Jahren durch Experten visuell beurteilt. Um Auskünfte über die Grössenordnung der Bewegungen und Temperaturen der Betonplatten im Fugenbereich zu erhalten, wurde die Versuchstrecke überdies mit speziellen Messeinrichtungen bestückt.
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Methods
(German)
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siehe Arbeitsprogramm
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Special tools and infrastructure
(German)
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siehe ausführliche Projektbeschreibung
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Overview of own research activities
(German)
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- EMPA-Forschungsarbeit FA6/90 (Bericht-Nr. 370) [L2]
- EMPA-Forschungsarbeit "Einbau und Langzeitverhalten von Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen" [L6]
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Project aims
(German)
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Die Ziele der vorliegenden Arbeit umfassen einerseits die Untersuchungen des Einflusses der Materialeigenschaft im Anlieferungszustand, der Einbaumethode und der Alterung durch den Einbau sowie im Betrieb auf die Dauerhaftigkeit und anderseits die Untersuchungen der Aussagekraft der Laboruntersuchungen in bezug auf das Praxisverhalten von Fugenvergussmassen am Objekt während fünf Jahren. Zusammen mit den Erkenntnissen aus einer vorangegangenen Forschungsarbeit "FA6/90, Bericht-Nr. 370, Polymerbitumen-Fugendichtungsmassen; Prüfmethoden aufgrund von Laboruntersuchungen" sollen damit fundierte Grundlagen geschaffen werden, um nicht nur die Dauerhaftigkeit der Fugenvergussmassen zu fordern, sondern auch die Revision der erwähnten Schweizer Normen sowie die europäische Normierung zu unterstützen.
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Project aims
(English)
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The objectives of this study were twofold, firstly to investigate the influence of the material properties in the as-delivered condition, the installation method and ageing due to the installation process as well as the durability of the joint during use, and secondly to examine the relevance of laboratory studies with regard to the behaviour of joint sealants in practice by monitoring the object over a period of five years. Together with the findings from a previous research study "FA6/90, report No. 370, polymer bitumen joint sealant; testmethods" the objective was to create a sound basis not only for ensuring the durability of joint sealants but also to provide useful material for the revision of the Swiss standards and for the European standardization procedure.
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Research agenda
(German)
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Folgende Arbeiten wurden ausgeführt:
• Objekteinbau: 7 Fugenvergussmassen-Systeme wurden im Massstab 1:1 durch 7 Bauunternehmungen bei gleichen Witterungsbedingungen auf der Versuchsstrecke eingebaut. Jede Bauunternehmung baute nach eigener Einbaumethode zehn Fugen (Fugenbreite: 12mm, Fugentiefe: 20mm, Fugenlänge: 7.5m) ein.
• Einbaudaten: Während des Einbaus wurden alle Einbauabläufe und Einbaubedingungen gemäss Einbau-Protokoll erfasst und registriert.
• Herstellen von Fugenmodellkörpern: Parallell zu Einbau hat jede Unternehmung vier Fugenmodellkörper (Fugenbreite: 12mm, Fugentiefe: 20mm, Fugenlänge: 1m) hergestellt, die am Rande der Versuchsstrecke als zusätzliche Bewitterungsmuster für die Laboruntersuchungen gelagert wurden.
• Einbau von Messeinrichtungen: Zur Beurteilung des Praxisverhaltens der Fugen wurden Messeinrichtungen zur Langzeiterfassung der horizontalen Fugenbewegungen (sechs Fugen) sowie der Fugen- und Lufttemperaturen installiert.
• Visuelle Beurteilung des Fugenzustandes: Der Zustand der Fugen wurde sowohl nach dem Einbau als auch nach 1, 2.5 und 5 Jahren visuell durch Experten beurteilt.
• Probenentnahme: Anlieferung, beim Einbau, im Betrieb nach 1, 2.5 und 5 Jahren
• Laboruntersuchungen: Schweizer Normen für Fugenvergussmassen und zusätzliche performance-
orientierte Prüfungen wie Gelpermeationschromatografie (GPC), EMPA Ko-Axial Schubtest (KAST),
Dynamic Shear Rheometer (DSR) Test etc.
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Achievement of aims
(German)
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Die gesetzten Ziele wurden erreicht und viele Erkenntnisse über Bau- und Prüftechnik von Fugenvergussmassen wurden gewonnen.
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Abstract
(German)
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Nach fünf Jahren im Betrieb konnten nur drei von sieben der untersuchten Fugensysteme noch als praxistauglich bewertet werden. In dieser Arbeit konnten wichtige Informationen über den Einfluss
- der Materialzusammensetzung und der Materialeigenschaft im Anlieferungszustand,
- des Systemaufbaus (mit oder ohne Voranstrich; mit oder ohne Oberflächenabdeckung mit Feinsplitt oder Sand),
- der Eigenschaftsveränderung durch den Einbau und im Betrieb,
- der Beschaffenheit der Betonfugenflanken,
- der Einbaugerätschaften und der Einbaumethoden
auf die Dauerhaftigkeit der Fugen in der Praxis während des untersuchten Zeitraumes von fünf Jahren gewonnen werden.
Ausserdem wurde die Aussagekraft von Laboruntersuchungen diskutiert und Änderungsvorschläge für die Prüfverfahren sowie die Anforderungswerte unterbreitet. Die Ergebnisse bilden fundierte Grundlagen, die bereits seit 1999 in die Revision der Schweizer Normen und in die CEN-Normierung für Fugenvergussmassen einfliessen.
Auch die Messungen der statischen und dynamischen Fugenbewegungen sowie der Temperaturen der Fugen und Betonplatten liefern wertvolle Hinweise.
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Transfer and application
(German)
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- Forderung der Dauerhaftigkeit der Fugenvergussmassen
- Fundierte Grundlage für die Revision der Schweizer Normen sowie die Erarbeitung der europäischen Normierung.
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Assessment Report
(German)
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Die Ziele der vorliegenden Forschungsarbeit wurden erreicht. Die Arbeit hat Erkenntnisse gebracht, die für die Praxis sowohl für die Dauerhaftigkeit von Fugenvergussmassen als auch speziell für die Bearbeitung der Schweizer Normen und die Mitsprache im Bereich CEN-Tätigkeit von grosser Bedeutung sind.
Die Arbeit hat gezeigt, dass u.a. der Zustand der Fugenvergussmasse nach dem Einbau besonders wichtig und verantwortlich für die Dauerhaftigkeit der Fuge ist. Das bedeutet, dass ein Nachweisen relevanter Eigenschaften der Fugenvergussmasse, wie Dehnbarkeit und das Haftvermögen an den Fugenflanken, Flexibilität in der Kälte, Standfestigkeit in der Wär-me nach gealtertem Zustand für die Voraussage der Lebensdauer der Fuge wichtig ist. Das bedingt, dass eine Alterungsmethode im Labor entwickelt werden muss, so dass der Zustand der Fugenvergussmasse ähnlich demjenigen nach dem Einbau wird. Eine Entwicklung dieser Alterungsmethode war in den Zielen nicht enthalten. Eine Laboralterung mittels RTFOT ist gemäss Ergebnissen der Arbeit nicht geeignet. Bezüglich dieser Fragestellungen sind weitere Forschungsarbeiten notwendig.
Der Antrag dieser Forschungsarbeit wurde im Jahr 1991 bewilligt. Da die Bewilligung für die
Sanierung der Autobahnstrecke, welche die Versuchsstrecke beinhaltete, erst 1995 erteilt wurde,
konnte die Arbeit demzufolge erst im Jahr 1995 begonnen werden. Gemäss Projektplan sollte
die Arbeit Ende 2000 abgeschlossen werden. In der Tat wurde das Projekt aufgrund eines
Bauprojektes des Kantons Uri "Hochwasserschutz" an der Versuchsstrecke verzögert und ging
daher erst ca. ein Jahr später zu Ende. Die Erkenntnisse aus der Arbeit fliessen aber seit 1999 in die
EK 4.07 für die Revision der VSS-Normen im Bereich Fugenabdichtungen ein.
Mit 5 Jahren Beobachtungsdauer wurde in dieser Arbeit die Grenze einer sinnvollen Projektdauer
erreicht. Wenngleich auch künftig Langzeituntersuchungen wichtige Bestandteile in der Erforschung
der Verlängerung der Dauerhaftigkeit im Strassenbau sind, sollte dies durch etappenweise
Forschung und nicht durch ein einziges langdauerndes Projekt erfolgen.
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State of work
(German)
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Der Forschungsbericht wird im Frühling 2002 publiziert.
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Publications / Results
(German)
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Aus dieser Arbeit sind Publikationen sowie Vorträge in der Schweiz sowie im Ausland vorgesehen.
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Berichtsnummer
(German)
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1052
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Literature
(German)
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[L1] E. Braun: Bitumen. 1991, ISBN3-481-00274-2
[L2] Hean, S., Partl M.N.: Polymerbitumen-Fugendichtungsmassen; Prüfmethoden aufgrund von Laboruntersuchungen. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdept. Bericht Nr. 370 (1996)
[L3] Hean, S: Ausführung und Langzeitbeobachtung - Die Richtlinie auf dem Felde. ASTRA/EMPA/VESTRA Tagung über Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen, Dübendorf, 24. Feb. (2000), ISBN 3-905594-13-7
[L4] Manfred N. Partl: Prüfen und Überwachung - Die Richtlinie unter Laborbedingungen. ASTRA/EMPA/VERAS Tagung über Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen, Dübendorf, 24. Feb. (2000), ISBN 3-905594-13-7
[L5] Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen. ASTRA/EMPA/VERAS Tagungsband, Dübendorf, 24. Feb. (2000), ISBN 3-905594-13-7
[L6] Sivotha Hean; Manfred N. Partl: Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen; Objektverfolgung und Datenerfassung. Forschung im Auftrag vom Bundesamt für Strassen ( Bericht voraussichtlich 2003)
[L7] Ebschner P., Hean S. Partl M.N., EMPA FE-Bericht 840682/1: Interpretation von Messungen dynamischer Fugenbewegungen an Betonfahrbahnplatten, August 2002
[L8] Hahn, Durchlaufträger, Rahmen, Platten und Balken auf elastischer Bettung. Aufl.14, überarbeitet, Düsseldorf: Werner; 1985
[L9] Martin Hugener: Funktionsstabilität von Polymerbitumen. Strasse und Verkehr, 4/1995
[L10] Size Eclusion Chromatography; Separations of Asphalts, SHRP-A-663, 8/1993
[L11] Dynamic Shear Rheometer, SHRP-A-410, 7/1994, ISBN 0-309-05821-X
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