Schlüsselwörter
(Deutsch)
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Fahrbahnüberänge aus Polymerbitumen, Einbau, Langzeitverhalten, Alterung, Aussage der Prüfungen, Korrelation zwischen Material- und Objektverhalten
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Schlüsselwörter
(Englisch)
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Asphaltic plug joints, installation, long-term performance, ageing, relationship between test results and the field behaviour, correlation between materials and field performance
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Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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18 Fahrbahnübergangsobjekte wurden in sechs Kantonen im Jahr 1996 und 1997 eingebaut. Die Zustandsänderung der Fahrbahnübergänge beim Einbau und unter Betriebsbedingungen wurde untersucht sowie die systematische in situ Validierung der in den ASTRA Richtlinien festgelegten materialspezifischen Anforderungen an die Fahrbahnübergangsysteme überprüft. Anhand der Objektverfolgung sollte auch der Zusammenhang zwischen Laborkriterien und Langzeitverhalten der Fugendichtungsmassen untersucht werden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The study monitors and investigates the impact of material properties and site practice/conditions on the field performance of plug expansion joints over a five-year period. With the assistance of various cantonal public works departments, 18 plug joints were installed for monitoring in six cantons during 1996 and 1997. The selected systems were the four most commonly used products in Switzerland. All operations performed during installation were precisely observed and re-corded. To permit assessment of the impact of the starting materials on the structure's behav-iour, of the changes in material properties caused by varying site conditions and of in-service ageing, the properties of the installed materials were examined in the original (as-delivered) state, following incorporation and during service using chemical/physical analytical methods. Changes in the condition of the plug joint systems, e.g. debonding, cracking, blistering, material displacement etc., were periodically surveyed and recorded by an expert group. In addition, long-term measurements of joint movement were taken and the polymer-modified APJ temperatures recorded for one of the structures.
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Projektbeschreibung
(Deutsch)
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In Zusammenarbeit mit verschiedenen kantonalen Tiefbauämtern wurden in den Jahren 1996 und 1997 in sechs Kantonen (AG, GR, NW, SH, TI und VD) 18 Fahrbahnübergänge als Beobachtungsobjekte eingebaut. Bei den eingebauten Systemen handelte es sich um die vier in der Schweiz am häufigsten verwendeten Produkte. Während des Einbaus wurden alle Arbeitsgänge genau erfasst und protokolliert. Um Rückschlüsse auf den Einfluss der Aus-gangsmaterialien auf das Objektverhalten, auf die Eigenschaftsänderungen der Materialien in Abhängigkeit unterschiedlicher Einbaubedingungen und auf die Alterung im Betrieb ziehen zu können, wurden die Eigenschaften der Einbaumaterialien im Anlieferungszustand, nach dem Einbau und im Betrieb mit Hilfe chemisch-physikalischer Analysemethoden untersucht. Zustandsänderungen der Fahrbahnübergangssysteme wie Ablösungen, Rissbildung, Bla-senbildung, Materialverschiebung etc. wurden von einer Expertengruppe periodisch aufgenommen und protokolliert. An einem Objekt wurden zudem Langzeitmessungen der Fugenbewegungen durchgeführt und die FÜ-PB-Temperaturen erfasst.
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Methoden
(Deutsch)
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n Zusammenarbeit mit verschiedenen kantonalen Tiefbauämtern wurden in den Jahren 1996 und 1997 in sechs Kantonen (AG, GR, NW, SH, TI und VD) 18 Fahrbahnübergänge als Beobachtungsobjekte eingebaut. Bei den eingebauten Systemen handelte es sich um die vier in der Schweiz am häufigsten verwendeten Produkte. Während des Einbaus wurden alle Arbeitsgänge genau erfasst und protokolliert. Um Rückschlüsse auf den Einfluss der Aus-gangsmaterialien auf das Objektverhalten, auf die Eigenschaftsänderungen der Materialien in Abhängigkeit unterschiedlicher Einbaubedingungen und auf die Alterung im Betrieb ziehen zu können, wurden die Eigenschaften der Einbaumaterialien im Anlieferungszustand, nach dem Einbau und im Betrieb mit Hilfe chemisch-physikalischer Analysemethoden untersucht. Zustandsänderungen der Fahrbahnübergangssysteme wie Ablösungen, Rissbildung, Bla-senbildung, Materialverschiebung etc. wurden von einer Expertengruppe periodisch aufge-nommen und protokolliert. An einem Objekt wurden zudem Langzeitmessungen der Fugen-bewegungen durchgeführt und die FÜ-PB-Temperaturen erfasst.
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Spezielle Geräte und Installationen
(Deutsch)
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'- Langzeiterfassung der Fugenbewegungen und Temperaraturen während 3 Jahren.
- Thermografiemessung beim Einbau.
- Langzeitmessung der mechanischen FÜ-PB-Eigenschaften mittels eines Hochfrequenz-Rheometer (während 3 Jahren)
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Stand der eigenen Forschung
(Deutsch)
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• Forschungsauftrag: September 1995
• Forschungsbeginn: Objekteinbau ab Juni 1996 und Mai 1997
• Zwischenberichtes Zwischenergebnisse der Materialuntersuchungen 1996 und 1997
Bewertung der Objektinspektionen 1998-1999 und 2001-2002
• Schlussbericht Dezember 2004
Bearbeitungszeit:
• vorgesehen 6 Jahre
• tatsächlich 7 Jahre (Verspätung u.a. durch objektspezifische Randbedingungen)
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Projektziele
(Deutsch)
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In dieser Arbeit wurden Einflüsse der Materialqualität und –alterung sowie der Ausführungsbedingungen auf das Praxisverhalten von Fahrbahnübergängen aus Polymerbitumen (FÜ-PB) während fünf Jahren untersucht und beobachtet.
Die aus diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse sollten dazu dienen,
• fehlerhafte Ausführungen aufgrund schlechter Gerätschaften, falscher Handhabung der Materialien oder der Einbautechnik aufzudecken, und
• Empfehlungen für die Revision der ASTRA-Richtlinie Ausgabe 1998 (N1) betreffend Sys-temaufbau, Einbauausführung und Qualitätssicherung der FÜ-PB-Systeme zu geben.
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Projektziele
(Englisch)
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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 asphaltic plug joints during use, and secondly to examine the relevance of laboratory studies with regard to the behaviour of the asphaltic plug joints in practice by monitoring the object over a period of five years. The objective of the study was to create a sound basis not only for ensuring the durability of the asphaltic plug joints but also to provide useful material for the revision of the ASTRA Swiss Guideline for asphaltic plug joints.
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Forschungsplan
(Deutsch)
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Siehe Methodik.
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Zielerreichung
(Deutsch)
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Die Zielsetzung der Forschungsarbeit wurde erreicht. Viele, konkrete Erkenntnisse wurden gewonnen, bezüglich:
• Notwendigkeit der Systemzulassung, der Qualitätskontrolle beim Hersteller nach der Zu-lassung und beim Einbau
• Beziehung zwischen Materialeigenschaften und Objektverhalten
• Aussagekraft und Eignung verschiedener Prüfungen
• schadhafte und fachgerechte Einbauausführungen
• Alterungsverhalten der Materialien beim Einbau und im Betrieb
• Vor- und Nachteile verschiedener FÜ-PB-Konstruktionen etc.
Aus den Erkenntnissen wurden Vorschläge für die allgemeine Praxisanwendung sowie für die Revision der ASTRA Richtlinie (Version 1998) unterbreitet.
Zusätzlich zu dem geplanten Projektvorgehen und der Projektmethodik wurden Langzeiter-fassungen der Bewegungen und der Temperaturen von Fahrbahnübergängen an einem Ob-jekt im Kanton Aargau während etwa drei Jahren ausgeführt. Auch an diesem Objekt wurde eine Langzeitmessung mechanischer Eigenschaften, wie Module und Viskosität eines FÜ-PB-Systems während drei Jahren verfolgt. Der Abschlussbericht enthält auch Erkenntnisse über das Abkühlverhalten der Muldenfüllung beim Einbau, das mittels Thermografie-Messungen an einem Objekt untersucht wurde. Die Erkenntnisse von diesen Zusatzuntersu-chungen können zur technischen Anwendung sowohl für die bauliche Konzeptionierung so-wie Einbau als auch für die Prüftechnik eingesetzt werden.
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Abstract
(Deutsch)
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Materialqualität und Qualitätssicherung:
Die Arbeit zeigte, dass die Qualität des gleichen Tränkmassenproduktes sich in Laborunter-suchungen als sehr variabel darstellte. Deshalb wird verständlich, warum sich das gleiche, von der gleichen Equipe eingebaute FÜ-PB-System von einem Objekt zum anderen z.T. unterschiedlich verhielt. Dieser Tatbestand demonstriert die Wichtigkeit eines Qualitätsnachweises für die Zulassung von FÜ-PB-Systemen bzw. eines Kontrollmechanismuses zur Sicherung der Materialqualität bei Herstellung (nach der Zulassung) und Einbau gemäss AST-RA-Richtlinie.
Gerätschaften und Einbauausführung:
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten viele Erkenntnisse bezüglich Einbaugerätschaften und –ausführung gewonnen werden. So zeigte sich, dass eine gute Haftung zwischen Muldenfüllung und Muldenflanken bzw. -boden, eine gute Haftung zwischen den Zuschlagsstoffen und der Tränkmasse, eine möglichst gute Dehnbarkeit und Standfestigkeit der Muldenfüllung sowohl in der Kälte als auch in der Wärme sowie eine hohlraumfreie Muldenfül-lung wichtige Voraussetzungen für ein dauerhaftes Fahrbahnübergangssystem bilden. Um all diese positiven Eigenschaften zu erreichen, ist eine
eingehende Ausbildung der Equipe im Umgang mit dem Material, den Einbau- und Kontrollgeräten
sowie eine disziplinierte und qualitätsgesicherte Ausführung notwendig.
Schäden und Schwachstellen:
Innerhalb des Beobachtungszeitraums von fünf Jahren mussten drei Fahrbahnübergänge aufgrund
gravierender Schäden ganz oder teilweise ersetzt werden. Dabei bildeten zu grosse
Fugenbewegungen (bis 43mm), undichte angrenzende Beläge und Tränkmasseüberhitzung beim
Einbau die Hauptschadensursache. Flankenablösungen an vom Verkehr nicht befahrenen Stellen,
wie Konsolkopf bzw. Brückenkordon, wurden an fast 70% der untersuch-ten FÜ-PB festgestellt.
Da diese nicht befahrenen Stellen eindeutig Schwachstellen der FÜ-PB bilden, sollte weiter
erforscht werden, wie Massnahmen zur ihrer Verhinderung getroffen werden können.
Beziehung zwischen Materialeigenschaften und Objektverhalten:
Beziehungen zwischen Prüfergebnissen und Praxisverhalten der Objekte wurden untersucht
und Vorschläge für die anzustrebenden Materialeigenschaften unterbreitet. Daneben wurde für
die Revision der ASTRA Richtlinie (Version 1998) die Eignung von Prüfungen überprüft und die
Anforderungswerte festgelegt.
FÜ-PB-Konstruktionen:
Die Angaben der ASTRA-Richtlinie (Version 1998) über den FÜ-Aufbau sind gemäss Erkenntnisse
aus verschiedenen Gründen berechtigt und zweckmässig. Es besteht jedoch ein gewisser Spielraum,
der dem Bauherrn eine Anpassung an die Gegebenheiten der Objekte ermöglicht. Konkrete Hinweise
für die Konstruktion von FÜ-PB wurden gegeben.
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Umsetzung und Anwendungen
(Deutsch)
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Das Projekt wurde erfolgreich abgeschlossen. Zahlreiche Erkenntnisse bezüglich Materialeigenschaften, Einbau, Alterung, Aussage der Prüfungen etc. wurden gewonnen. Aus den Erkenntnissen wurden Vorschläge für die allgemeine Praxisanwendung sowie für die Revision der ASTRA Richtlinie (Version 1998) unterbreitet.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Die Teilerkenntnisse der Untersuchungen wurden bereits der Öffentlichkeit im Rahmen der Fachtagung im Jahr 2000 verbreitet. Ausserdem sind die Erkenntnisse in die Revision der ASTRA-Richtlinie (Ausgabe 1998) eingeflossen. Im Zusammenhang mit der Präsentation der revidierten ASTRA-Richtlinie planen das ASTRA und die EMPA, im April 2005 eine Fachta-gung über FÜ-PB zu veranstalten, bei der die Ergebnisse der Arbeit u.a. präsentiert werden. Anschliessend zu dieser Tagung plant die Empa, die aus der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse national und international zu publizieren.
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Berichtsnummer
(Deutsch)
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579
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Literatur
(Deutsch)
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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] Partl, M.N.: 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] Hean, S.; Partl, M.N.: Fugenproblematik; Konzept zur Objektverfolgung für Fugendichtungsmassen für Fahrbahnübergänge. Empa-Forschungsarbeit, Empa-Nr. FE 139838, 6/1992
[L7] Hugener, M.: Funktionsstabilität von Polymerbitumen. Strasse und Verkehr, 4/1995
[L8] Size Exclusion Chromatography and Ion Exchange Chromatography; Separations of Asphalts, SHRP-A-663, 8/1993
[L9] Dynamic Shear Rheometer, SHRP-A-410, 7/1994, ISBN 0-309-05821-X
[L10] Dipartimento delle Pubbliche Costruzioni, Sezione Strada, 6502 Bellinzona; Viadoto delle Cantine,
Capolago, Giunti die Transizioni. Empa Bericht-Nr. 166’488, 3/1997
[L11] Poulikakos, L.D.; Sayir, M. B.; Partl, M.N: Long Term Field Characterization of Polymer Modified
Binders using the Torsional Dynamic Resonance Rheometer. Performance of Bituminous and
Hydraulic Materials in Pavements. Edited by S.E. Zoorob et al, Balkema Publishers, (2002)
ISBN 90 5809 375 1, pp263...268
[L12] Hean, S.; Partl, M.N.: Eigenschaften von normalbreiten und überbreiten Fahrbahnübergängen
nach starker Verkehrsbelastung. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdept. AGB 2001/083,
in Vorbereitung (2005)
[L13] Partl, M.N.; Uherkovich, I.: Schädigungsmechanismen beim Aufflämmen von Polymer. Eidg.
Verkehrs- und Energiewirtschaftsdept. AGB 2001/477, Bericht Nr. 577, (2004)
[L14] Hean S., Partl, M.N. : Verhalten von zwei Fahrbahnübergangssystemen aus Asphalt für grosse
Bewegungen. Bitumen 1/04, März, pp19..24 (2004)
[L15] Hean, S, Partl, M.N.: Long-term behaviour of polymer bitumen joint sealants on a trial road
section. 3. Eurobitume & Eurasphalt Congress, Wien , 12.-14. May paper Nr212, pp546…559,
ISBN 90-802884-4-6 (2004)
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