Beschleunigte Alterungsmethode von heissverarbeitbaren Fugenmassen zur Simulation des Einbaus

• Forschungsstelle: ASTRA SBT
• Projektnummer: VSS2005/404
• Projekttitel Englisch: Accelerated aging method for hot applied joint sealants to simulate the installation process

Schlüsselwörter (Deutsch)

Heissverarbeitbare Fugenmassen; Heissvergussmassen; Alterungssimulation; Einbaualterung; Laboralterung

Schlüsselwörter (Englisch)

Hot applied joint sealants; Ageing simulation; Ageing during the installation process

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Gemäss Vorgängerprojekt VSS1991/003 (Bericht 1052) ist der Zustand der Fugenmassen nach dem Einbau massgebend für die Dauerhaftigkeit. Aus diesem Grund wurde empfohlen, dass die Fugenmassen-Proben im Anlieferungszustand vorgealtert werden sollen, bevor sie untersucht werden.

Der Einfluss des Aufschmelzprozesses der heissverarbeitbaren Fugenmassen in der Praxis soll in dieser Arbeit im Labor simuliert, evaluiert und optimiert werden.

Als Vorgehensweise werden an max. 10 Bauobjekten aktuelle, unterschiedliche Fugenmassen im Anlieferungszustand und beim Einbau entnommen. Physikalische und chemische Untersuchungen sowie Funktionsprüfungen werden an den Proben im Anlieferungszustand sowie nach Einbau durchgeführt. Mittels verschiedener Methoden inkl. EN 13880-1 wird die Alterung beim Einbau im Labormassstab simuliert und daraus eine Methode ausgewählt, die der Praxis am nächsten kommt.

Kurzbeschreibung (Englisch)

From the earlier Project VSS 1991/003 (Report 1052) follows that the state of the joint sealant materials after the installation process is of eminent significance for durability behavior. Hence it was recommended that the joint sealants should be pre-aged in the original state before being investigated.

In this study the influence of the melting process in the field on hot applied joint sealants is simulated in the laboratory.

For this purpose, joint sealants from max. 10 field installation sites are taken in the original state and after installation. Physical and chemical investigations and function tests are conducted on the specimens in the original state and after installation. Based on the change of properties due to installation, the joint sealants in the original state will be aged artificially in the lab with different methods, including those in EN 13880-1. These aging methods will then be evaluated and the method will be recommended which comes closest to the practical conditions.

Projektbeschreibung (Deutsch)

Gemäss Forschungsarbeit VSS1991/003 (Bericht 1052) ist der Zustand der Fugenmassen nach dem Einbau massgebend für die Dauerhaftigkeit. Dazu wurde festgestellt, dass es 2 Gruppen von Fugenmassen auf dem Markt gibt: "stabil" und "unstabil" nach normalem, fachgerechtem Einbau. Eine Untersuchung am Material im Anlieferungszustand einer unstabilen Fugenmassen ohne Voralterung kann die wirkliche Eigenschaft in der Praxis vortäuschen. Aus diesem Grund wurde empfohlen, dass die Fugenmassen-Proben im Anlieferungszustand vorgealtert werden sollen, bevor sie untersucht werden. Entsprechend dieser Empfehlung wurde bei der CEN-Normierung in jetzt gültiger Norm EN 14188-1 festgelegt, dass die Fugenmasse bei einer Sicherheitsüberhitzungstemperatur während 6 Stunden unter Rührung vorgealtert werden muss, bevor sie untersucht wird. Die Fugenmasse muss nach dieser Voralterung alle Anforderungen erfüllen. Entspricht diese Voralterung im Labor gemäss Norm EN 14188-1 aufgrund verschiedener Faktoren derjenigen in der Praxis?

Der Einfluss des Aufschmelzprozesses der heissverarbeitbaren Fugenmassen in der Praxis soll in dieser Arbeit im Labor simuliert und evaluiert werden.

Als Vorgehensweise werden an etwa 10 Bauobjekten aktuelle, unterschiedliche Fugenmassen im Anlieferungszustand und beim Vergiessen in unterschiedlichen Zeitabständen entnommen. Die entnommenen Proben im Anlieferungszustand werden mit der Hitzeeinwirkung gemäss EN 13880-6 beansprucht. Folgende physikalische und chemische Untersuchungen sowie Funktionsprüfungen werden an den Proben im Anlieferungszustand, nach dem Einbau und nach Laboralterung gemäss EN 13880-1 unterzogen:

Physikalische und chemische Untersuchungen:

- Elastische Rückstellvermögen mit Kugel-Penetration bei 25°C gemäss EN13880-3

- Elastische Rückstellung bei 0°C mittels Duktilität gemäss ASTRA Richtlinie (TP Ziffer 2.1.1.4)

- Dynamische Kennwerte mittels DSR (Empa SOP 2926)

- Zustand der Polymere mittels GPC gemäss ASTRA Richtlinie (TP Ziffer 2.1.1.11)

Funktionsprüfungen:

- Dehn- und Haftvermögen bei kontinuierlicher Dehnung und Stauchung gemäss EN13880-10

- Dehn- und Haftvermögen bei diskontinuierlicher Dehnung gemäss EN13880-13

Aufgrund der Eigenschaftsänderung durch den Einbau werden die Fugenmassen im Labormassstab mit verschiedenen Methoden gealtert. Folgende Parameter sind wesentlich: Menge der Fugenmasse, Temperatur, Rührart und -geschwindigkeit, mit und ohne Luftzufuhr, mit Stickstoffabdeckung etc. Die Alterung mit Labormethoden inkl. EN 13880-1 werden evaluiert und daraus wird eine praxisnahe Methode ausgewählt sowie optimiert.

Methoden (Deutsch)

- Literaturrecherche

- Umfrage

- Probenahme inklusive Erfassung der Aufschmelzensparameter vor Ort

- Theoretische Untersuchung

Spezielle Geräte und Installationen (Deutsch)

Die Gerätschaften für die Laboruntersuchungen sind an der Forschungsstelle Empa vorhanden.

Stand der eigenen Forschung (Deutsch)

Die Empa besitzt eine national und internalional anerkannte Kompetenz im Bereich Fugenabdichtungen.

Im Zusammenhang mit den heissverarbeitbaren Fugenmassen führte die Empa bereits zwei erfolgreiche Forschungsarbeiten durch:

- Hean, S., Partl, M.N.: Polymerbitumen-Fugendichtungsmassen; Prüfmethoden aufgrund von Laboruntersuchungen. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement. VSS-Bericht Nr. 370 (1996)

- Hean, S., Partl, M.N.: Fugenabdichtungen; Langzeitverhalten von Fugenvergussmassen aus Polymerbitumen auf einer Versuchsstrecke. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement. VSS-Bericht Nr. 1052 (2003)

Die Erkenntnisse, Tipps und Empfehlungen aus diesen Arbeiten für die Praxis wurden national und international publiziert sowie in verschiedenen Tagungen vorgetragen.

Projektziele (Deutsch)

Entwickeln einer beschleunigten Alterungsmethode von heissverarbeitbaren Fugenmassen zur Simulation der Alterung während des Einbauprozesses

Projektziele (Englisch)

Develop an accelerated ageing method for hot applied joint sealants to simulate the ageing during the installation process

Forschungsplan (Deutsch)

· Frühling 2006:

- Kontaktnahme mit den Bauunternehmungen und Bauämtern

- Probenahmen

- Laboruntersuchungen

· Herbst 2006:

- Alterungssimulationen

- Laboruntersuchungen

· Frühling 2007:

- Auswertung

- Optimierung der Methode

- Berichterstattung

· Sommer 2007:

- Projektabschluss mit Berichtveröffentlichung

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Arbeit soll eine praxisnahe Alterungsmethode für heissverarbeitbare Fugenmassen liefern, die nicht nur die Aussagekraft der Prüfung hervorhebt, sondern auch die Dauerhaftigkeit der Fugenmassen in der Praxis fordert.

Im positiven Fall wird die neu entwickelte Methode als Ersatz bzw. Ergänzung von EN 13880-1 bezüglich Voralterungsmethode bei den CEN-Kommissionen vorgeschlagen. Die Erkenntnisse über das Alterungsverhalten der Fugenmassen während des Aufschmelzprozesses werden den praktischen Anwendern zur Verfügung gestellt.

Berichtsnummer (Deutsch)

1529

Berichtsnummer (Englisch)

1529

Literatur (Deutsch)

- Hean, S., Partl, M.N.: Polymerbitumen-Fugendichtungsmassen; Prüfmethoden aufgrund von Laboruntersuchungen. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement. VSS-Bericht Nr. 370 (1996)

- Hean, S., Partl, M.N.: Fugenabdichtungen; Langzeitverhalten von Fugenvergussmassen aus Polymerbitumen auf einer Versuchsstrecke. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdepartement. VSS-Bericht Nr. 1052 (2003)

- Hean, S., Partl M.N.: Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen; Einbau und Langzeiterfassung am Objekt. Eidg. Verkehrs- und Energiewirtschaftsdept. Und Tiefbauamt Nidwalden. Bericht Nr. 579 (2005)

- ASTRA Richtlinie Bereich Kunstbauten: Fahrbahnübergänge aus Polymerbitumen. Bundesamt für Strassen (1998)

- Masson J.-F.: Bituminous Crack Sealants in Canada: Research and Performance Specifications. NRC, National Research Council of Canada. Tagungsband “Fugendichtungen in Verkehrsflächen mit heissverarbeitbaren Fugenmassen“ ISBN 3-905594-43-9 (2005)

- Eilers, M.: Brückenfugen. Erkenntnisse aus Deutschland. BaSt. Tagungsband “Fugendichtungen in Verkehrsflächen mit heissverarbeitbaren Fugenmassen“ ISBN 3-905594-43-9 (2005)

- Bernhard, A.: Normierung Stand CH und EU. Was kommt aus die Hersteller, die Unternehmungen und Prüflabor zu. Tagungsband “Fugendichtungen in Verkehrsflächen mit heissverarbeitbaren Fugenmassen“ ISBN 3-905594-43-9 (2005)

- Reip, T: Auswirkung der neuen Normen auf die Herstellung der heissverarbeitbaren Fugenmassen. Tagungsband “Fugendichtungen in Verkehrsflächen mit heissverarbeitbaren Fugenmassen“ ISBN 3-905594-43-9 (2005)