Modellierung des Kaelteverhaltens von Asphalten / Rheological model to describe low temperature behaviour of asphalt mixtures

Die Ansprache des Kaelteverhaltens als wesentliche Einflussgroesse auf das Gebrauchsverhalten und die Nutzungsdauer von Asphaltstrassen erfolgt seit 2009 gemaess der prDIN EN 12697-46. In der Norm sind die vier statischen Pruefverfahren Abkuehlversuch, Zugversuch, Relaxationsversuch und Retardationsversuch beschrieben. Am Institut fuer Strassenwesen (ISM) der Technischen Universitaet Braunschweig wurden zahlreiche Abkuehl-, Zug-, Relaxations- und Retardationsversuche unter Variation der Pruefbedingungen an einem Asphaltbeton AC 11 D N durchgefuehrt, welche die Datenbasis fuer eine umfassende Studie zur Modellierung des Kaelteverhaltens darstellen. Das in den Retardationsversuchen ermittelte Materialverhalten wurde mithilfe des Burgers-Modells beschrieben und die Abhaengigkeiten der ermittelten Parameter von der Spannung und der Temperatur funktional beschrieben. Mit diesem erweiterten Burgers-Modell sollte theoretisch auch das in den anderen Pruefverfahren beobachtete Materialverhalten simuliert werden koennen. Dies ist jedoch nicht der Fall. Im Folgenden wurde daher das Modell modifiziert, sodass sich eine Uebereinstimmung von Modell und realem Verhalten ergab. Diese Modifikation konnte abschliessend physikalisch interpretiert werden. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: Service life of an asphalt pavement is essentially influenced by its low temperature behaviour. To address crack resistance of asphalt pavement exposed to low temperature four static test methods are described in the European standard EN 12697-46: Thermal Stress Restrained Specimen Test (TSRST), Uniaxial Tension Stress Test (UTST), Tensile Creep Test (TCT) and Relaxation Test (RT). In the study presented in the paper, a series of low temperature tests are performed on asphalt concrete AC 11, under variation of all test conditions. Based on the results of TCT, the parameters of the Burgers model are calculated and mathematically described in function of temperature and stress. This model is then systematically modified in order to describe the behaviour assessed by all four test methods. For the TCT the viscosity of the singular damper is decreased in order to explain exponential increase in strain. Analyzing the RT, it is found, that the singular damper and the singular spring show a damage effect from the moment at the beginning of the test. In UTST the singular spring generates an increase in stress until the singular damper is damaged exponentially up to the specimen failure. In TSRST the singular spring generates the increase in stress, until it is damaged and the specimen falls. The singular damper can be neglected for stress calculation. As a result of this study, essential rheological mechanisms related to low temperature behaviour of asphalt mixtures in static low temperature tests are described by a single model. (A)