Evaluation of the characteristics of joint sealants

Füllsysteme für Fugen in Betonfahrbahnen sind während ihrer Nutzungsdauer vielfältigen Beanspruchungen ausgesetzt. Daraus leiten sich erhöhte Anforderungen an die Dauerhaftigkeit des Gesamtsystems „Fuge“ ab. Neben jahreszeitlich schwankenden klimatischen Änderunge spielen insbesondere zyklische Beanspruchungen durch den überrollenden Verkehr sowie die Alterung der Fugenmassen eine maßgebliche Rolle. Ziel dieses Forschungsprojekts war es, ein praxisorientiertes Prüfverfahren zu entwickeln, das zum einen das Gesamtsystem „Fuge“ bestehend aus Betonfugenflanke, Voranstrichmittel sowie der Fugenmasse umfasst und andererseits die maßgebenden Szenarien der in-situ-Beanspruchungen realistisch abbildet. Dazu wurden Systemprüfkörper bestehend aus Beton und Fugenfüllstoff definiert, an denen über die herkömmlichen Prüfungen am Füllstoff hinaus, statische Zug-/Scherversuche und zyklische Druck-/Zug-/Scherversuche an neuen und künstlich gealterten Proben vorgenommen wurden. Diese Prüfungen wurden sowohl an Laborproben (Referenz) als auch an Systemprüfkörpern aus Bohrkernen von originären Bestandstrecken durchgeführt. Die Untersuchungen zeigten u.a., dass die heiß verarbeitbaren Fugenmassen, mit Ausnahme der modifizierten Fugenmasse vom Typ N2+, infolge künstlicher Alterung erheblich versprödeten, d.h. bei deutlich reduziertem Dehnvermögen höhere Maximalspannungen aufwiesen. Dieser Effekt zeichnete sich auch bei den im dynamischen Scherrheometer ermittelten Phasenwinkeln und komplexen Schermoduln ab. Unter der Annahme eines exponentiellen Verlaufs der Alterung von heiß verarbeitbaren Fugenmassen, konnte für die künstliche Laboralterung ein simulierter Nutzungszeitraum von etwa 6 Jahren ermittelt werden. Für die kalt verarbeitbaren Fugenmassen erwies sich die für heiß verarbeitbare Fugenmassen herangezogene künstliche Alterung unter Druck und Temperaturbeanspruchung als nicht zweckmäßiges Verfahren. Zur ersten Validierung der entwickelten Laborprüfverfahren wurde im BAB-Netz eine heiß und eine kalt verarbeitbare Fugenmasse über die ersten 21 Monate Nutzungsdauer intensiv beobachtet. Unter Einbeziehung der Systemprüfungen an Labor- und in-situ-Proben wurde ein erster Bewertungsansatz entwickelt, mit dem, anhand wissenschaftlich orientierter Kenn- und Grenzwerte, Fugenmassen im nicht gealterten ebenso wie im künstlich gealterten Zustand bewertet werden können.Filling systems for joints in concrete pavements are exposed to a variety of stresses during their service life. This implies increased requirements for the durability of the whole "joint" system. In addition to seasonal unsteady climatic changes, cyclical loads caused by rolling traffic and the ageing of joint sealants are particularly relevant. The aim of this research project was to develop a practise-oriented test procedure that on one hand comprises the entire "joint" system consisting of the concrete joint flank, primer and the joint sealant and on the other hand realistically depicts the decisive scenarios of in-situ stresses. For this purpose, system test specimens consisting of concrete and joint filler were defined so that in addition to the conventional tests on the filler, static tensile/shear tests and cyclic pressure/tensile/shear tests could be carried out on new and artificially aged specimens. These tests were performed on laboratory samples (reference) as well as on system samples of drill cores from original existing pavements. The investigations demonstrated that the hot applied joint sealants, with exception of the modified joint sealant type N2+, were significantly embrittled due to artificial ageing, i.e. exhibiting higher maximum stresses with significantly reduced ductility. This effect also occurred with the phase angles and complex shear modulus determined in the dynamic shear rheometer. Based on the assumption of an exponential aging process of hot applied joint sealants, a simulated service life of about 6 years could be determined for artificial laboratory ageing. For the cold applied joint sealants, artificial ageing under pressure and temperature stress, which was used for hot applied joint sealants, proved to be inappropriate. For a first validation of the developed laboratory test procedures within the BAB network a hot and a cold processed joint sealant was intensively observed over the first 21 months of use. With involvement of system tests on laboratory and in-situ samples, an initial evaluation procedure was developed with which joint sealants in both unaged and artificially aged conditions can be evaluated on the basis of scientifically oriented characteristic and limit parameters