Designation and regulation of asphalt healing

Der Straßenbaustoff Asphalt ist unter bestimmten Voraussetzungen in der Lage, während Erholungsphasen eine bereits eingetretene Strukturschädigung selbsttätig zum Teil oder vollständig zurückzubilden und so eine Regeneration des Baustoffs zu bewirken. Man spricht von Selbstheilungs- oder Healing-Eigenschaften. Für eine Steigerung der Dauerhaftigkeit von Straßenbauasphalten wäre es von großem Nutzen, die Healing-Eigenschaften kontrollieren bzw. stimulieren zu können. Eine systematische Untersuchung der Healing-Eigenschaften von Bitumen und Asphalt sowie geeignete Verfahren zu ihrer prüftechnischen Ansprache waren bisher nicht bekannt. Ziel des Forschungsprojekts war es, zu klären, ob und mit welchen Prüf- und Auswertemethoden die Healing-Eigenschaften von Straßenbauasphalten im Labor angesprochen werden können. Mit dieser Arbeit werden erstmals Ergebnisse aus systematisch variierten Reihenuntersuchungen zu den Selbstheilungskräften von Bitumen und Asphalt vorgestellt. Es wurden statische und zyklisch-dynamische Laborprüfungen mit Lastpausen (Erholungsphasen) zwischen den Belastungszyklen eingesetzt. Zur Ansprache von Healing-Eigenschaften erwiesen sich auf Asphaltebene kraftgeregelte Zug-Druck-Wechsellastprüfungen und auf Bitumenebene kraftgeregelte DSR-Ermüdungsprüfungen jeweils mit Lastpause als gut geeignet. Es wurde eine Auswertemethodik entwickelt und neue Healing-Indices eingeführt, die eine Beurteilung des Healing-Verhaltens an einem einzigen Probekörper nach Durchführung einer Ermüdungsprüfung erlauben. Die materialspezifischen Healing-Eigenschaften könnten bei der rechnerischen Dimensionierung vorteilhaft berücksichtigt werden. Dazu wird ein Konzept vorgestellt, nach dem die im Rahmen von Dimensionierungen notwendigen Ermüdungsprüfungen mit Untersuchungen zum Healing-Verhalten zu ergänzen sind. Folglich kann ein modifiziertes Materialgesetz verwendet werden, welches auch die materialspezifischen Healing-Eigenschaften abbildet.As an asphalt pavement is not constantly exposed to traffic, there is a possibility for regeneration of the existing damage. This regeneration is defined as the materials self-recovery capability or material healing, which depends on certain loading or environmental conditions. For an increased durability of asphalt structures it would be of the great use to control and stimulate the healing properties. Healing properties of bitumen and hot mix asphalt (HMA) have been investigated by many researchers, but an appropriate healing procedure and testing composition have not been found. The objective of this research was to determine whether and by what evaluation method, the healing properties of HMA and bitumen can be addressed. Within this work, a comprehensive healing investigation was conducted under systematical variation of tests parameters and material composition. In order to determine healing capacity of binder and HMA, static and cyclic continuous and discontinuous fatigue tests were performed. As a result, a new healing approach with a new healing index was introduced, which relies on both continuous and with one rest period intermittent fatigue tests. It allows precise evaluation of the healing properties, excluding a material-related scatter from continuous tests. For that purpose an uniaxial stress controlled tension-compression test was employed for HMA healing evaluation and DSR fatigue test for bitumen healing evaluation. The developed procedure represents a good tool for the healing evaluation and it can be successfully used for further pre-selection of pavement materials in order to achieve optimal pavement lifespan

An Alternative Experimental Method for Measuring the Low Temperature Rheological Properties of Asphalt Binder by Using 4mm Parallel Plates on Dynamic Shear Rheometer

The possibility of using the dynamic shear rheometer (DSR) with 4 mm parallel plates and 3 mm gap is investigated as an alternative experimental method to measure the rheological properties of asphalt binders at low temperature. A special butterfly silicone mold was prepared for this purpose and the corresponding testing procedure was also developed. Five different asphalt binders, which are part of two active research projects, were selected. Frequency and temperature sweep tests were conducted using the DSR with three plate–plate geometries: 4 mm, 8 mm, and 25 mm. The new testing procedure was used to measure at low temperatures. The method recently proposed by the Western Research Institute and based on DSR tests with 4 mm parallel plates and 1.75 mm gap was also used for comparison purposes. Black diagrams and Cole-Cole plots were then used to evaluate the experimental data. Complex modulus and phase angle master curves were generated, and the rheological parameters compared. Finally, the two spring, two parabolic elements, one dashpot (2S2P1D) model was selected to investigate the rheological properties of the binders. Results indicate that the proposed procedure is a simple and reliable experimental method and represents an alternative experimental option to measure and analyze the rheological properties of asphalt binders at low temperature