Bewertung der Haltbarkeit und Rissbeständigkeit von Asphaltbetonfahrbahnen mit hohem RAP-Anteil

Um die kritischen Probleme von Kälte-Rissbildung und unzureichender Ermüdungshaltbarkeit in Mischungen mit hohem Anteil an Recyceltem Asphalt (RAP), verursacht durch altersbedingte Versprödung, anzugehen, zielt diese Studie darauf ab, ein interskalares Bewertungssystem für die Rissbeständigkeit zu etablieren, das von rheologischen Eigenschaften des Bindemittels bis hin zum Versagensverhalten der Mischung reicht. Für diese Forschung wurden verschiedene RAP-Anteile (15 %–60 %) und Verjüngerdosierungen (0 %–12 %) ausgewählt, um die Ermüdungsschädigung entjüngter Bindemittel mittels Linear Amplitude Sweep (LAS)-Tests in Kombination mit dem Viscoelastic Continuum Damage (VECD)-Modell zu quantifizieren. Darüber hinaus wurden Halbkreis-Biegeversuche (Semi-Circular Bend, SCB) unter zwei Belastungsarten – Niedertemperatur (−12°C) monotone Belastung und Zwischentemperatur (20°C) Zyklusbelastung – eingesetzt, um die Kältebruchzähigkeit beziehungsweise die Ermüdungsdauer der Mischungen zu bewerten. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Verhärtung des gealterten Asphalts im RAP die Spannungsrelaxationsfähigkeit des Materials erheblich beeinträchtigt, was zu einem Rückgang der Rissbeständigkeit führt. LAS-Tests bestätigten, dass der Verjünger das Bindemittel effektiv erweicht und die Mikro-Rissausbreitung verzögert; insbesondere erhöhte eine Dosierung von 12 % die Ermüdungslebensdauer des gealterten Bindemittels um etwa 56 %. Auf Mischungsniveau zeigten die SCB-Tests bei niedriger Temperatur einen „Dosierungsschwellenwert“-Effekt für hohe RAP-Anteile: Bei Mischungen mit 60 % RAP zeigten niedrige Verjüngerdosierungen nur begrenzte Verbesserungen, während eine 12%-Dosierung erforderlich war, um die Bruchenergie (Gf) signifikant von 5,57 auf 6,49 J/m² zu erhöhen und so einen Übergang von sprödem zu duktilen Verhalten zu bewirken. Die zyklischen SCB-Tests zeigten zudem, dass 60 % RAP die Ermüdungslebensdauer gegenüber der ursprünglichen Mischung um 74 % reduzierten (auf 1896 Zyklen), während die Zugabe von 12 % Verjünger die Lebensdauer auf 5967 Zyklen zurückführte und somit das Risiko von Ermüdungsrissen wesentlich minderte. Diese Studie quantifiziert die nichtlinearen Wirkungszusammenhänge der Verjüngerdosierung auf die Rissbeständigkeit und bestätigt, dass die Anwendung einer hochdosierten Verjüngerstrategie (>9 %) ein wichtiger technischer Weg zur Sicherstellung der langfristigen Risshaltbarkeit von Fahrbahnen mit hohem RAP-Anteil ist.