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Asphalt

Asphalt

Verbundwerkstoffe sind Materialien, welche aus unterschiedlichen Komponenten hergestellt werden. Bei Asphalt sind diese Komponenten Bitumen, Zuschläge und Luftporen. Aktueller Ansatz der Forschung ist die Modellierung von nichtlinearen Verbundwerkstoffen, basierend auf Modellparametern der einzelnen Komponenten.

Eine Beschreibung von Asphalt als Verbundwerkstoff ist möglich, wenn das Bitumen als Matrix und die Zuschläge und Poren als Einschlüsse modelliert werden. Die Komponenten eines Verbundwerkstoffs können sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen. Während jede Komponente für sich mittels Werkstoffmodellen gut beschreibbar ist, erzeugt die Mischung einen Kompositwerkstoff, welcher nicht mehr allein über die Beschreibungen der Komponenten zu erfassen ist. Mit Homogenisierungsmethoden können aus den Komponenten makroskopisch homogene Kompositwerkstoffe gebildet werden.

Maßgeblichen Einfluss auf die Verformung und das zeitabhängige Verhalten von Asphalt hat das Bitumen. Die Steifigkeit von Bitumen ist stark temperaturabhängig. Bei sehr tiefen Temperaturen wird es spröde und hat eine geringe Zugfestigkeit. Diese Eigenschaft führt im Winter zu Rissbildung an der Unterseite von Straßendecken. Bei hohen Temperaturen hingegen wird das Bitumen niedrigviskos. Im Sommer kommt es so zur Spurrinnenbildung und zum Bluten des Asphalts, dem Austreten von Bitumen unter Einwirkung von Fahrzeuglasten. Die hohe Temperaturabhängigkeit ist eng mit dem chemischen Aufbau des Bitumens verbunden.

Beispiel: Analyse eines Straßenquerschnitts mit Deckschichten aus AB 11 und SMA 11 

Simulation der Asphaltdeckschicht

Die Verschiebungen an der Oberkante des untersuchten Straßenquerschnitts entwickeln sich über den Tagesverlauf in Abhängigkeit des vernwendeten Materials und der variierenden Temperaturen.


Abgeschlossene Forschungsprojekte

  • T. Blume: Mikromechanisch begründete Modellbildung des thermo-mechanischen Werkstoffverhaltens von Asphalt, Dissertation, TU Braunschweig, 2017
  • B. Brodersen: Modellierung des thermo-mechanischen Verbundverhaltens von Asphalt in Straßenaufbauten, Dissertation, TU Braunschweig, 2012
  • L. Aschenbrenner: Mehrkomponenten-Modell zur Beschreibung des Deformationsverhaltens von Asphalt, Dissertation, TU Braunschweig, 2006
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