Einfluss der Verbindung zwischen Lastplatte und Probeköper auf das visko-elastische Materialverhalten von Asphalt

摘要

Zyklische Druckschwellversuche (CCT) werden routinemäßig durchgeführt, um das Verformungsverhalten (bleibende Verformungen) von Asphaltmischgut bei höheren Temperaturen zu bestimmen. CCT können jedoch auch zur Ermittlung des linear viskoelastischen Materialverhaltens (dynamischer Modul, Phasenwinkel) verwendet werden, wenn der Versuch mit einem Frequenz- und Temperatursweep durchgeführt wird. Im Druckschwellbereich sind dabei zwei Grenzfälle bezüglich der Verbindung zwischen Probekörper und Lastplatten möglich: Zum einen kann der Probekörper fest mit der Lastplatte verbunden, also verklebt sein. Das bedeutet, dass keine Querdehnung an den Stirnflächen des Probekörpers möglich ist. Im anderen Fall besteht keine fixe Verbindung zwischen Lastplatte und Probekörper. Durch reibungsminderende Zusätze (z. B. Silkonfett) an den Stirnflächen des Probeköpers wird eine möglichst homogene Verteilung der Verformungen über die gesamte Probekörperhöhe erreicht, da so auch begrenzt Querdehnungen an den Stirnflächen aktiviert werden. Die vorliegende Untersuchung geht der Frage nach, ob die Verbindung zwischen Lastplatte und Probekörper einen Einfluss auf die viskoelastische Materialantwort hat. Dafür wurden CCT an Asphaltprobekörpern mit beiden Randbedingungen durchgeführt. Die Datenauswertung erfolgt mittels Regressionsanalyse, wobei in der Regressionsfunktion zusätzlich zum einfachen Sinus ein Term eingeführt wird, der die erste Oberschwingung darstellt. Es wird gezeigt, dass sich die Parameter der ersten Oberschwingung sehr gut eignen, Abweichungen vom vorgegebenen oder erwarteten Sinus sowohl quantitativ als auch qualitativ darzustellen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass CCT unabhängig von der Verbindungsqualität Probekörper/Lastplatte das viskoelastische Materialverhalten beschreiben können. Ein Vergleich mit Ergebnissen aus 4-Punkt-Biegeprüfungen (4PBB) weist nach, dass die Daten aus 4PBB und CTT gut korrelieren. Zudem kann die Regressionsanalyse mit erweiterter Funktion auch zur Qualitätskontrolle des Outputs von dynamischen Prüfmaschinen herangezogen werden.%In routine testing of hot mix asphalt (HMA) cyclic compression tests (CCT) are carried out to assess the permanent deformation behavior. However, CCT can also be employed for determining the material response within the linear viscoelastic domain in terms of stiffness and phase lag, when a frequency and temperature sweep is considered. In the compressive domain two test setups are possible regarding the connection between load plate and specimen: The specimen is either firmly connected (glued) to the load plates, which prevents transverse strain at the end planes, or the specimen is placed between the load plates without firm connection. In this case, friction-reducing additives (e. g. silicone grease) applied to the end planes of the specimen help to create a more homogeneous strain distribution over the height of the specimens, since limited transverse strain are also activated at the end planes of the specimen. This paper investigates whether these two test setups produce comparable results in terms of viscoelastic material reaction of HMA. Therefore, CCT were run on HMA-specimens with the two test setups. Data evaluation was carried out by means of regression analysis with a standard sine and an advanced function containing the first harmonic oscillation term. It is shown that the parameters of the first harmonic term are able to describe the magnitude and shape of a distorted sine. From the findings of the study it can be concluded that cyclic material tests in the compressive domain are capable of describing the viscoelastic material behavior of HMA regardless of the connection between specimen and load plates and that they are comparable to results of a well-established, standardized stiffness test, the 4-point-bending (4PBB) test. It is also shown that the regression analysis with the advanced function can be employed to analyse the quality of response of the test machine.