DE10202671A1

DE10202671A1 - Verfahren und Anordnung zur Untersuchung von Griffigkeitsveränderungen an Deckschichten von Straßenbelägen

Info

Publication number: DE10202671A1
Application number: DE2002102671
Authority: DE
Inventors: Elk Richter; Frank Liedloff; Horst Dimsat; Arlette Richter
Original assignee: BAULABOR FIENSTEDT GmbH; FACHHOCHSCHULE ERFURT
Current assignee: BAULABOR FIENSTEDT GmbH; FACHHOCHSCHULE ERFURT
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit der Aussagen zur Veränderung der Griffigkeit von Straßenbelägen ermöglicht werden und dabei die in der Praxis häufigsten Verkehrsbeanspruchungen, die durch Geradeausbewegungen hervorgerufen werden, simuliert werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass ein Polierrad Polierzyklen auf der Deckschichtprobe ausführt, indem es geradlinig und/oder in einer Kurve über eine Polierstrecke bewegt wird und dabei drehend so angetrieben wird, dass seine Umfangsgeschwindigkeit größer als die Relativgeschwindigkeit zwischen Polierrad und Deckschichtprobe ist, und nach Beendigung einer festgelegten Anzahl von Polierzyklen die Probe unter ein Griffigkeitsmessgerät transportiert und eine Griffigkeitsmessung durchgeführt wird, wobei an einem Rahmen höhenverstellbar eine Poliereinheit mit einem angetriebenen und mit einer veränderbaren Belastung zu versehendes Gummirad angeordnet ist, unterhalb derer sich ein Zweikoordinatentisch mit einer Aufnahme für eine Deckschichtprobe befindet, und dass seitlich am Rahmen ein Griffigkeitsmessgerät höhenverstellbar angebracht ist, wobei der Zweikoordinatentisch mit der Deckschichtprobe seitlich unter das Griffigkeitsmessgerät bewegt werden kann. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Untersuchung von Griffigkeitsveränderungen an Deckschichten von Straßenbelägen, indem eine Rolle unter definierter Belastung und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Untersuchung von Griffigkeitsveränderungen an Deckschichten von Straßenbelägen, indem eine Rolle unter definierter Belastung und definierter Drehzahl über eine zu beurteilende Deckschichtprobe bewegt und die Griffigkeit nach Belastungsintervallen gemessen wird.
Das Gerät ermöglicht die Prognose des Griffigkeitsverlaufes von Straßenbelägen und die Planung von Sanierungsmaßnahmen sowie wiederum deren Griffigkeitsverläufe.
Für Fahrbahnoberflächen wird eine ausreichende Griffigkeit über die gesamte Nutzungsdauer gefordert. Da während der Nutzungsdauer einer Fahrbahn die Griffigkeit der Oberfläche oft schneller abnimmt als die Fahrbahndeckschicht verschleißt, sind dann Sanierungsmaßnahmen erforderlich, um die Verkehrssicherheit wiederherzustellen.
Der Zeitpunkt zu dem eine Sanierung durchgeführt werden muss, ist je nach Material und Beanspruchung unterschiedlich. Für die rechtzeitige Planung der kostenintensiven Sanierungsarbeiten ist eine Kenntnis des voraussichtlichen Zeitpunktes für die notwendigen Maßnahmen wichtig. Weiterhin ist es wichtig, Kenntnisse darüber zu erlangen, welche Deckschichten und welche Sanierungsmaßnahmen der Verkehrsbelastung bei ausreichender Griffigkeit am besten entsprechen, um die geeigneten auszuwählen.
Für die Beurteilung der Griffigkeitsveränderung unter der Verkehrsbelastung versucht man indirekte und direkte Verfahren im Labor heranzuziehen.
Die indirekten Verfahren beurteilen im wesentlichen das Polierverhalten der Mineralstoffe. Ein derartiges Verfahren ist z. B. im British Standard Nummer 812 angegeben. In Deutschland versucht man durch Vorgabe von Mindestanforderungen an das Polierverhalten der Mineralstoffe die Griffigkeit der Fahrbahnoberfläche zu gewährleisten.
Da die Griffigkeit aber von sehr vielen Faktoren abhängig ist, sind direkte Verfahren an dem Deckschichtgemisch (Asphalt, Zementbeton, Oberflächenbehandlungen, Beschichtungen usw.) viel aussagekräftiger und werden auch verstärkt für die Auswahl geeigneter Deckschichtbeläge und Sanierungsmaßnahmen eingesetzt.
In Deutschland wird seit über 40 Jahren ein von Wehner und Schulze an der Technischen Universität Berlin entwickeltes Verfahren angewendet. Hierzu werden Bohrkerne aus Baumaßnahmen oder labormäßig hergestellte Probekörper verwendet. Bei diesem Verfahren wird eine zeitraffende Verkehrseinwirkung auf die Oberfläche durch drei auf einem Drehgestell angeordnete konische Gummirollen mit definierter Belastung und unter Zugabe des Poliermittels Quarzmehl bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten um 50 km/h simuliert. Die Gummirollen werden auch gleichzeitig zur Prüfung der Griffigkeit verwendet. Von einer Umlaufgeschwindigkeit von 100, 80 oder 60 km/h werden die Gummirollen auf der bewässerten Oberfläche des Probekörpers abgebremst und die Reibungskraft bis zum Stillstand aufgezeichnet und ausgewertet.
Über die Messung der Griffigkeit auf der Deckschicht in der Praxis mit anderen Messgeräten versucht man Relationen zur Griffigkeit im Labor herzustellen. Analog arbeitet das Verfahren nach Dr. Peter K. Gauer, Testing skid resistance of polished forecasting the behavior of road surfaces by specimens in laboratory, Regenstauf, Germany. Hierbei drehen drei runde Scheiben auf der zu prüfenden Oberfläche. Durch Abbremsen der Poliereinheit unter definierten Bedingungen wird ein Reibungswert, aus dem Aussagen zur Griffigkeit getroffen werden, ermittelt.
Nachteilig ist bei beiden vorher genannten Verfahren, dass die Verkehrsbelastung durch rotierende Bewegungen simuliert wird, wie diese in der Praxis nur in Kurven andeutungsweise auftreten. Die durch die hauptsächlich vorkommende Geradeausbewegung hervorgerufene Belastung wird nicht erfasst. Weiterhin sind die Poliereinheit und Prüfeinheit für die Bestimmung der Griffigkeit gleich, so dass die Prüfeinheit nur im Labor und nicht für den praktischen Einsatzfall auf der Straße eingesetzt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben mit der Aussagen zur Veränderung der Griffigkeit von Straßenbelägen ermöglicht werden und dabei die in der Praxis häufigsten Verkehrsbeanspruchungen, die durch Geradeausbewegungen hervorgerufen werden, simuliert werden. Ferner soll das Griffigkeitsmessgerät sowohl im Labor als auch unmittelbar auf der Straßenoberfläche einsetzbar sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale und mit einer Vorrichtung, welche die in Anspruch 6 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus.
Die Veränderung der Griffigkeit erfolgt durch ein Prüfgerät, welches die Griffigkeit an den im Labor polierten sowie behandelten Proben ermittelt und gleichzeitig auch in der Praxis auf der Straßenoberfläche verwendet werden kann. Durch die Anwendung der gleichen Messmethode im Labor und in der Praxis werden Fehler bei der Ermittlung der sonst erforderlichen Korrelationen zwischen unterschiedlichen Messverfahren ausgeschlossen. Ein weitere Vorteil der verwendeten Messmethode besteht darin, dass die in der Praxis bewerten Umrechnungstabellen zu anderen etablierten Messverfahren verwendet werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 die Vorderansicht der Anordnung,
Fig. 2 ein zugehörige Seitenansicht,
Fig. 3 die Seitenansicht des Gerätes ohne Griffigkeitsmesseinrichtung,
Fig. 4 die Poliereinheit in zwei Ansichten,
Fig. 5 den Getriebemotor mit Zugseil zum Anheben und Aufsetzen der Poliereinheit in zwei Ansichten,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Zweikoordinatentisches zur Auflage für die Probenwanne mit der Deckschichtprobe,
Fig. 7 eine schematische Darstellung des Poliervorgangs bei Geradeausfahrt
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Poliervorgangs bei Kurvenfahrt und
Fig. 9 eine schematische Darstellung des Poliervorgangs bei Bohrkernen.
Bei der Anordnung wird die zu beurteilende Deckschichtprobe mittels eines Gummirades in einer Richtung poliert. Das Gummirad wird unter senkrecht wirkender Belastung, die im Bereich von 0,1 bis 1 N/mm² einstellbar ist, und mit Umdrehungszahlen von 10 bis 500 U/min geradlinig und/oder in einer Kurve in eine Richtung bewegt. Dadurch wird die Probe auf einer Länge von 140 mm poliert. Das schneller drehende Polierrad wird langsam und gleichmäßig über die Polierstrecke bewegt und somit ein großer Schlupf erzielt. Die Auflastung des Gummirades beeinflusst über die Aufstandsfläche des Gummirades die Beanspruchung der Probe (N/mm²). Nach dem Erreichen des Endes der Polierstrecke wird die Poliereinheit mit dem Gummirad angehoben, zum Anfang der Polierstrecke zurückgeführt und dort wieder aufgesetzt, so dass der Poliervorgang wiederholt werden kann. Die auftretende Reibungswärme wird von einem Wasserbad aufgenommen.
Nach Beendigung einer vorgegebenen Anzahl von Polierzyklen wird die Probe seitlich nach außen unter das Prüfgerät zur Messung der Griffigkeit transportiert und dort die Griffigkeitsmessung manuell durchgeführt.
Der Vortrieb der Probe wird durch einen Getriebemotor erzeugt, mit dem die Probe gleichmäßig in einer Zeit von 70 s über die vorgesehene Polierstrecke, die im dargestellten Beispiel 140 mm beträgt, bewegt wird.
Die seitliche Bewegung, mit der die Probe von der Polierstellung unter dem Polierrad nach dem Poliervorgang in die Prüfstellung gebracht wird und nach der Prüfung wieder zurück bewegt wird, erfolgt mit Hilfe eines Schrittmotors. Die Prüfung der Griffigkeit wird nach dem so genannten Scid-Resistence-Test- Verfahren mit einem SRT-Pendel durchgeführt.
Durch die Anordnung von zwei Motoren können unabhängig voneinander Bewegungen in zwei Koordinaten ausgeführt werden, so dass die Probe nicht nur linear, sondern auch in beliebigen Kurvenformen bewegt und poliert werden kann. Damit können praktisch auftretenden Bewegungsverhältnisse wie Geradeaus- und Kurvenfahrt exakt nachgebildet werden.
Der Aufbau der Anordnung ist in den Fig. 1 bis 9 erläutert.
Die Fig. 1 zeigt die Vorderansicht der Gesamtanordnung. Die einzelnen Bauteile sind an einem Rahmen 16 angebracht, der das Gestellt der Gesamtanordnung bildet. Auf dem Zweikoordinatentisch 5.1 befindet sich die Probenwanne 5, welche die Probe sowie eine Wasserfüllung enthält. Der Zweikoordinatentisch 5.1 wird für die Vor- und Rückbewegung von einer oberflächengehärteten Kugelspindel 6 und für das seitliche Verfahren mit einer ebenfalls oberflächengehärteten Kugelspindel 7 bewegt. Der Antrieb erfolgt für das seitliche Verfahren des Zweikoordinatentisches 5.1 mit dem Schrittmotor 1 und für die Vor- und Rückbewegung mit dem Getriebemotor 2. Das Polierrad 14 ist mit einer definierten Gummioberfläche versehen und wird von dem drehzahlgeregelten Getriebemotor 3 angetrieben. Das Anheben und Aufsetzen der Poliereinrichtung mit dem Polierrad 14 erfolgt mit Hilfe des Getriebemotors 4. Der Getriebemotor 4 bewegt eine Grundplatte 13 mit Hilfe des Zugseils 23 und einer Führung, die aus Gleitholmen 12 mit Führungsbuchsen 18bestehen. An der Grundplatte 13 sind das Polierrad 14 und der Getriebemotor 3 befestigt, so dass diese Einrichtung insgesamt auf und ab bewegt werden kann. An der in der Abbildung links dargestellten Seite des Gerätes ist das Griffigkeitsmessgerät 17 angeordnet.
Zur Erfassung und Auswertung der Messwerte verfügt die Anordnung über eine elektronische Auswerteeinrichtung, die aus einem Farbmonitor 8, den Bedienelementen 9, einem staubgeschützt angeordneten Industrierechner 10 und denn Einschübe 11 für die Elektronikbauteile besteht.
In den Fig. 2 und 3 ist die Seitenansicht des Gerätes dargestellt. Aus Fig. 2 ist die seitliche Anordnung des Griffigkeitsmessgerätes 17 ersichtlich. Das Griffigkeitsmessgerät 17 ist im oberen Bereich des Gerätes angebracht. Zur Durchführung der Griffigkeitsmessung wird der Zweikoordinatentisch 5.1 mit der Probenwanne 5 seitlich so weit herausgefahren, dass er sich unterhalb des als SRT-Pedel ausgeführten Griffigkeitsmessgerätes 17 befindet.
Fig. 3 zeigt die Anordnung in der gleichen Seitenansicht ohne das Griffigkeitsmessgerät 17.
In Fig. 4 ist die Poliereinheit in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, ist die Lagerung, in der das Polierrad 14 aufgenommen ist an der Grundplatte 13 befestigt. Das Polierrad 14 ist dabei mit dem antreibenden Getriebemotor 3 gekoppelt.
Fig. 5 erläutert die Baueinheit zum Anheben und Aufsetzen der Poliereinheit. Die Anordnung ist ebenfalls in Seiten- und Vorderansicht dargestellt. Die vertikale Bewegung zum Anheben und Aufsetzen der Poliereinheit wird dadurch ermöglicht, dass die Grundplatte 13 mit dem Getriebemotor 3 und dem Polierrad 14 in den Gleitholmen 12 mit Führungsbuchsen 18 auf und ab bewegt werden kann, wobei das Anheben von dem Getriebemotor 4 bewirkt wird, der über das Zugseil 23 die Poliereinheit nach oben zieht und die Abwärtsbewegung durch die Schwerkraft der Grundplatte 13 mit den an ihr befestigten Bauteilen erfolgt.
In Fig. 6 ist eine Ausführung für den Zweikoordinatentisch dargestellt, der die Bewegung der Probenwanne 5, in der sich die Probe und das Kühlwasser befinden, in x- und y-Richtung ermöglichen.
Die Fig. 7 bis 9 erläutern die Durchführung des Poliervorganges.
In Fig. 7 erfolgt das Polieren durch eine geradlinige Bewegung mit der die Beanspruchung der Fahrbahndeckschicht bei Geradeausfahrt simuliert wird. Die Deckschichtprobe wird hierbei in nur einer Koordinatenrichtung relativ zur belasteten Polierradgummirolle bewegt.
In Fig. 8 ist eine Polierbewegung dargestellt, bei der die Belastungsverhältnisse bei Kurvenfahrt simuliert werden. Die Deckschichtprobe wird in diesem Fall durch Überlagerung von zwei Linearbewegungen auf einer kurvenförmigen Bahn bewegt.
Bei dem in Fig. 9 dargestellten Vorgang wird die gleiche Bewegung wie in Fig. 7 ausgeführt, jedoch besteht hier die Probe aus straßenbauüblichen 15-er Bohrkernen. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Schnittmotor zum seitlichen Verfahren des Zweikoordinatentisches
2 Getriebemotor für die Vor- und Rückbewegung des Zweikoordinatentisches
3 Drehzahlgeregelter Getriebemotor als Antrieb für das Polierrad
4 Getriebemotor zum Anheben und Absetzen des Polierrades mit Antriebsmotor
5 Probenwanne mit Probe und Wasser
5.1 Zweikoordinatentisch
6 Oberflächengehärtete Kugelspindel für die Vor-/Rückbewegung des Zweikoordinatentisches
7 Oberflächengehärtete Kugelspindel für das seitliche Verfahren des Zweikoordinatentisches
8 Farbmonitor
9 Bedienelemente Taster und Edelstahltastatur
10 Staubgeschützter Industrierechner
11 Einschübe für Elektronikbauteile
12 Gleitholme mit Führungsbuchsen
13 Grundplatte
14 Polierrad
15 Kette
16 Rahmen
17 Griffigkeitsmessgerät
18 Führungsbuchsen
19 Gegengewicht zur Belastungseinstellung
20 Halterung für Messgerät
21 Endabschalter für das seitliche Verfahren (x-Richtung)
22 Endabschalter für die Vor- und Rückbewegung (y-Richtung)
23 Zugseil

Claims

1. Verfahren zur Untersuchung von Griffigkeitsveränderungen an Deckschichten von Straßenbelägen, indem ein Polierrad (14) unter definierter Belastung über eine zu beurteilende Deckschichtprobe bewegt und die Griffigkeit in zeitlichen Intervallen gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polierrad (14) Polierzyklen auf der Deckschichtprobe ausführt, indem es geradlinig und/oder in einer Kurve über eine Polierstrecke bewegt wird und dabei drehend so angetrieben wird, dass seine Umfangsgeschwindigkeit größer als die Relativgeschwindigkeit zwischen Polierrad (14) und Deckschichtprobe ist, und nach Beendigung einer festgelegten Anzahl von Polierzyklen die Probe unter ein Griffigkeitsmessgerät (17) transportiert und eine Griffigkeitsmessung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polierrad (14) am Anfang einer Polierstrecke auf die Deckschichtprobe aufgesetzt wird und nach Erreichen des Endes der Polierstrecke angehoben und auf den Anfang der Polierstrecke wieder aufgesetzt wird und den Poliervorgang erneut ausführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auftretende Reibungswärme durch ein Wasserbad aufgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polierrad (14) mit 0,1 bis 1 N/mm² belastet und mit Umdrehungszahlen von 10 bis 500 U/min. bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichtprobe zur Griffigkeitsprüfung der Polieranordnung entnommen und außerhalb dieser Anordnung mit einem Griffigkeitsprüfgerät erfolgt, dass auch auf der Fahrbahn eigesetzt werden kann.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Rahmen (16) höhenverstellbar eine Poliereinheit mit einem angetriebenen und mit einer veränderbaren Belastung zu versehendes Gummirad angeordnet ist, unterhalb derer sich ein Zweikoordinatentisch (5.1) mit einer Aufnahme für eine Deckschichtprobe befindet, und dass seitlich am Rahmen (16) ein Griffigkeitsmessgerät (17) höhenverstellbar angebracht ist, wobei der Zweikoordinatentisch (5.1) mit der Deckschichtprobe seitlich unter das Griffigkeitsmessgerät (17) bewegt werden kann.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufnahme für die Deckschichtprobe eine mit Wasser gefüllte Probenwanne (5) angeordnet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Griffigkeitsmessgerät (17) eine SRT-Pendelmesseinheit angeordnet ist, die auch ohne Verbindung mit der Polieranordnung auf der Fahrbahn eingesetzt werden kann.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweikoordinatentisch (5.1) über Kugelspindeln (6, 7) bewegt wird, die für die seitlich Bewegung von einem Schrittmotor (1) und für die Vor- und Rückbewegung von einem Getriebemotor (2) angetrieben werden.

10. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Griffigkeitsmessgerät ein rotierendes Messrad verwendet wird, dass sowohl in Verbindung mit der Polieranordnung als auch ohne Polieranordnung auf der Fahrbahn eingesetzt werden kann.