Halbstarre Deckschichten – Modell zur Berechnung des Ausfüllungsgrades anhand von Bohrkernen

Dipl.-Geol. Heidrun Haag, Institut Dr. Haag GmbH, Kornwestheim

Der Einsatz der halbstarren Deckschichten ist weit gefächert. Zum Einen finden sie für besonders beanspruchte Flächen wie z.B. Containerabstellflächen Verwendung, zum Anderen ist auch eine gewisse Rückhaltewirkung gegenüber Flüssigkeiten bekannt, weil keine Schwindrisse auftreten.

Beim Bau von halbstarren Deckschichten wird zuerst ein hohlraumreiches Traggerüst aus Asphalt hergestellt, dessen Hohlräume in einem weiteren Arbeitsgang mit einem speziellen Verfüllmörtel verfüllt werden.

Von besonderem Interesse bei der Beurteilung der Qualität einer halbstarren Deckschicht ist der Ausfüllungsgrad. Dieser wurde bisher anhand von Bohrkernen nach Augenschein abgeschätzt. Dieses Verfahren führt, wie sich zeigt, zu falschen Angaben, weil es lediglich auf dem Zustand der Bohrkernaußenfläche basiert. Bei der Betrachtung der Kerne fällt aber auf, dass der Mörtel innerhalb eines Kerns in unterschiedliche Tiefen reicht, so dass eine 3-dimensionale Betrachtungsweise notwendig ist.

Es wurde daher von uns ein Verfahren entwickelt, das den Zustand exakter und objektiver erfasst. Die Zahlenwerte, die sich danach errechnen lassen – dies sei eingestanden – sind mit einer gewissen, aber kleinen Unsicherheit behaftet. Das rührt daher, dass gewisse Annahmen (z.B. Gleichmäßigkeit des Mischgutes, Gültigkeit der Laborwerte von Roh- und Raumdichte, Hohlraumgehalt nach Marshall) für das gesamte eingebaute Mischgut getroffen werden müssen.

Der Bohrkernanteil der halbstarren Deckschicht setzt sich aus zwei Komponenten zusammen. Die eine ist gleichbleibend, quasi eine Konstante, nämlich das bituminöse Splitt-Traggerüst. Schon aus der Rezeptur für die Zusammensetzung in der Eignungsprüfung, aber auch in den Laboruntersuchungen werden für die Berechnung des Ausfüllungsgrades erforderliche Werte gewonnen.

Die zweite Komponente ist der Spezial-Mörtel, dessen Anteil am Bohrkern schwankt. Er ist maßgebend für den Ausfüllungsgrad.

Es muss anhand von Laborversuchen (Eignungsprüfung) ermittelt werden, welche Mörtelmenge (kg/m²) für die Ausfüllung von einem Zentimeter Tiefe benötigt wird.

Ausgehend von der Masse des Bohrkerns und seinem messbaren Volumen können die Anteile der beiden Komponenten errechnet werden. Die Masse des bituminösen Traggerüstes errechnet sich aus dem Volumen des Bohrkerns multipliziert mit der Raumdichte, die sich am Marshall-Probekörper im Labor ergibt. Schließlich kann die Masse des eingedrungenen Mörtels dadurch ermittelt werden, dass vom Gesamtgewicht des Bohrkerns die Masse des Traggerüstes abgezogen wird. Die sich so ergebende Masse des Mörtels, dividiert durch seine Dichte (aus der Eignungsprüfung) ergibt das Volumen des Mörtels. Der ausfüllbare Hohlraum ergibt sich schließlich aus der Differenz von Bohrkernvolumen und Volumen des Asphaltgerüstes.

Das Volumen des Mörtels dividiert durch das Volumen des ausfüllbaren Hohlraumes ergibt den ausgefüllten Anteil. Das Ergebnis mit 100 multipliziert, ergibt die Volumen-Prozente des Ausfüllungsgrades.

Der Rechenwert wurde in unserem Institut durch praktische Versuche überprüft. An einem geeigneten Kern wurde beispielsweise bei Ermittlung des verbliebenen Hohlraumes mit Hilfe des Wasseraufnahmeverfahrens ein Ausfüllungsgrad von 70,4 Vol.% ermittelt. Die Berechnung nach der oben beschriebenen Methode ergab lediglich eine Abweichung des Wertes von 0,3 Vol.% im Vergleich zur Bestimmung über das Wasseraufnahmeverfahren.

Das Kontrollverfahren über die Wasseraufnahme funktioniert bei geringeren Ausfüllungsgraden nur bedingt, da bei größerem Porenanteil das Wasser während des Wägevorganges nicht im Prüfstück verbleibt. Die dargestellte Berechnungsmethode ist verlässlicher.