Hohlräume gefüllt mit Asphalt (VFA) ist der Prozentsatz der Hohlräume im Mineralstoffgemisch (VMA), der mit Asphaltbindemittel anstatt mit Luft gefüllt ist. VFA ist ein kritischer volumetrischer Parameter in den Superpave- und Marshall-Mischgutkonzepten, der die Bindemittelfilmdicke, die Dauerhaftigkeit des Gemischs und den Widerstand sowohl gegen Absanden (falls zu niedrig) als auch gegen Bluten (falls zu hoch) anzeigt. Behandelt die VFA-Berechnung, spezifische Bereiche gemäß AASHTO M 323, den Zusammenhang mit im Rahmen der Inspektion beobachtbaren Fahrbahnoberflächenschäden und Anwendungen in der Qualitätskontrolle.
Hohlräume gefüllt mit Asphalt (VFA) ist ein abgeleiteter volumetrischer Parameter in der Asphaltmischgutkonzeption, der den Prozentsatz des intergranularen Hohlraumvolumens zwischen den Gesteinskörnungen – bekannt als Hohlräume im Mineralstoffgemisch (VMA) – angibt, der mit wirksamem Asphaltbindemittel anstatt mit Luft gefüllt ist. VFA ist eines der vier primären volumetrischen Kriterien im Superpave-Mischgutkonzept, neben Hohlraumgehalt (Va) , Hohlräumen im Mineralstoffgemisch (VMA) und Staub-Bindemittel-Verhältnis. Es ist auch ein Standardparameter im Marshall-Mischgutkonzept, wo es manchmal als Asphalt-Hohlraum-Verhältnis bezeichnet wird.
VFA ist grundsätzlich ein Dauerhaftigkeitsindikator, da er das relative Volumen des Bindemittels widerspiegelt, das zur Umhüllung der Gesteinskörnungen im verdichteten Gemisch zur Verfügung steht. Die Bindemittelumhüllung schützt die Gesteinskörnungen vor Feuchtigkeitseintritt, sorgt für Haftung zwischen den Körnungen und widersteht den oxidativen Alterungseffekten des Lufteintritts. Ein Gemisch mit ausreichendem VFA hat dicke genug Bindemittelfilme, um diese Schutzfunktionen über die Nutzungsdauer der Fahrbahn aufrechtzuerhalten. Ein Gemisch mit niedrigem VFA hat dünne Bindemittelfilme, die schnell altern und ihre Hafteigenschaften verlieren, was zu Absanden (dem fortschreitenden Herauslösen von Gesteinskörnungen aus der Fahrbahnoberfläche) führt. Ein Gemisch mit übermäßig hohem VFA hat unzureichenden Luftporenraum im VMA, wodurch die Gefahr besteht, dass zusätzliche Verdichtung unter Verkehr das Bindemittel an die Fahrbahnoberfläche drückt – eine Schädigungsform, die als Bluten oder Aufschwimmen bekannt ist.
Der VFA-Parameter steht in enger Beziehung zu VMA und Hohlraumgehalt durch eine einfache mathematische Beziehung. Beim standardmäßigen Auslegungshohlraumgehalt von 4,0 % (dem Ziel für sowohl Superpave- als auch Marshall-Konzepte) wird der VFA-Wert ausschließlich durch das VMA bestimmt. Beispielsweise ergibt ein VMA von 14,0 % mit 4,0 % Hohlraumgehalt einen VFA von 71,4 %. Ein VMA von 15,0 % mit demselben Hohlraumgehalt von 4,0 % ergibt einen VFA von 73,3 %. Dies verdeutlicht, warum die VMA-Anforderungen ausreichend sein müssen – ein unzureichendes VMA treibt den VFA bei den Auslegungshohlräumen zu hoch, was ein Blutrisiko schafft, während ein übermäßiges VMA den VFA zu niedrig treiben kann, was Dauerhaftigkeitsprobleme verursacht.
VFA-Anforderungen sind in AASHTO M 323 (Standard Specification for Superpave Volumetric Mix Design) festgelegt und variieren mit der Verkehrsbelastung, ausgedrückt in Millionen äquivalenter Einzelachslasten (ESALs) . Der standardmäßige VFA-Bereich für verkehrsarme Fahrbahnen (weniger als 0,3 Millionen ESALs) beträgt 70–80 %, während der Bereich für verkehrsreiche Fahrbahnen (3 Millionen ESALs und mehr) auf 65–75 % eingeschränkt ist. Diese Einschränkung spiegelt die Notwendigkeit wider, bei höheren Verkehrsbelastungen mehr Luftporenraum innerhalb des VMA zu haben, um die zusätzliche Verdichtung aufzunehmen, die unter wiederholter schwerer Belastung auftritt, ohne Bluten zu verursachen.
VFA ist mathematisch definiert als das Verhältnis des wirksamen Bindemittelvolumens zum Gesamtvolumen des intergranularen Hohlraums im verdichteten Gemisch, ausgedrückt als Prozentsatz. Zum Verständnis von VFA ist das Verständnis des Dreikomponenten-Volumenmodells von verdichtetem Asphalt erforderlich: Gesteinskörnung, Asphaltbindemittel und Luft. In diesem Modell bilden die Gesteinskörnungen eine Skelettstruktur mit Zwischenräumen; diese Zwischenräume bilden das VMA. Innerhalb des VMA wird ein Teil des Raums vom wirksamen Asphaltbindemittel (dem Anteil des gesamten Bindemittels, der nicht in die Gesteinsporen absorbiert wird) eingenommen, und der verbleibende Raum bildet die Lufthohlräume.
Die maßgebliche Gleichung für VFA lautet:
VFA (%) = (VMA - Va) / VMA × 100
Wobei:
Diese Gleichung kann auch in Bezug auf das Bindemittelvolumen ausgedrückt werden:
VFA (%) = Vbe / (Va + Vbe) × 100
Wobei:
Die Beziehung zwischen VFA, VMA und Hohlraumgehalt ist grundlegend wechselseitig abhängig. Aus der Gleichung wird deutlich, dass für jeden gegebenen VMA-Wert VFA mit abnehmendem Hohlraumgehalt steigt und mit zunehmendem Hohlraumgehalt fällt. Diese Beziehung ist der Grund, warum VFA als abgeleiteter Parameter beschrieben wird – sein Wert wird durch die zwei unabhängig voneinander gemessenen volumetrischen Eigenschaften bestimmt.
Das VMA stellt das gesamte verfügbare Hohlraumvolumen innerhalb der verdichteten Gesteinskörnungsstruktur dar. Dieser Raum muss sowohl das Asphaltbindemittel als auch die Lufthohlräume aufnehmen. AASHTO M 323 definiert VMA als das Volumen des intergranularen Hohlraums zwischen den Gesteinskörnungen eines verdichteten Fahrbahnbelaggemischs, das die Lufthohlräume und den wirksamen Bindemittelgehalt umfasst, ausgedrückt als Prozentsatz des Gesamtvolumens des Probekörpers. Die Mindest-VMA-Anforderungen reichen von 11 % für 37,5 mm NMAS bis 16 % für 4,75 mm NMAS. Diese Mindestwerte stellen sicher, dass innerhalb der Gesteinsstruktur ausreichend Platz vorhanden ist, um ein angemessenes Volumen an Asphaltbindemittel für die Dauerhaftigkeit aufzunehmen, während gleichzeitig der Zielhohlraumgehalt eingehalten wird.
Die Lufthohlräume (Va) stellen die kleinen Lufteinschlüsse zwischen den umhüllten Gesteinskörnungen dar. Der Zielhohlraumgehalt im Superpave-Mischgutkonzept beträgt 4,0 % bei Ndesign, wobei einige Behörden einen Bereich von 3–5 % für die Abnahme vorgeben. Bei der Marshall-Methode liegt der Zielhohlraumgehalt je nach Verkehrsbelastung und Anwendung in der Deckschicht oder Tragschicht zwischen 3–5 %. Lufthohlräume sind essentiell, um Raum für das Fließen des Bindemittels während der zusätzlichen Verdichtung unter Verkehr zu schaffen und Bluten zu verhindern.
Die gegenseitige Abhängigkeit von VFA, VMA und Hohlraumgehalt bedeutet, dass, wenn zwei dieser drei Parameter bekannt sind, der dritte berechnet werden kann. Diese Beziehung ist die Grundlage des volumetrischen Entwurfsprozesses. Bei der Mischgutkonzeption arbeitet der Konstrukteur mit dem Bindemittelgehalt als primärer Variable, während das resultierende VMA, der Hohlraumgehalt und VFA aus Dichtemessungen berechnet werden. Beim Auslegungsbindemittelgehalt (wo der Hohlraumgehalt = 4,0 %) müssen sowohl das VMA als auch VFA ihre jeweiligen Anforderungen erfüllen.
Das technische Dokument der Colorado Asphalt Pavement Association zur Volumetrik liefert diese praxisnahe Erklärung: VFA steht in Beziehung zu VMA und Hohlraumgehalt (Pa), wie aus der Gleichung ersichtlich ist. Ein niedriger VFA kann auf hohe Hohlraumgehalte zurückzuführen sein, und ein hoher VFA kann auf niedrige Hohlraumgehalte zurückzuführen sein. Diese Beziehung unterstreicht die Bedeutung der Erzielung eines angemessenen VMA – wenn das VMA zu niedrig ist, hat der Konstrukteur nur begrenzten Spielraum bei der Variation des Bindemittelgehalts, bevor entweder der maximale Hohlraumgehalt überschritten oder der minimale VFA unterschritten wird.
Die Berechnung von VFA erfordert drei grundlegende Labormessungen am verdichteten Asphaltgemisch: die Rohdichte des verdichteten Gemischs (Gmb) , die theoretische Maximaldichte des lockeren Gemischs (Gmm) und die Rohdichte der kombinierten Gesteinskörnung (Gsb) . Diese Messungen werden durch standardisierte AASHTO-Prüfverfahren ermittelt.
Schritt 1: Berechnung des Hohlraumgehalts (Va)
Der Hohlraumgehalt wird aus der Rohdichte (Gmb) und der theoretischen Maximaldichte (Gmm) berechnet:
Va (%) = 100 × [1 - (Gmb / Gmm)]
Die theoretische Maximaldichte (Gmm) wird gemäß AASHTO T 209 (Theoretical Maximum Specific Gravity and Density of Hot-Mix Asphalt) bestimmt, allgemein als Rice-Versuch bezeichnet. Bei diesem Versuch wird eine lockere Probe des Asphaltgemischs in ein Vakuumpyknometer gegeben, und die Luft wird evakuiert, um die Hohlräume mit Wasser zu füllen. Die Gmm repräsentiert die Dichte des Gemischs bei null Lufthohlräumen – die maximal erreichbare Dichte.
Die Rohdichte (Gmb) des verdichteten Probekörpers wird gemäß AASHTO T 166 (Bulk Specific Gravity of Compacted Hot-Mix Asphalt Using Saturated Surface-Dry Specimens) bestimmt. Der verdichtete Probekörper wird trocken gewogen, dann in Wasser getaucht, um sein Volumen durch Wasserverdrängung zu bestimmen, und die Rohdichte wird als Verhältnis von Masse zu Volumen berechnet.
Schritt 2: Berechnung der Hohlräume im Mineralstoffgemisch (VMA)
VMA wird mit der folgenden Formel berechnet:
VMA (%) = 100 - (Gmb × Ps / Gsb)
Wobei:
Die Rohdichte der Gesteinskörnung (Gsb) berücksichtigt die wasserdurchlässigen Hohlräume innerhalb der Gesteinskörnungen. Dies ist wichtig, da das absorbierte Asphaltbindemittel diese durchlässigen Hohlräume einnimmt und nicht zum wirksamen Bindemittel beiträgt, das die Kornoberflächen umhüllt. Eine höhere Gsb (weniger saugfähige Gesteinskörnung) bedeutet, dass mehr des gesamten Bindemittelgehalts als wirksames Bindemittel zur Verfügung steht.
Schritt 3: Berechnung der Hohlräume gefüllt mit Asphalt (VFA)
Nach der Bestimmung von Va und VMA wird VFA berechnet:
VFA (%) = (VMA - Va) / VMA × 100
Das Washington State Department of Transportation (WSDOT) Materials Manual (TM 13) gibt das folgende Berechnungsformat für VFA vor:
VFA = 100 × (VMA - Va) / VMA
Wobei VFA auf 1 Dezimalstelle angegeben wird.
Zahlenbeispiel:
Betrachten Sie ein Superpave-Mischgutkonzept mit den folgenden Werten beim optimalen Bindemittelgehalt:
Schritt 1: Va = 100 × [1 - (2,380 / 2,479)] = 100 × (1 - 0,960) = 4,0 %
Schritt 2: VMA = 100 - (2,380 × 94,8 / 2,650) = 100 - (225,6 / 2,650) = 100 - 85,1 = 14,9 %
Schritt 3: VFA = (14,9 - 4,0) / 14,9 × 100 = 10,9 / 14,9 × 100 = 73,2 %
Mit 73,2 % liegt dieser VFA innerhalb des typischen Spezifikationsbereichs von 65–78 % für Verkehrsbelastungen von 0,3 bis 30 Millionen ESALs.
VFA-Berechnung aus dem wirksamen Bindemittelgehalt:
VFA kann auch direkt aus dem wirksamen Bindemittelvolumen berechnet werden:
VFA (%) = Vbe / (Va + Vbe) × 100
Wobei Vbe (wirksamer Bindemittelgehalt nach Volumen) wie folgt berechnet wird:
Vbe = (Gmb × Pbe) / Gb
Wobei:
Der wirksame Bindemittelgehalt (Pbe) berücksichtigt die Bindemittelabsorption in die Gesteinsporen:
Pbe = Pb - (Pba / 100) × Ps
Wobei:
Der absorbierte Asphaltgehalt (Pba) wird aus den Gesteinsdichten bestimmt:
Pba = 100 × [(Gse - Gsb) / (Gse × Gsb)] × Gb
Wobei Gse die wirksame Dichte der Gesteinskörnung ist, berechnet aus Gmm und Bindemittelgehalt:
Gse = (100 - Pb) / [(100 / Gmm) - (Pb / Gb)]
Diese detailliertere Berechnung ist erforderlich, wenn bewertet werden soll, ob der Bindemittelgehalt ausreicht, um eine angemessene Filmdicke auf den Gesteinskörnungen zu gewährleisten. Der wirksame Bindemittelgehalt ist das Bindemittel, das tatsächlich zur Bildung des Haftfilms zur Verfügung steht – das in die Gesteinsporen absorbierte Bindemittel trägt weder zur Filmdicke noch zum VFA bei.
Gemäß AASHTO M 323 (Standard Specification for Superpave Volumetric Mix Design) werden die VFA-Anforderungen als Funktion der Auslegungsverkehrsbelastung, ausgedrückt in Millionen äquivalenter Einzelachslasten (ESALs) über einen Auslegungszeitraum von 20 Jahren, festgelegt. Die Spezifikation erkennt an, dass höhere Verkehrsbelastungen eine strengere Kontrolle des VFA erfordern, um sowohl Bluten als auch Dauerhaftigkeitsprobleme zu verhindern.
| 20-jährige Auslegungsverkehrsbelastung (Millionen ESALs) | VFA-Bereich (Prozent) |
|---|---|
| Weniger als 0,3 | 70 – 80 |
| 0,3 bis weniger als 3 | 65 – 78 |
| 3 bis weniger als 10 | 65 – 75 |
| 10 bis weniger als 30 | 65 – 75 |
| 30 oder mehr | 65 – 75 |
Für Mischgüter mit einer Nennhöchstkorngröße (NMAS) von 9,5 mm bei Auslegungsverkehrsbelastungen ≥3 Millionen ESALs gibt AASHTO M 323 einen engeren VFA-Bereich von 73–76 % vor. Dieser engere Bereich spiegelt die größere Empfindlichkeit feinerer Mischgüter gegenüber Bindemittelgehaltsschwankungen und die größere Oberfläche von Gesteinskörnungen mit 9,5 mm NMAS wider, die eine präzisere Kontrolle des Bindemittelvolumens erfordert.
Die VFA-Bereiche in AASHTO M 323 wurden auf der Grundlage umfangreicher Feldversuche und Laborforschung während des Strategic Highway Research Program (SHRP) und nachfolgender Validierungsstudien entwickelt. Der National Cooperative Highway Research Program (NCHRP) Report 573 (Verification of Gyration Levels in the Ndesign Table) lieferte umfangreiche Feldvalidierungsdaten, die diese VFA-Anforderungen unterstützen und belegen, dass Mischgüter, die die angegebenen VFA-Bereiche einhalten, unter realen Verkehrsbedingungen im Allgemeinen gute Leistungen erbringen.
Änderungen der VFA-Anforderungen im Laufe der Zeit: Die ursprüngliche, in den 1990er Jahren veröffentlichte Superpave-Spezifikation enthielt andere VFA-Bereiche als die aktuelle AASHTO M 323. Die ursprüngliche Spezifikation für Verkehrsbelastungen von 3 bis weniger als 10 Millionen ESALs betrug 65–78 %, wurde jedoch in späteren Ausgaben auf 65–75 % revidiert, basierend auf Leistungsdaten, die zeigten, dass der obere Bereich in einigen Feldabschnitten mit Bluten und Spurrinnenbildung verbunden war. Jüngste Überarbeitungen von AASHTO R 35 und AASHTO M 323 haben die VFA-Anforderungen weiter verfeinert, wobei einige Behörden auf der Grundlage lokaler Erfahrungen modifizierte Bereiche übernommen haben. Das NECEPT (Northeast Center for Excellence in Pavement Technology) Superpave-Schulungsprogramm dokumentiert, dass überarbeitete VFA-Bereiche in die neuesten AASHTO-Spezifikationsaktualisierungen aufgenommen wurden.
Der VFA-Bereich wird auch für verschiedene Mischguttypen in der Marshall-Mischgutkonzeption angepasst. Das Asphalt Institute MS-2 (Mix Design Methods for Asphalt Concrete) gibt die folgenden Marshall-VFA-Kriterien vor:
| Verkehrsbelastung | VFA-Bereich (%) |
|---|---|
| Leichter Verkehr (Deckschicht) | 70 – 80 |
| Mittlerer Verkehr | 65 – 78 |
| Schwerer Verkehr | 65 – 75 |
Diese Bereiche sind im Wesentlichen identisch mit den Superpave-Bereichen, was das gemeinsame Verständnis der Asphalttechnologen über den angemessenen Bindemittelfüllgrad für verschiedene Verkehrsbedingungen widerspiegelt, unabhängig von der verwendeten Entwurfsmethode.
Die VFA-Spezifikation muss im Kontext der gesamten volumetrischen Entwurfskriterien verstanden werden. Beim Auslegungsbindemittelgehalt, bei dem der Hohlraumgehalt 4,0 % beträgt, wird VFA durch den VMA-Wert bestimmt. Die Beziehung kann wie folgt ausgedrückt werden:
Dies zeigt, dass die VFA-Anforderungen das minimale VMA einschränken, das für eine gegebene Verkehrsbelastung verwendet werden kann. Für verkehrsreiche Fahrbahnen, die VFA ≤75 % erfordern, muss das VMA mindestens 16,0 % betragen, wenn der VFA auch ≥65 % betragen muss. Das minimale VMA für 9,5 mm NMAS beträgt jedoch 15,0 %, was bei 4,0 % Hohlraumgehalt einen VFA von 73,3 % ergibt – innerhalb des akzeptablen Bereichs. Für 37,5 mm NMAS mit einem minimalen VMA von 11,0 % beträgt der VFA bei 4,0 % Hohlraumgehalt 63,6 %, was unter dem VFA-Minimum von 65 % für alle Verkehrsbelastungen liegt, sodass Mischgüter mit 37,5 mm NMAS das minimale VMA überschreiten müssen, um die VFA-Anforderungen zu erfüllen.
Anmerkung 9 von AASHTO M 323 enthält wichtige Hinweise: Wenn die geschätzte Auslegungsverkehrsbelastung zwischen 3 und weniger als 10 Millionen ESALs liegt und das Mischgut mit einer NMAS von 9,5 mm konzipiert ist, können die Behörden einen VFA-Bereich von 73–76 % verwenden. Diese Anmerkung erkennt die Herausforderungen an, sowohl die VMA- als auch die VFA-Anforderungen mit fein abgestuften 9,5 mm-Mischgütern bei höheren Verkehrsbelastungen zu erfüllen.
Wenn der VFA unter dem angegebenen Minimum (typischerweise 65 %) liegt, enthält das Gemisch nicht genügend Asphaltbindemittel, um den Hohlraum innerhalb der Gesteinsstruktur angemessen zu füllen. Die Folge ist, dass die Bindemittelfilmdicke auf den Gesteinskörnungen reduziert wird und die Bindemittelfilme dünn genug werden, um die Dauerhaftigkeit und Integrität der Fahrbahn zu beeinträchtigen.
Bindemittelfilmdicke: Die Bindemittelfilmdicke ist die durchschnittliche Dicke der Asphaltumhüllung, die die Gesteinskörnungen umgibt. Sie wird berechnet, indem das wirksame Bindemittelvolumen durch die Gesamtoberfläche der Gesteinskörnung im Gemisch geteilt wird. Obwohl VFA kein direktes Maß für die Filmdicke ist, besteht eine starke Korrelation zwischen den beiden Parametern – ein niedriger VFA entspricht durchgehend dünnen Bindemittelfilmen. Forschung von Kandhal und Chakraborty sowie Sengoz und Agar hat ergeben, dass Mindestfilmdicken von 8–10 Mikrometern für eine ausreichende Dauerhaftigkeit erforderlich sind, wobei dickere Filme (9–10 Mikrometer) für Mischgüter empfohlen werden, die extremen Umweltbedingungen ausgesetzt sind.
Oxidative Alterung: Dünne Bindemittelfilme sind anfälliger für oxidative Alterung, da Sauerstoff aus der Luft leichter die gesamte Filmdicke durchdringen kann. Der Oxidationsprozess führt dazu, dass das Asphaltbindemittel mit der Zeit härter und spröder wird. Die Oxidationsrate ist umgekehrt proportional zur Filmdicke – dünne Filme altern viel schneller als dicke Filme. Die Forschung des Strategic Highway Research Program (SHRP) zur Bindemittelalterung zeigte, dass die Alterungsrate signifikant zunimmt, wenn die Filmdicke unter 6–8 Mikrometer fällt. Der Alterungsprozess wird bei hohen Fahrbahntemperaturen und in sonnigen Klimazonen mit hoher UV-Bestrahlung beschleunigt. Wenn das Bindemittel oxidiert und spröde wird, verliert die Fahrbahn ihre Fähigkeit, unter Verkehrslasten nachzugeben, was zu Ermüdungsrissen und Blockrissen führt.
Absanden: Die sichtbarste Schädigung im Zusammenhang mit niedrigem VFA ist Absanden – der fortschreitende Verlust von Gesteinskörnungen von der Fahrbahnoberfläche. Absanden beginnt, wenn die dünnen Bindemittelfilme ihre Haftverbindung zu den Gesteinskörnungen verlieren, entweder durch oxidative Versprödung oder Feuchtigkeitsschäden. Einzelne Gesteinskörnungen werden durch den Verkehr gelöst und hinterlassen kleine Vertiefungen auf der Oberfläche. Wenn mehr Körnungen verloren gehen, wird die Oberflächentextur rau und offen, was den weiteren Kornverlust beschleunigt. In schweren Fällen kann Absanden so weit fortschreiten, dass die Oberflächentextur tiefe Gruben aufweist und loses Korn eine Fremdkörpergefahr (FOD) für den Flugzeugbetrieb auf Flugplatzfahrbahnen darstellt.
Das technische Dokument der Colorado Asphalt Pavement Association erklärt diesen Mechanismus explizit: “Wenn der VFA zu niedrig ist, ist nicht genug Asphalt vorhanden, um Dauerhaftigkeit zu gewährleisten und sich unter Verkehr zu überverdichten und zu bluten.” Dies fasst treffend die zweiseitige Natur der VFA-Anforderung zusammen – er muss hoch genug sein, um eine für die Dauerhaftigkeit ausreichende Bindemittelfilmdicke sicherzustellen, aber nicht so hoch, dass ein Blutrisiko entsteht.
Feuchtigkeitsschadensrisiko: Mischgüter mit niedrigem VFA sind auch anfälliger für Feuchtigkeitsschäden (Stripping) . Dünne Bindemittelfilme bieten weniger Umhüllungsabdeckung auf den Gesteinskörnungen und lassen mehr Gesteinsoberfläche für das Eindringen von Wasser frei. Wasser kann die Grenzfläche zwischen Bindemittel und Gestein durchdringen und das Bindemittel verdrängen, was zum Ablösen des Bindemittels von der Gesteinskörnung führt. Die Kombination aus dünnen Filmen und Feuchtigkeitsschäden kann den Fahrbahnverfall erheblich beschleunigen, insbesondere in Klimazonen mit häufigen Niederschlägen oder Frost-Tau-Zyklen.
Niedriger VFA bei der Fahrbahninspektion: Bei visuellen Fahrbahnzustandsuntersuchungen umfassen die Indikatoren für niedrigen VFA:
Diese Schädigungen sind bei routinemäßigen Pavement Condition Index (PCI) -Untersuchungen gemäß ASTM D5340 (Standard Test Method for Airport Pavement Condition Index Surveys) und ASTM D6433 (Standard Practice for Roads and Parking Lots Pavement Condition Index Surveys) beobachtbar. Die Inspektion von Absanden mit Schweregraden von gering (beginnender Verlust feiner Gesteinskörnung) bis hoch (Verlust grober Gesteinskörnung, der erhebliche Oberflächenvertiefungen erzeugt) liefert indirekte Hinweise darauf, dass der VFA vor Ort möglicherweise unter optimalen Werten liegt.
Wenn der VFA das angegebene Maximum überschreitet (typischerweise 78–80 %), hat das Gemisch nicht genügend Luftporenraum innerhalb des VMA, um das Asphaltbindemittel aufzunehmen. Dieser Zustand erzeugt eine Fahrbahn, die übermäßig bindemittelreich ist, mit dem Potenzial für mehrere verschiedene Schädigungsmechanismen, die sowohl die strukturelle Leistungsfähigkeit als auch die funktionale Sicherheit beeinträchtigen.
Bluten (Aufschwimmen): Die primäre Schädigung im Zusammenhang mit hohem VFA ist Bluten, auch Aufschwimmen oder Fettstellen genannt. Bluten tritt auf, wenn die Lufthohlräume in der Fahrbahn nahezu oder vollständig mit Asphaltbindemittel gefüllt sind und zusätzliche Verdichtung unter Verkehr das überschüssige Bindemittel an die Fahrbahnoberfläche drückt. Das Bindemittel sammelt sich auf der Oberfläche als glänzender, klebriger Film, der mit der Zeit fortschreitend dunkler und dicker wird, wenn mehr Bindemittel durch wiederholte Verkehrsbelastung aus dem Gemisch austritt. Im Gegensatz zu einigen Fahrbahnschädigungen ist Bluten während kalten Wetters oder bei geringer Belastung nicht reversibel – sobald das Bindemittel an die Oberfläche getreten ist, bleibt es dort und sammelt sich weiter an.
Reibungsminderung: Bluten erzeugt eine glatte, polierte Oberfläche mit deutlich verminderter Griffigkeit und Oberflächenreibung. Das überschüssige Bindemittel füllt die Makrotextur der Fahrbahnoberfläche und beseitigt die Oberflächentextur, die die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn erzeugt. Auf Flugplatzstart- und -landebahnen kann die verminderte Reibung bei Nässe die Landestrecke von Flugzeugen erheblich verlängern und die Richtungskontrolle bei Seitenwindlandungen beeinträchtigen. Das FAA Advisory Circular 150/5320-12C (Measurement, Construction, and Maintenance of Skid-Resistant Airport Pavement Surfaces) befasst sich mit den Gefahren von Fahrbahnoberflächen mit geringer Reibung und betont die Bedeutung der Aufrechterhaltung einer ausreichenden Makrotextur für die Bremsleistung von Flugzeugen. Das ICAO Aerodrome Design Manual (Doc 9157, Part 3) behandelt ebenfalls die Sicherheitsauswirkungen verminderter Reibung auf Start- und Landebahnoberflächen.
Hydroplaning-Risiko: Bluten erhöht das Risiko von Hydroplaning (Aquaplaning) erheblich – dem Zustand, bei dem sich eine Wasserschicht zwischen dem Flugzeugreifen und der Fahrbahnoberfläche aufbaut, wodurch der Reifen den Kontakt zur Fahrbahn verliert. Die FAA identifiziert Hydroplaning als ein kritisches Sicherheitsproblem auf Flugplatzstart- und -landebahnen, insbesondere während starker Regenfälle, wenn stehendes Wasser nicht von der glatten, bindemittelreichen Oberfläche abfließen kann. Die California Bearing Ratio (CBR) -Methode des Fahrbahnentwurfs befasst sich mit Entwässerungsanforderungen, aber Bluten untergräbt direkt die Oberflächenentwässerungsfunktion, indem es die Textur füllt, die Wasserabflusswege bereitstellt.
Spurrinnenbildung (bleibende Verformung): Mischgüter mit hohem VFA sind anfällig für Spurrinnenbildung – die Ansammlung bleibender Verformungen in den Radspuren unter wiederholter Verkehrsbelastung. Wenn die Lufthohlräume unter etwa 2–3 % reduziert werden, hat das Gemisch nicht genügend Hohlraumvolumen, um die seitliche Verdrängung von Bindemittel und Gesteinskörnung unter Last aufzunehmen. Das überschüssige Bindemittel wirkt als Schmiermittel innerhalb der Gesteinsstruktur und ermöglicht es den Gesteinskörnungen, aneinander vorbeizugleiten und sich weiter zu verdichten. Wenn sich das Gemisch verdichtet, sinkt das Oberflächenniveau in den Radspuren ab, was längsgerichtete Vertiefungen (Spurrinnen) erzeugt, die die Gebrauchstauglichkeit der Fahrbahn beeinträchtigen können. Die Anforderung von AASHTO R 35, dass die Hohlräume bei Nmax ≥2,0 % betragen müssen, dient speziell dazu, diesen Zustand zu verhindern – wenn die Labordichte bei Nmax 98 % der theoretischen Maximaldichte erreicht (der Punkt, an dem VFA 100 % erreichen würde), gilt das Gemisch als für den Feldeinsatz zu stark verdichtbar.
Tendermischverhalten: Mischgüter mit hohem VFA zeigen während des Baus oft Tendermischverhalten – sie sind schwer zu verdichten, da das Bindemittel als Schmiermittel wirkt, und die Schicht kann unter der Walze schieben oder sich bewegen, anstatt sich richtig zu verdichten. Das Gemisch kann möglicherweise die Ninitial-Anforderung des Superpave-Gyratorverdichters nicht erfüllen, die für mittleren Verkehr vorgibt, dass die Dichte bei 8 Umdrehungen ≤89,0 % der theoretischen Maximaldichte betragen muss. Mischgüter, die sich bei Ninitial zu schnell verdichten, sind wahrscheinlich im Feld tenderm und unter Verkehr instabil.
Indikatoren für hohen VFA bei der Fahrbahninspektion:
Bei visuellen Zustandsuntersuchungen umfassen die Indikatoren für hohen VFA:
Das Pavement Condition Rating System des Ohio Department of Transportation (ODOT) (Anhang A – Schädigungen in flexiblen Fahrbahnen) klassifiziert Bluten in Schweregrade: Gering (ein dünner Asphaltfilm auf der Oberfläche, der eine leichte Verfärbung verursacht) und Hoch (ein dicker Film, der eine signifikante Fläche mit einer glänzenden, reflektierenden Oberfläche bedeckt, die klebrig sein kann). Das ODOT-System stellt fest, dass Bluten durch einen übermäßigen Gehalt an bituminösem Bindemittel im Gemisch und/oder einen niedrigen Hohlraumgehalt verursacht wird – was die Schädigung direkt mit hohen VFA-Bedingungen verbindet.
Die Beziehung zwischen VFA und Bindemittelfilmdicke ist grundlegend für das Verständnis, warum VFA ein so kritischer Mischgutkonzeptparameter ist. Während VFA den Prozentsatz des mit Bindemittel gefüllten Hohlraums misst, misst die Bindemittelfilmdicke die tatsächliche Dicke der Asphaltumhüllung um die Gesteinskörnungen. Diese beiden Parameter sind korreliert, aber nicht identisch – VFA ist eine volumetrische Eigenschaft des gesamten Gemischs, während die Filmdicke eine Oberflächeneigenschaft der Gesteinskörnungen ist.
Berechnung der Bindemittelfilmdicke:
Die durchschnittliche Bindemittelfilmdicke (TF) wird wie folgt berechnet:
TF (Mikrometer) = (Vbe × 1000) / (SA × Ws)
Wobei:
Die Oberfläche (SA) der Gesteinskörnung wird aus der Abstufung unter Verwendung der Hveem-Oberflächenfaktoren geschätzt:
| Siebgröße | Oberflächenfaktor (m²/kg) |
|---|---|
| 4,75 mm (Nr. 4) | 0,41 |
| 2,36 mm (Nr. 8) | 0,82 |
| 1,18 mm (Nr. 16) | 1,64 |
| 600 µm (Nr. 30) | 2,87 |
| 300 µm (Nr. 50) | 6,14 |
| 150 µm (Nr. 100) | 12,29 |
| 75 µm (Nr. 200) | 32,77 |
Für Gesteinskörnung, die das 75 µm-Sieb (Nr. 200) passiert, werden basierend auf dem Durchgangsprozentsatz zusätzliche Oberflächenfaktoren angewendet (typischerweise 41–55 m²/kg pro Prozent Durchgang).
Beziehung zwischen VFA und Filmdicke:
Die Forschung hat durchgängig gezeigt, dass VFA und Filmdicke korreliert, aber nicht gleichwertig sind. Ein Mischgut mit hohem VFA kann dennoch dünne Bindemittelfilme aufweisen, wenn die Gesteinsoberfläche sehr groß ist (wie bei fein abgestuften Mischgütern mit hohem Feinkornanteil). Umgekehrt kann ein Mischgut mit mäßigem VFA dicke Bindemittelfilme aufweisen, wenn die Gesteinskörnung grob mit geringer Oberfläche ist. Diese Unterscheidung ist wichtig, da die Filmdicke der grundlegendere Dauerhaftigkeitsindikator ist, VFA jedoch in der routinemäßigen Mischgutkonzeption und Qualitätskontrolle einfacher zu berechnen und zu kontrollieren ist.
Kandhal und Chakraborty führten umfangreiche Forschungen zur Beziehung zwischen VMA, Filmdicke und Alterungseigenschaften durch und fanden heraus:
Diese Ergebnisse stimmen mit den VFA-Anforderungen in AASHTO M 323 überein, die die Filmdicke effektiv innerhalb eines Bereichs einschränken, der ausreichende Dauerhaftigkeit ohne übermäßiges Blutrisiko bietet. Für ein typisches dicht abgestuftes Superpave-Gemisch mit 4 % Hohlraumgehalt und einem VMA von 13–15 % liegt die entsprechende Filmdicke typischerweise zwischen 8–12 Mikrometern, was mit dem aus der Forschungsliteratur empfohlenen Bereich übereinstimmt.
Der ODOT-Forschungsbericht zu VMA und Filmdicke (in verschiedenen technischen Veröffentlichungen zitiert) stellte fest, dass die VFA-Anforderung in einigen Fällen den Bau einer Fahrbahn mit nur 3,76 % Asphaltgehalt erlauben würde, was als zu niedrig für eine ausreichende Feldleistung angesehen wurde. Diese Bedenken führten zu der Empfehlung, dass die Filmdicke als zusätzliches Entwurfskriterium betrachtet werden sollte, wenn die Dauerhaftigkeit ein primäres Anliegen ist, wie z. B. bei Flugplatzfahrbahnen, die hohen Reifendrücken und Triebwerksstrahlen ausgesetzt sind.
Flugplatzasphaltmischgüter, die nach der FAA P-401-Spezifikation (Plant Mix Bituminous Pavements, AC 150/5370-10H) konzipiert werden, integrieren VFA als wichtigen volumetrischen Entwurfsparameter. Die FAA erkennt an, dass Flugplatzfahrbahnen unter anderen Belastungsbedingungen als Straßen arbeiten, einschließlich höherer Lasten, höherer Reifendrücke und breiterer Temperaturbereiche, und die VFA-Anforderungen sind entsprechend angepasst.
FAA P-401 VFA-Anforderungen: Die FAA P-401-Spezifikation verlangt, dass Mischgutkonzepte für Flugplatzfahrbahnen VFA-Bereiche einhalten, die im Allgemeinen mit den Anforderungen von AASHTO M 323 übereinstimmen. Für P-401 Abstufung 1 (19,0 mm NMAS, verwendet für Fahrbahnen mit schwerer Belastung) beträgt der typische VFA-Bereich 65–78 %. Für Abstufung 2 (12,5 mm NMAS) und Abstufung 3 (9,5 mm NMAS) werden die VFA-Bereiche basierend auf der spezifischen Verkehrsbelastung des Flugplatzes angepasst.
Die FAA unterscheidet zwischen Mischgutkonzeptmethoden in P-401:
Höherstufung von Bindemittelklassen für Flugplatzanwendungen: Die FAA verlangt eine Höherstufung (Grade Bumping) von PG-Bindemitteln für Flugplatzanwendungen, um den höheren Reifendrücken von Flugzeugen (100–300 psi für Flugzeuge im Vergleich zu 100–130 psi für LKW-Reifen) Rechnung zu tragen. Die Höherstufung kann das Bindemittel in eine höhere Hochtemperaturklasse verschieben, was die Bindemittelsteifigkeit verändert und den optimalen VFA-Bereich beeinflusst. Steifere Bindemittel (höhere PG-Klassen) können höhere VFA-Werte ohne Bluten tolerieren, da sie widerstandsfähiger gegen Fließen unter Last sind. Die FAA-Spezifikationen halten jedoch die standardmäßigen VFA-Bereiche unabhängig von der verwendeten Bindemittelklasse ein, was bedeutet, dass das VFA-Entwurfsziel mit der ausgewählten Bindemittelklasse erreicht werden muss.
Leistungsprüfanforderungen: Die FAA schreibt nun Leistungsprüfungen für Flugplatzmischgutkonzepte vor, unter Verwendung des Asphalt Pavement Analyzer (APA) gemäß AASHTO T 340 oder des Hamburger Spurbildungstests gemäß AASHTO T 324. Diese Leistungsprüfungen liefern eine direkte Validierung, dass das Mischgut (mit seinem spezifischen VFA) widerstandsfähig gegen Spurrinnenbildung unter simulierter Flugzeugbelastung ist. Die FAA-Spezifikation verlangt eine maximale Spurrinnentiefe von 10 mm bei 4.000 Überfahrten im APA bei 250 psi Schlauchdruck und 64 °C. Mischgüter, die die VFA-Spezifikation einhalten, aber den APA-Spurrinnentest nicht bestehen, müssen neu konzipiert werden, was darauf hindeutet, dass VFA allein nicht ausreicht, um die Leistung sicherzustellen.
Dauerhaftigkeitsaspekte von Flugplatzfahrbahnen: Flugplatzfahrbahnen sind einzigartigen Umwelt- und Betriebsbedingungen ausgesetzt, die die Beziehung zwischen VFA und Leistung beeinflussen:
Die Yellowstone Airport Asphalt Study und andere Flugplatzfahrbahnforschungen haben gezeigt, dass Flugplatzmischgüter mit VFA-Werten durchgehend unter 65 % innerhalb von 3–5 Jahren vorzeitiges Absanden und Kornverlust aufwiesen, insbesondere in den Aufsetzzonen der Start- und Landebahnen, wo Flugzeugbremsung und Triebwerksstrahlen konzentriert sind. Umgekehrt entwickelten Flugplatzmischgüter mit VFA-Werten über 78 % in den Radspurenbereichen innerhalb von 2–3 Jahren Bluten, was eine Oberflächenbehandlung zur Wiederherstellung der Reibung erforderte.
Das FAA Airport Pavement Technology Program (AAPTP) Project 06-03 zu leistungsbasierten Spezifikationen für HMA-Flugplatzfahrbahnen identifizierte Mischgutvolumetrik (einschließlich VFA) als wichtige Abnahmequalitätsmerkmale (AQCs) , die während des Baus gemessen und mit Fahrbahnleistungsvorhersagen verknüpft werden sollten. Der AAPTP-Bericht empfahl, dass VFA als Teil der Bauabnahme gemessen und der gemessene VFA in prädiktiven Modellen zur Schätzung der Fahrbahnleistung über die Nutzungsdauer verwendet werden sollte. Dies stellt eine Verschiebung von der ausschließlichen Verwendung von VFA als Entwurfsparameter hin zur Verwendung als Werkzeug zur Überprüfung der Bauqualität dar.
Die Beziehung zwischen VFA und Fahrbahnoberflächenschädigungen bietet eine kritische Brücke zwischen Mischgutkonzeptparametern und der Zustandsbewertung vor Ort. Fahrbahninspektoren und -ingenieure können Beobachtungen von Oberflächenschädigungen nutzen, um abzuleiten, ob der VFA vor Ort möglicherweise zur vorzeitigen Fahrbahnverschlechterung beiträgt, selbst wenn die ursprünglichen Mischgutkonzeptaufzeichnungen nicht verfügbar sind.
Schadensmuster im Zusammenhang mit niedrigem VFA:
Wenn der VFA unter dem angegebenen Minimum liegt, sind die folgenden Schadensmuster typischerweise bei Pavement Condition Index (PCI) -Untersuchungen gemäß ASTM D5340 (Flugplätze) und ASTM D6433 (Straßen) beobachtbar:
| Schadensart | Schweregrad | Beobachtbare Merkmale | Wahrscheinlicher VFA-Beitrag |
|---|---|---|---|
| Absanden | Gering bis Hoch | Verlust feiner, dann grober Gesteinskörnung | Dünne Bindemittelfilme können Körnungen nicht halten |
| Verwitterung | Gering bis Hoch | Oberflächenverfärbung, Bindemittelverlust | Oxidative Alterung durch dünne Filme |
| Blockrisse | Gering bis Hoch | Rechteckige Risse >1 ft² | Sprödes Bindemittel durch schnelle Oxidation |
| Fugenrisse | Gering bis Mittel | Risse an Längs-/Querfugen | Steifes, gealtertes Bindemittel in Niedrig-VFA-Zonen |
| Ausbesserungen | Variabel | Ausgebesserte Bereiche können Randabsanden zeigen | Unzureichendes Bindemittel an Ausbesserungsrändern |
Der Fortschritt von Schädigungen im Zusammenhang mit niedrigem VFA folgt typischerweise dieser Abfolge: anfängliche Verwitterung und Oberflächenverfärbung (Jahr 1–2), gefolgt von Verlust feiner Gesteinskörnung und erhöhter Oberflächentextur (Jahr 2–3), Fortschreiten zu Absanden grober Körnung und Grubenbildung (Jahr 3–5) und schließlich Rissbildung und struktureller Verfall (Jahr 5+). Die Fortschrittsrate hängt vom Klima, der Verkehrsbelastung und dem tatsächlichen VFA-Mangel ab.
Schadensmuster im Zusammenhang mit hohem VFA:
Wenn der VFA das angegebene Maximum überschreitet, sind die folgenden Schadensmuster beobachtbar:
| Schadensart | Schweregrad | Beobachtbare Merkmale | Wahrscheinlicher VFA-Beitrag |
|---|---|---|---|
| Bluten | Gering bis Hoch | Glänzende schwarze Oberfläche, Texturverlust | Überschüssiges Bindemittel an die Oberfläche getreten |
| Spurrinnenbildung | Gering bis Hoch | Längsvertiefungen in Radspuren | Verdichtung und seitliches Fließen |
| Aufschieben | Gering bis Hoch | Querverschiebung an Kreuzungen | Instabilität durch überschüssiges Bindemittel |
| Wellenbildung | Gering bis Mittel | Querwellen in regelmäßigen Abständen | Geringe Stabilität durch hohen Bindemittelgehalt |
| Polierte Gesteinskörnung | Gering bis Hoch | Glatte, abgerundete Körnung an der Oberfläche | Dünner Bindemittelfilm + Abrieb |
Der Fortschritt von Schädigungen im Zusammenhang mit hohem VFA folgt typischerweise: anfängliche Blutflecken in Radspuren (Jahr 1–2), gefolgt von ausgedehnterer Blutung über die gesamte Radspurbreite (Jahr 2–3), Entwicklung von Spurrinnenbildung, wenn sich das Gemisch unter Verkehr verdichtet (Jahr 3–5), und schließlich Aufschieben oder Wellenbildung in Bereichen mit hoher Schubspannung (Jahr 5+). Auf Flugplatzstart- und -landebahnen ist das Bluten typischerweise in der Aufsetzzone (wo Flugzeuge zuerst die Fahrbahn berühren) und in den Wendebereichen an den Start- und Landebahnenden am stärksten ausgeprägt.
Quantitative Inspektionsmethoden:
Über die visuelle Beobachtung hinaus können mehrere quantitative Methoden Inspektoren dabei helfen, zu beurteilen, ob VFA-bezogene Probleme in der Fahrbahn vorhanden sind:
Durchlässigkeitsprüfung: Felddurchlässigkeitsprüfung gemäß ASTM D3637 (früher ASTM PS 129) misst die Wasserdurchflussrate durch die Fahrbahn. Mischgüter mit niedrigem VFA (mit dünnen Bindemittelfilmen) neigen zu höherer Durchlässigkeit, sodass Wasser und Luft in die Fahrbahnstruktur eindringen können. Mischgüter mit hohem VFA (mit Bluten) haben tendenziell eine sehr geringe Durchlässigkeit, aber eine schlechte Oberflächenentwässerung. Durchlässigkeitswerte über 100 × 10⁻⁵ cm/s gelten im Allgemeinen als Hinweis auf ein Mischgut mit unzureichendem Bindemittelgehalt und wahrscheinlich niedrigem VFA.
Makrotexturmessung: Sandfleckversuch gemäß ASTM E965 (Measuring Pavement Macrotexture Depth Using a Volumetric Technique) misst die mittlere Texturtiefe (MTD) der Fahrbahnoberfläche. Bluten durch hohen VFA reduziert die MTD auf Werte unter 0,5 mm, was auf eine polierte, reibungsarme Oberfläche hinweist. Die FAA und ICAO geben Mindestmakrotexturtiefen für neue Start- und Landebahnoberflächen vor (typischerweise ≥0,8 mm MTD), und Werte unter diesem Schwellenwert deuten auf eine unzureichende Oberflächentextur hin, die möglicherweise durch hohen VFA verursacht wird.
Reibungsprüfung: Kontinuierliche Reibungsmessung mit Geräten wie dem Mu-Meter (gemäß ASTM E670) oder dem Continuous Friction Measuring Equipment (CFME) liefert eine direkte Messung der Oberflächenreibung. Bluten durch hohen VFA reduziert die Reibungszahlen, insbesondere bei höheren Gleitgeschwindigkeiten. Das FAA Advisory Circular 150/5320-12C enthält Klassifizierungen der Reibungsniveaus und Richtlinien, wann eine Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Eine Reibungszahl unter 0,50 bei 40 mph (65 km/h) auf nasser Oberfläche gilt allgemein als Anlass für eine Untersuchung, und wenn die Ursache als Bindemittelbluten durch hohen VFA ermittelt wird, ist typischerweise eine Oberflächenbehandlung erforderlich.
Dichteprüfung: Felddichtemessungen mit nuklearen oder nicht-nuklearen Dichtemessgeräten oder Kernbohrungen gemäß AASHTO T 166 liefern eine direkte Messung der Hohlräume vor Ort. Wenn die gemessenen Hohlräume unter 2–3 % liegen, liegt der entsprechende VFA wahrscheinlich über 85 %, was auf einen hohen VFA-Zustand hinweist, selbst wenn die Labormischgutkonzeptaufzeichnungen akzeptable Werte zeigen. Wenn die Hohlräume umgekehrt 8–10 % überschreiten, liegt der VFA wahrscheinlich unter 55–60 %, was auf einen niedrigen VFA-Zustand hinweist.
VFA ist ein wesentlicher Parameter in Qualitätskontroll (QC) - und Qualitätssicherungs (QA) -Programmen für die Asphaltproduktion. Während der primäre volumetrische Parameter, der während der Produktion kontrolliert wird, typischerweise der Hohlraumgehalt bei Ndesign ist, dient VFA als kritische Überprüfung, dass das Mischgut nicht in einer Weise vom zugelassenen Konzept abgewichen ist, die die Dauerhaftigkeit oder den Blutwiderstand beeinträchtigen könnte.
Produktionsüberwachung: Während der Produktion prüft das QC-Labor in regelmäßigen Abständen Proben des werksproduzierten Mischguts (typischerweise 1–2 Prüfungen pro 500–1000 Tonnen Produktion). Die geprüften Parameter umfassen:
Aus diesen gemessenen Parametern wird der VFA berechnet und mit dem Zielwert der Mischgutformel (JMF) verglichen. Die meisten Behörden geben eine Toleranz von ±2 bis ±3 Prozentpunkten vom JMF-Ziel-VFA für einzelne Prüfergebnisse vor. Der Durchschnitt von 4–5 aufeinanderfolgenden Prüfergebnissen muss typischerweise innerhalb von ±1,5 bis ±2 Prozentpunkten des Ziels liegen.
Abnahmeprüfung: Viele Behörden verwenden die PWL (Percent Within Limits) -Methodik gemäß AASHTO R 9 für die Abnahme. Unter PWL legt die Spezifikation eine obere Spezifikationsgrenze (USL) und eine untere Spezifikationsgrenze (LSL) für VFA basierend auf der zugelassenen JMF fest. Die Prüfergebnisse des Auftragnehmers werden statistisch ausgewertet, um den Prozentsatz der Charge zu bestimmen, der innerhalb der Spezifikationsgrenzen liegt. Typische PWL-Anforderungen für VFA geben eine minimale PWL von 70–80 % für die vollständige Bezahlung vor, mit reduzierten Zahlungsfaktoren (Strafen) für niedrigere PWL-Werte.
Häufige VFA-bezogene QC-Probleme:
| Problem | Mögliche Ursache | Korrekturmaßnahme |
|---|---|---|
| VFA zu hoch (über Maximum) | Überschüssiger Bindemittelgehalt | Bindemittelzufuhrrate reduzieren |
| VFA zu hoch | Hohlraumgehalt zu niedrig | Verdichtungstemperatur, Abstufung prüfen |
| VFA zu hoch | VMA zu niedrig | Gesteinskörnungsabstufung anpassen, VMA erhöhen |
| VFA zu niedrig (unter Minimum) | Unzureichender Bindemittelgehalt | Bindemittelzufuhrrate erhöhen |
| VFA zu niedrig | Hohlraumgehalt zu hoch | Verdichtung oder Abstufung verbessern |
| VFA zu niedrig | VMA zu hoch | Gesteinskörnungsabstufung anpassen |
Statistische Prozesskontrolle: QC-Labore führen Kontrollkarten für VFA und andere volumetrische Parameter, um Trends zu erkennen, bevor sie zu produktionsaußerspezifikation führen. Die Kontrollkarten zeigen typischerweise die einzelnen Prüfwerte, den gleitenden Mittelwert und die Spezifikationsgrenzen. Wenn VFA-Werte in Richtung der oberen oder unteren Spezifikationsgrenze tendieren, können Anpassungen der Produktionsparameter (Bindemittelzufuhrrate, Gesteinskörnungsanteile, Mischtemperatur) vorgenommen werden, bevor die Werte die Spezifikationsgrenzen überschreiten.
Verifizierungsprüfung: Die Behörde des Auftraggebers (oder ihr unabhängiges Prüflabor) führt Verifizierungsprüfungen an separaten Proben durch, die zum gleichen Zeitpunkt und am gleichen Ort wie die QC-Proben des Auftragnehmers entnommen wurden. F-Tests und t-Tests werden verwendet, um die Varianz und den Mittelwert der Prüfergebnisse von Auftragnehmer und Behörde zu vergleichen. Wenn die F-Test- und t-Test-Ergebnisse anzeigen, dass die beiden Datensätze statistisch äquivalent sind, werden die Ergebnisse des Auftragnehmers für die Verwendung in Zahlungsberechnungen akzeptiert. Wenn die Tests eine signifikante Abweichung anzeigen, ist eine auflösende Prüfung erforderlich, typischerweise unter Beteiligung eines dritten unabhängigen Labors.
Die Colorado Asphalt Pavement Association stellt fest, dass die meisten DOT-Spezifikationen während der Entwurfsphase einen VFA im Bereich von 70–80 % verlangen, diese Anforderung jedoch nur für das Mischgut während der Entwurfsphase gilt und typischerweise keine Produktionsanforderung ist. Diese Unterscheidung ist wichtig: VFA ist ein Konzeptverifizierungsparameter, der bestätigt, dass das Konzept volumetrisch akzeptabel ist, aber während der Produktion verlagert sich der Schwerpunkt auf Hohlraumgehalt und Bindemittelgehalt als primäre Abnahmeparameter. Wenn jedoch die Hohlräume oder das VMA vom JMF-Ziel abweichen, bietet die VFA-Berechnung eine Überprüfung, dass die Abweichung kein Dauerhaftigkeits- oder Blutrisiko geschaffen hat.
Die FAA P-401-Spezifikation für Flugplatzfahrbahnen enthält VFA als erforderlichen Parameter im Mischgutkonzept-Einreichungspaket. Der Auftragnehmer muss einen vollständigen Mischgutkonzeptbericht vorlegen, der die Einhaltung aller volumetrischen Kriterien, einschließlich VFA, nachweist. Während der Produktion verlangt die FAA, dass das QC-Programm des Auftragnehmers VFA als Überwachungsparameter enthält, und das unabhängige Sicherungsprüfprogramm der FAA umfasst die VFA-Verifizierung. Die P-401-Spezifikation besagt: “Die volumetrischen Eigenschaften des Gemischs, einschließlich Hohlraumgehalt, VMA und VFA, müssen innerhalb der in der zugelassenen JMF angegebenen Grenzen liegen.”
Praktische Anleitung für QC-Personal:
QC-Personal, das für die Überwachung von VFA verantwortlich ist, sollte diese Richtlinien befolgen:
Der VFA-Qualitätskontrollprozess ist ein wesentlicher Bestandteil der Sicherstellung, dass das auf die Baustelle gelieferte Asphaltgemisch die Dauerhaftigkeit, Stabilität und Oberflächeneigenschaften aufweist, die für eine zufriedenstellende Fahrbahnleistung über die Nutzungsdauer erforderlich sind. Die ordnungsgemäße Beachtung von VFA während der Produktion hilft, sowohl vorzeitiges Absanden (durch niedrigen VFA) als auch Bluten/Aufschwimmen (durch hohen VFA) zu verhindern, deren Behebung kostspielig und für die Fahrbahnnutzer gefährlich ist.
Unser Team bietet professionelle Fahrbahnzustandsbewertungen, einschließlich volumetrischer Analyse, VFA-Bewertung und Qualitätskontrolle von Asphaltmischgutkonzepten für Flugplatz- und Straßenbauprojekte.
Hohlräume im Mineralstoffgemisch (VMA) ist das Volumen des intergranularen Hohlraums zwischen den Gesteinskörnungen in einer verdichteten Asphaltmischprobe, ein...
Air Voids (Va) sind die kleinen Lufteinschlüsse zwischen den Gesteinskörnungen in verdichtetem Heißasphalt, ausgedrückt als Prozentsatz des gesamten Mischungsvo...
Ein umfassendes technisches Glossar zum Marshall-Mischgutentwurfsverfahren für Asphaltbefestigungen. Behandelt das gesamte Verfahren von der Geschichte und Entw...
