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Enhancing mechanical strength of a polymer-based noise-reducing road surface system = Verbesserung der mechanischen Festigkeit eines lärmmindernden Straßenbelags auf Polymerbasis

Tekampe, Sabine^RWTH*

2024

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sabine Tekampe, geb. Faßbender

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Oeser, Markus (Thesis advisor)^RWTH* ; Schulze, Christian K. V. (Thesis advisor) ; García-Hernandez, Alvaro (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-01-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-01506
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/979055/files/979055.pdf

Einrichtungen

1. Lehrstuhl und Institut für Straßenwesen (313410)

Projekte

1. Verbundprojekt: Grundlegende Erforschung polymerer Werkstoffe sowie innovativer Herstellungs- und Einbautechnologien für Straßendeckschichtsysteme; Teilvorhaben: Grundlagen der konstruktiven Gestaltung, Struktur sowie neuer polymerer Werkstoffe in Straßendeckschichtsystemen (13XP5001F) (13XP5001F)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
full-scale demonstrator (frei) ; mechanical pavement performance (frei) ; noise-reducing pavement (frei) ; polyurethane-based reclaimed asphalt pavement (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 624

Kurzfassung
Heutzutage tritt auf Basis unterschiedlicher gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Phänomene eine Änderung des Mobilitätsbedarfs der Bevölkerung auf. Grund dafür sind zum Beispiel die mit der Globalisierung einhergehende Urbanisierung und die fortschreitende Rohstoffverknappung. Unter Berücksichtigung dieser Herausforderungen, gilt es, nachhaltige und funktionalisierte Straßen zu bauen, die insbesondere die Lärm- und Schadstoffemissionen durch den Straßenverkehr reduzieren und zusätzlich, im Hinblick auf die Rohstoffverknappung, aus alternativen Baustoffen hergestellt werden. Vor diesem Hintergrund wurde in der Vergangenheit ein lärmreduzierendes Deckschichtsystem entwickelt, das einen grundlegenden Ansatz zur Lösung der oben genannten Problematik bietet. Das System bewirkt eine hohe Lärmreduzierung gegenüber Reifen-Fahrbahn-Geräuschen und wird aus polymeren Baustoffen hergestellt. Allerdings versagt es bei Beanspruchung durch Verkehrslasten. Mit dem Blick auf die sich verstärkende Dringlichkeit der Entwicklung innovativer, nachhaltiger und funktionalisierter Verkehrswege, wurde in dieser Arbeit das zuvor entwickelte Forschungsvorhaben als Ausgangspunkt für eine Weiterentwicklung hin zu einem widerstandsfähigen und lärmreduzierenden Deckschichtsystem gewählt. Fokus dieser Arbeit ist, das vorhandene Deckschichtsystem, das aus einer befahrbaren Texturschicht und einer darunter befindlichen Absorptionsschicht besteht, mechanisch zu optimieren, um damit das Ziel, eine hohe Festigkeit und eine lärmreduzierende Wirkung zu erhalten, zu erreichen. Dazu wurden zunächst die einzelnen Bestandteile des Deckschichtsystems, robuster konzipiert. Dies erfolgte anhand umfassender Laborstudien zur Feststellung der Performance-Eigenschaften beider Schichten aus der die Festlegung der optimalen Mischgutzusammensetzungen erfolgte. Anschließend wurden die Einzelbestandteile, Absorptions- und Texturschicht, zuerst im Labormaßstab und anschließend im Realmaßstab zu einem Gesamtsystem zusammengeführt, um in einem Real-Versuch die Wirksamkeit des Systems mechanisch und akustisch zu überprüfen. Es konnte festgestellt werden, dass die mechanische Optimierung des Systems zu einem reduzierten Lärmminderungspotenzial führt, aber im Gegenzug eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber den Lasten aus dem Straßenverkehr aufweist. Das optimierte lärmreduzierende Deckschichtsystem aus dieser Studie bildet daher eine Möglichkeit, die Gesundheit der Bevölkerung positiv zu beeinflussen und gleichzeitig zur Entwicklung einer resilienten und widerstandsfähigen Infrastruktur für eine nachhaltige Zukunft beizutragen.

Nowadays, there is a shift in the mobility needs of the population based on various societal and economic phenomena. This is due to factors such as urbanization driven by globalization and the ongoing scarcity of resources. Considering these challenges, the construction of sustainable and functionalized roads becomes essential. These roads are designed to notably reduce noise and pollutant emissions generated by road traffic. Additionally, to address resource scarcity, they are made from alternative construction materials. Against this background, a noise-reducing surface layer system has been developed in the past, offering a fundamental approach to addressing the aforementioned issue. The system provides significant noise reduction concerning tire-road noises and is made from polymeric materials. However, it fails when exposed to traffic loads. Given the escalating urgency for the development of innovative, sustainable, and functionalized transportation routes, this work chose the previously developed research project as a starting point for further advancement towards a resilient and noise-reducing pavement system. The focus of this work is to optimize the existing surface system, comprising a drivable textured layer and an underlying absorption layer, to achieve a high strength and noise-reducing effect. Initially, the individual components of the pavement system were designed to be more robust. This was done through extensive laboratory studies to determine the performance properties of both layers, leading to the determination of optimal mixture compositions. Subsequently, the individual components, the absorption and texture layers, were first combined into an integrated system at a laboratory scale and then at a real-scale to experimentally verify the system’s mechanical and acoustic effectiveness. It was observed that the mechanical optimization of the system led to a reduced potential for noise reduction but, in return, exhibited high resistance against the loads from vehicular traffic. The optimized noise-reducing pavement system from this study thus represents an opportunity to positively impact public health while also contributing to the development of a resilient and robust infrastructure for a sustainable future.

OpenAccess:
PDF
(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT030691268

Interne Identnummern
RWTH-2024-01506
Datensatz-ID: 979055

Beteiligte Länder
Germany