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Veränderung des Schallabsorptionsverhaltens von offenporigen Asphalten durch Verschmutzung
Straßenverkehrlärm ist ein allgegenwärtiges Problem in modernen Gesellschaften. Zur Minderung von Lärmimmissionen sind neben verkehrlichen Maßnahmen bei Kenntnis der typischen Enststehungsmechanismen von Straßenverkehrslärm auch technische Maßnahmen an Fahrzeugen und Fahrbahn möglich. Es existieren unterschiedliche Ansätze und (theoretische sowie praktische) Realisierungsmöglichkeiten lärmmindernder Fahrbahnkonstruktionen bzw. Deckschichten. Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) sind aufgrund ihrer bautechnischen Eigenschaften (vor allem aufgrund des hohen Hohlraumgehalts) geeignet, Lärm bereits an der Quelle zu reduzieren. Unter den lärmmindernden Fahrbahndeckenkonstruktionen haben sie das größte Lärmminderungspotenzial. Sie werden bereits seit mehreren Jahrzehnten weltweit in unterschiedlichem Umfang eingesetzt. Wegen des hohen Hohlraumgehalts, der aus akustischen Erwägungen in der Entwicklung stetig gesteigert wurde, sind bautechnische sowie betriebliche Schwierigkeiten aufgetreten, denen es zu begegnen gilt. Ein ungelöstes Problem stellt dabei die mit zunehmender Liegedauer abnehmende lärmmindernde Wirkung dar. Das Nachlassen der lärmmindernden Wirkung von offenporigen Asphalten mit zunehmender Liegedauer wird zu wesentlichen Teilen der Verschmutzung und nachfolgenden Verstopfungen der porösen Struktur zugeschrieben. Externe Faktoren bestimmen die Verschmutzung in maßgeblichem Umfang, so dass sehr unterschiedliche Schmutzeintragsraten auftreten. Darüber hinaus laufen unterschiedliche Verschmutzungsprozesse parallel ab und beeinflussen bzw. verstärken sich gegenseitig; andere Mechanismen (z.B. Verkehr) wirken der Verschmutzung entgegen. Reinigungsversuche von offenporigen Asphalten zeigen bisher relativ wenig Erfolg, weshalb in Laborversuchen untersucht wird, inwieweit eine Modifikation des Materials bzw. der Porenoberflächen der offenporigen Struktur schmutzabweisende Eigenschaften zu verleihen, wirksam sein kann. In den in dieser Arbeit dargestellten Versuchen wird versucht, durch den Eintrag einer definierten (künstlichen) Schmutzmenge mit Hilfe kontrollierter Beregnungen unter wiederholbaren Bedingungen, den Verschmutzungsprozess von offenporigen Asphalten möglichst realitätsnah zu simulieren. Das grundlegende Verständnis der Verschmutzungsprozesse und seiner Auswirkungen auf das Schallabsorptionsverhalten ist dabei Voraussetzung für die Konzipierung der Versuche, der Anwendung der Modelle und der Interpretation der Mess- sowie der Berechnungsergebnisse. Auf diese Weise ist es erstmals möglich, Zusammenhänge von Schmutzmengen bzw. Verschmutzungsstadien und Absorberparametern (Hohlraumgehalt bzw. Porosität, Strömungs-widerstand, Strukturfaktor bzw. Tortuosität) herzustellen und somit die abnehmende lärmmindernde Wirkung durch die verschmutzungsbedingten Veränderungen im Schallabsorptionsverhalten präzisieren zu können. Für unterschiedliche Schichtaufbauten und Modifizierungen zur Schmutzabweisung können aus den Versuchsergebnissen abhängig von der jeweiligen Schmutzmenge typische (sich aus der Verschmutzung ergebende) Absorberparameter angegeben werden. Hierbei ist generell festzustellen, dass Verschmutzungsvorgänge bei grobkörnigeren und zweilagigen Schichtaufbauten weniger Auswirkungen auf das Absorptionsverhalten bzw. die lärmmindernde Wirkung zeigen. Auch die untersuchten Materialmodifizierungen vermindern durch die schmutzabweisenden Eigenschaften die Auswirkungen der Verschmutzung auf das akutische Verhalten des offenporigen Asphalts. Bereits existierende akustische Modelle zur Beschreibung von offenporigen Asphaltdeckschichten als poröser Absorber vor einer schallharten Wand beschränken sich bisher auf die Beschreibung des Absorptionsverhalten von offenporigen Asphalten im unverschmutzten Zustand. Mit den aus den Versuchen ermittelten Absorberparametern (im verschmutzten Zustand) sind die Modelle mittels Ausgleichsrechnung zwischen Mess- und Rechenergebnissen des Schallabsorptionsgrads auf ihre Eignung hinsichtlich der Übertragbarkeit auf verschmutzte Zustände untersucht worden. Die betrachteten Modelle sind aufgrund ihrer zugrundeliegenden theoretischen Annahmen und Voraussetzungen unterschiedlich gut geeignet, den Verschmutzungsprozess wiederzugeben. Aus den Modell- bzw. Ausgleichsrechnungen können für unterschiedliche Verschmutzungsstadien für die Berechnung des Schallabsorptionsgrads typische Eingangsparameter (Absorberparameter und Modellparameter) in Abhängigkeit von Mischgutsorte, Schichtaufbau, (schmutzabweisender) Materialmodifizierung und vor allem eingetragener Schmutzmenge angegeben werden. Es ist damit möglich, das Schallabsorptionsverhalten von offenporigen Asphalten über die Liegedauer zu prognostizieren. Dabei sind sinnvolle Annahmen über anfallende Schmutzmengen in Abhängigkeit der Liegedauer zu treffen. Die hier untersuchten Modelle betrachten den Verschmutzungsvorgang in vereinfachter Weise. Potentielle Erweiterungen der Modellvorstellung und Ansätze zu weitergehenden Betrachtungen (z.B. Extrapolationen, andere Umfeldbedingungen, verschiedene Verschmutzungsmechanismen) können jedoch in die untersuchten Modelle zusätzlich integriert werden.
Veränderung des Schallabsorptionsverhaltens von offenporigen Asphalten durch Verschmutzung
Straßenverkehrlärm ist ein allgegenwärtiges Problem in modernen Gesellschaften. Zur Minderung von Lärmimmissionen sind neben verkehrlichen Maßnahmen bei Kenntnis der typischen Enststehungsmechanismen von Straßenverkehrslärm auch technische Maßnahmen an Fahrzeugen und Fahrbahn möglich. Es existieren unterschiedliche Ansätze und (theoretische sowie praktische) Realisierungsmöglichkeiten lärmmindernder Fahrbahnkonstruktionen bzw. Deckschichten. Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) sind aufgrund ihrer bautechnischen Eigenschaften (vor allem aufgrund des hohen Hohlraumgehalts) geeignet, Lärm bereits an der Quelle zu reduzieren. Unter den lärmmindernden Fahrbahndeckenkonstruktionen haben sie das größte Lärmminderungspotenzial. Sie werden bereits seit mehreren Jahrzehnten weltweit in unterschiedlichem Umfang eingesetzt. Wegen des hohen Hohlraumgehalts, der aus akustischen Erwägungen in der Entwicklung stetig gesteigert wurde, sind bautechnische sowie betriebliche Schwierigkeiten aufgetreten, denen es zu begegnen gilt. Ein ungelöstes Problem stellt dabei die mit zunehmender Liegedauer abnehmende lärmmindernde Wirkung dar. Das Nachlassen der lärmmindernden Wirkung von offenporigen Asphalten mit zunehmender Liegedauer wird zu wesentlichen Teilen der Verschmutzung und nachfolgenden Verstopfungen der porösen Struktur zugeschrieben. Externe Faktoren bestimmen die Verschmutzung in maßgeblichem Umfang, so dass sehr unterschiedliche Schmutzeintragsraten auftreten. Darüber hinaus laufen unterschiedliche Verschmutzungsprozesse parallel ab und beeinflussen bzw. verstärken sich gegenseitig; andere Mechanismen (z.B. Verkehr) wirken der Verschmutzung entgegen. Reinigungsversuche von offenporigen Asphalten zeigen bisher relativ wenig Erfolg, weshalb in Laborversuchen untersucht wird, inwieweit eine Modifikation des Materials bzw. der Porenoberflächen der offenporigen Struktur schmutzabweisende Eigenschaften zu verleihen, wirksam sein kann. In den in dieser Arbeit dargestellten Versuchen wird versucht, durch den Eintrag einer definierten (künstlichen) Schmutzmenge mit Hilfe kontrollierter Beregnungen unter wiederholbaren Bedingungen, den Verschmutzungsprozess von offenporigen Asphalten möglichst realitätsnah zu simulieren. Das grundlegende Verständnis der Verschmutzungsprozesse und seiner Auswirkungen auf das Schallabsorptionsverhalten ist dabei Voraussetzung für die Konzipierung der Versuche, der Anwendung der Modelle und der Interpretation der Mess- sowie der Berechnungsergebnisse. Auf diese Weise ist es erstmals möglich, Zusammenhänge von Schmutzmengen bzw. Verschmutzungsstadien und Absorberparametern (Hohlraumgehalt bzw. Porosität, Strömungs-widerstand, Strukturfaktor bzw. Tortuosität) herzustellen und somit die abnehmende lärmmindernde Wirkung durch die verschmutzungsbedingten Veränderungen im Schallabsorptionsverhalten präzisieren zu können. Für unterschiedliche Schichtaufbauten und Modifizierungen zur Schmutzabweisung können aus den Versuchsergebnissen abhängig von der jeweiligen Schmutzmenge typische (sich aus der Verschmutzung ergebende) Absorberparameter angegeben werden. Hierbei ist generell festzustellen, dass Verschmutzungsvorgänge bei grobkörnigeren und zweilagigen Schichtaufbauten weniger Auswirkungen auf das Absorptionsverhalten bzw. die lärmmindernde Wirkung zeigen. Auch die untersuchten Materialmodifizierungen vermindern durch die schmutzabweisenden Eigenschaften die Auswirkungen der Verschmutzung auf das akutische Verhalten des offenporigen Asphalts. Bereits existierende akustische Modelle zur Beschreibung von offenporigen Asphaltdeckschichten als poröser Absorber vor einer schallharten Wand beschränken sich bisher auf die Beschreibung des Absorptionsverhalten von offenporigen Asphalten im unverschmutzten Zustand. Mit den aus den Versuchen ermittelten Absorberparametern (im verschmutzten Zustand) sind die Modelle mittels Ausgleichsrechnung zwischen Mess- und Rechenergebnissen des Schallabsorptionsgrads auf ihre Eignung hinsichtlich der Übertragbarkeit auf verschmutzte Zustände untersucht worden. Die betrachteten Modelle sind aufgrund ihrer zugrundeliegenden theoretischen Annahmen und Voraussetzungen unterschiedlich gut geeignet, den Verschmutzungsprozess wiederzugeben. Aus den Modell- bzw. Ausgleichsrechnungen können für unterschiedliche Verschmutzungsstadien für die Berechnung des Schallabsorptionsgrads typische Eingangsparameter (Absorberparameter und Modellparameter) in Abhängigkeit von Mischgutsorte, Schichtaufbau, (schmutzabweisender) Materialmodifizierung und vor allem eingetragener Schmutzmenge angegeben werden. Es ist damit möglich, das Schallabsorptionsverhalten von offenporigen Asphalten über die Liegedauer zu prognostizieren. Dabei sind sinnvolle Annahmen über anfallende Schmutzmengen in Abhängigkeit der Liegedauer zu treffen. Die hier untersuchten Modelle betrachten den Verschmutzungsvorgang in vereinfachter Weise. Potentielle Erweiterungen der Modellvorstellung und Ansätze zu weitergehenden Betrachtungen (z.B. Extrapolationen, andere Umfeldbedingungen, verschiedene Verschmutzungsmechanismen) können jedoch in die untersuchten Modelle zusätzlich integriert werden.
Veränderung des Schallabsorptionsverhaltens von offenporigen Asphalten durch Verschmutzung
Variation of sound absorption characteristics of porous asphalt due to clogging processes
Alber, Stefan (author) / Universität Stuttgart (host institution)
2013
Miscellaneous
Electronic Resource
German
DDC:
624
Veränderung des Schallabsorptionsverhaltens von offenporigen Asphalten durch Verschmutzung
UB Braunschweig | 2013
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