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Fachvorträge aus Tagungsbänden von FGSV-Veranstaltungen

FGSV-Nr. FGSV M 12
Ort Aschaffenburg
Datum 2017-11-22
Titel Bewertungshintergrund für den Widerstand gegen Polieren (Polierprüfung vs. Petrografie) – Teil 2: Petrografie
Autoren Dr. rer. nat. François Röthlisberger
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Einleitung

In Verbindung mit zwei Forschungsvorhaben, die in Deutschland von der FGSV initiiert wurden, wurde eine ergänzende Forschung von dem Fachverband der Schweizerischen Kiesund Betonindustrie unterstützt, um einen Zusammenhang zwischen Petrografie und Polierwiderstand zu finden. Bei bisherigen Forschungen konnte keine Korrelation zwischen der genetischen Petrografie und dem Polierwiderstand eines Gesteins gefunden werden. Welche mineralogischen Eigenschaften lassen sich gegebenenfalls für den neuen Versuch einer Korrelation nutzen? Naheliegend erscheint es, das Abnutzungsverhalten der Mineralien für eine Unterscheidung heranzuziehen. Tourenq und Fourmaintraux (1971) haben ein interessantes Konzept des ,,Härtekontrastes" entwickelt. Das Konzept des Härtekontrastes basiert auf dem Unterschied zwischen der Härte des häufigsten Minerals und der Härte der übrigen Mineralien. Dieses Konzept stellt die Basis für die Korrelation zwischen Polierwiderstand und Mineralogie dar. Demnach basiert die Bestimmung des Polierwiderstands, sei es beim PSV oder beim PWS, prinzipiell auf der Ermittlung der differenziellen Abnutzung der gesteinsbildenden Minerale. Ein differenzieller Polierwiderstandskoeffizient lässt sich mit diesem Prinzip berechnen. Die Lithologien mit den höchsten differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten weisen die höchsten PWS-Werte auf. Der Reibwiderstand von kompakten Lithologien nimmt mit zunehmendem Härteunterschied linear zu. Die Korrelation zwischen den PWS-Messwerten und den dazugehörigen mineralogischen Zusammensetzungen weist darauf hin, dass eine relativ genaue und einfache Theorie aufgrund von mineralogisch-petrographischen Größen für die Polierresistenz denkbar wäre. Dies sollte auch für den PSV wie wahrscheinlich auch für bestimmte Messungen in situ (SCRIM, SKM) gelten. Die Existenz einer brauchbaren Theorie bringt Vorteile für das PWS- und für das PSV-Verfahren. Es hilft bei der Interpretation der Messresultate. Außerdem können Abweichungen und Ausreißer erklärt werden.

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Volltext

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Unter dem Aspekt der Verkehrssicherheit werden seit vielen Jahrzehnten die Möglichkeiten erforscht, z. B. durch die Helligkeit und den Kontrast zwischen Fahrbahn und Markierung sowie die dauerhafte Griffigkeit, insbesondere bei Nässe, die Eigenschaften der Fahrbahnoberfläche zu optimieren.

Die Griffigkeit wird insbesondere durch die Textur der Oberfläche sowie die dauerhafte Rauigkeit der Gesteinskörner in Beton oder Asphalt sichergestellt. Bei der Beschreibung des Rauigkeitsmerkmals werden seit vielen Jahren Prüfverfahren eingesetzt, die eine Veränderung der Fahrbahnoberfläche unter der polierenden Wirkung von Fahrzeugreifen simulieren. Der logische Versuch, den Polierwiderstand von Gesteinen über deren Petrografie und Mineralogie zu beschreiben wurde immer wieder versucht, scheiterte aber meist bereits im Ansatz an der Komplexität der natürlich vorkommenden Gesteine.

In Verbindung mit zwei Forschungsvorhaben, die in Deutschland von der FGSV initiiert wurden, sollte daher der Versuch unternommen werden, einen Zusammenhang zwischen Petrografie und Polierwiderstand zu finden. Die Idee für die Bearbeitung der Fragestellung wurde bereits im Jahre 2001 in einem Forschungsantrag an die ASTRA (= Schweizer Fachbehörde für die Strasseninfrastruktur) (,,Relation entre la composition minéralogique, la pétrographie des granulats et leur susceptibilité au polissage" Beziehung zwischen der mineralogischen Zusammensetzung, der Petrografie von Gesteinskörnungen und der Polierempfindlichkeit) formuliert, aber bis heute leider nicht umgesetzt. Durch die Zusammenarbeit mit den wissenschaftlichen Gremien der FGSV sowie den Forschungsnehmern ASPHALTA und TU Darmstadt, konnten die aktuellen Ergebnisse von umfangreichen Arbeiten zur Weiterentwicklung der Prüfverfahren PSV (DIN EN 1097-8) und Wehner/Schulze (DIN EN 12697-49) genutzt werden, um die darin gewonnenen Erkenntnisse mit der Petrografie der Gesteine zu verknüpfen. Weiterhin wurden zwei zusätzliche Gesteinskörnungen aus der Schweiz in diese Forschung einbezogen. Dank der beteiligten Institute, als auch der FSKB (Fachverband der Schweizerischen Kies- und Betonindustrie) und der Gesteinsproduzenten konnte diese Forschung realisiert werden.

2 Methodik

Die Forschungsarbeiten wurden abgeschlossen (Dudenhöfer, Rückert 2016). Die zentrale Frage nach einem wahrscheinlichen Zusammenhang zwischen dem Polierwiderstand und der Petrografie-Mineralogie der ausgewählten Gesteinskörnungen wurde nicht behandelt und ist daher offen geblieben.

Ausgangspunkt für die petrografischen Betrachtungen waren die in den beiden Forschungsprojekten von Böhm und Schwebel (2014) sowie Dudenhöfer und Rückert (2016) verwendeten Gesteine, deren Polierverhalten in beiden gängigen Prüfverfahren ermittelt worden war und von denen ausreichend Rückstellproben existierten, die durch die Forschungsnehmer zur Verfügung gestellt werden konnten.

Methodisch wäre es allerdings vorteilhaft gewesen, zunächst Gesteine auszuwählen, die eine mineralogisch überschaubare Zusammensetzung, eine einfache Textur und Struktur aufweisen und gleichzeitig unterschiedliche Polierwiderstände besitzen. Die Gesteinskörnungen aus den Projekten wurden jedoch nach anderen Kriterien gewählt und weisen daher überwiegend sehr komplexe mineralogische Zusammensetzungen auf, so dass die Interpretation sich als relativ schwierig erweisen sollte und die Ergebnisse mit gewissen Unschärfen behaftet sind.

Für die Untersuchungen wurden keine Handstücke verwendet, sondern gebrochene Gesteinskörnungen in der Kornklasse 8/11 mm. Um ausreichend Informationen zu sammeln, die es ermöglichen, einen Zusammenhang zwischen Petrografie und Polierwiderstand herzustellen, wurden die nachfolgenden Verfahren angewandt:

– ­ ­ ­ ­ ­ Semi-Quantitative Röntgen-Interferenz-Analyse der Gesteinskörnungen (Universität Lausanne, Prof. Thierry Adatte),

– Dünnschliffe an Körnerpräparate 8/11 mm (Firma Geoprep, Basel),

– Vereinfachte makroskopische petrografische Untersuchungen, Untersuchung unter dem Stereomikroskop,

– Polarisationslichtmikroskopischen Untersuchungen.

3 Resultate und Interpretation

3.1 Mineralogie und Polierwiderstand

Aus bisherigen Untersuchungen konnte keine Korrelation zwischen der genetischen Petrografie und dem Polierwiderstand eines Gesteins abgeleitet werden. Dies zeigt auch das Bild 1, in der alle untersuchten Gesteinstypen gegen den Polierwiderstand aufgetragen wurden. Ein klarer Trend ist nicht vorhanden. Der Grund liegt darin, dass die Klassifizierung der Gesteine nach geologischen, respektive genetischen Kriterien (Entstehung) nicht zwangsläufig das technische Verhalten der Gesteine zu interpretieren ermöglicht. Zitat der ISRM (International Society for Rock Mechanics). Description and classification of rock masses: ,,Classifications of rocks devised by geologists usually have a genetic basis. Unfortunately, however, such classifications may provide little information relating to the engineering behavior of the rocks concerned".

Sowie das Originalzitat aus dem Buch von Prof. F. de Quervain (De Quervain 1967): ,,Oft bezeichnet man ein Gestein als ,,hart" oder ,,weich"". In der petrografisch-technischen Literatur sind die Gesteine oft in ,,harte" und ,,weiche" gegliedert, wobei die Zuordnung in der Regel schematisch nach Eigenschaften besonders bekannter Vertreter der Gesteinsarten vorgenommen werden.

Die klastischen Sedimente dieser Forschung weisen tendenziell die höheren PWS-Werte auf. Dies ist aber trügerisch, weil es primär an der Auswahl der klastischen Sedimente für die Forschung (Dudenhöfer, Rückert 2016) liegt. Klastische Sedimente wie monomikte (= Fragmente alle derselben Art) karbonatische Sandsteine und Konglomerate würden auch sehr schwachen Polierwiderstand aufweisen. Die Klassifizierung nach den Gesteinsnamen oder nach genetischen Kriterien ist daher weder sinnvoll noch erfolgversprechend, um Korrelationen mit Polierprüfungen wie PWS oder PSV zu ermitteln.

Bild 1: Grafische Darstellung des PWS in Abhängigkeit der genetischen Petrografie

Welche mineralogischen Eigenschaften lassen sich für eine Korrelation nutzen? Naheliegend erscheint es, das Abnutzungsverhalten der Mineralien für eine Unterscheidung zu nutzen. Dupont und Tourenq haben 1993 den Zusammenhang zwischen dem Härtegrad der Minerale und dem PSV untersucht (Dupont, Tourenq 1993). Obwohl nach Bild 2 grundsätzlich die Polierbarkeit mit zunehmender Härte abnimmt, lässt sich nur bei monomineralischen Gesteinen ein direkter Zusammenhang zwischen Härte und Polierwiderstand erwarten. Praktisch alle kompakten Minerale können letztendlich glattpoliert werden. Es hängt prinzipiell von drei Parametern ab: Polierdauer und Art sowie Feinheit des Poliermittels.

Bild 2: Experimentelle Bestimmung der Variation des PSV für monomineralische Gesteine in Abhängigkeit der Vickers Härte nach (Tourenq, Fourmaintraux 1971) und (Dupont, Tourenq 1993), leicht modifiziert

3.2 Konzept des Härtekontrastes

C. Tourenq und D. Fourmaintraux haben ein interessantes Konzept von Härtekontrast in 1971 bei Ihrer Forschung vorgeschlagen (Tourenq, Fourmaintraux 1971). Unterschiedliche Gesteinsproben wurden mit unterschiedlichen Poliermitteln auf einer Steinmetz-Drehbank poliert sowie dem PSV-Test unterzogen. Die Mikrorauheit der polierten Flächen wurde mit Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die schematische Darstellung einer polierten Granitfläche nach dem PSV-Versuch ist im Bild 3 angegeben.

Bild 3: Schematische Darstellung der Versuchsfläche eines Granits nach (Tourenq, Fourmaintraux 1971), leicht modifiziert

Die Feldspäte (Kalifeldspat und Plagioklas) sind die häufigsten Minerale mit vergleichbarer Härte und stellen eine Art Basisfläche dar (Bild. 3). Die weicheren Glimmer sind stärker abgenützt und die härteren Quarzkörner ragen heraus. Dieses Phänomen ist im Anhang C der Forschung von Dames und Lindner (1989) dargestellt, wo der Zusammenhang zwischen Rauheit und Reibung vor und nach dem Polieren ermittelt wurde.

Das Konzept des Härtekontrastes basiert auf dem Unterschied zwischen der Härte des häufigsten Minerals und der Härte der übrigen Mineralien. Ohne Härtekontrast treten nur geringfügige Unterschiede beim PSV auf.

Tabelle 1: Ausgewählte Beispiele von Härtekontrasten gemäß (Tourenq, Fourmaintraux 1971)

Schleifhärte, Eindruckhärte oder Ritzhärte?

Die Schleifhärte nach Rosiwal misst den Schleifaufwand des jeweiligen Minerals. Die Ritzhärte nach Mohs ist eine relative Ritzhärteskala, bei der jeweils die Minerale mit höherer Ordnungszahl diejenigen der niedrigeren Ordnungszahl ritzen. Die beiden Skalen sind relative, einheitslose Skalierungen. Die Daten stammen aus Eichler (1999). Werte für die Schleifhärte sind nicht für alle Mineralien vorhanden.

Bild 4: Der Vergleich mit Eindruckshärte-Verfahren (Rockwell, Brinel, Knoop, Vickers) weist darauf hin, dass die Mohs'sche Härte ungefähr exponentiell mit zunehmender Zahl zunimmt. Bis zum Quarz (Nr. 7) kann allerdings eine lineare Approximation relativ gut verwendet werden

Tabelle 2: Schleifhärte nach Rosiwal und Ritzhärte nach Mohs gemäß (Eichler 1999)

3.3 Modell für die Interpretation

Die Bestimmung des Polierwiderstands, sei es beim PSV oder beim PWS, basiert prinzipiell auf der Ermittlung einer differenziellen Abnutzung der gesteinsbildenden Mineralien. Ein Maß für die relative Schleifhärte der gesteinsbildenden Mineralien der zu untersuchenden Gesteinskörnungen ist nötig.

Die Ritzhärte nach Mohs stellt eine ausgezeichnete Größe dar. Für die häufigsten gesteinsbildenden Mineralien der verwandten Gesteinskörnungen im Bauingenieurwesen nimmt sie ungefähr linear zu, respektive kann sie linear approximiert werden. Ansonsten kann eine logarithmische Skala für die sehr harten Mineralien angewendet werden. Sie ist praktisch für alle Mineralien bestimmt worden und ist außerdem in der Literatur leicht zu finden.

Die Schleifhärte nach Rosiwal ist unvollständig und die angegebenen Werte für die gleichen Mineralien weisen in der Literatur oft erhebliche Unterschiede auf.

Die Eindrucksverfahren (Vickers, Knoop, usw.) sind wahrscheinlich relativ ungenau für die Bestimmung der Schleifhärte von Mineralien mit deutlicher Spaltbarkeit. Diese Werte sind außerdem nicht für alle Mineralien vorhanden.

Zwischen Ritzhärte nach Mohs und den Eindrucksverfahren existiert eine logarithmische Korrelation (Bild 4).

Der Härtekontrast nach (Toureng, Fourmaintraux 1971) ist unvollständig (Tabelle 1). Die grundsätzliche Anwendung dieses Prinzips erscheint für eine Interpretation der Resultate dieser Forschung aber sinnvoll, wenn die Eindruckshärte nach Vickers durch die Ritzhärte nach Mohs ersetzt wird.

Die Interpretationen basieren auf der Annahme, dass die Theorie des Härtekontrastes für den PSV auf den PWS übertragen werden kann. Der Begriff Härtekontrast sollte sinnvollerweise durch den differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten ersetzt werden.

Die differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten werden auf der Basis der Ritzhärte nach Mohs berechnet und gewichtet mit den relativen Mineralienanteilen.

3.4 Berechnung des differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten

Das Basisniveau setzt sich aus den häufigsten Mineralien gleicher Ritzhärte zusammen. Der differenzielle Polierwiderstandskoeffizient entspricht dem Unterschied zwischen diesem Basisniveau und den Differenzen der Ritzhärten der übrigen Mineralien.

Der differenzielle Polierwiderstandskoeffizient gleicht:

Formel siehe PDF.

M: relative Anteile der Mineralien i ... n in der Probe [%]
|R|: absolute Unterschiede zwischen der Ritzhärte des Basisniveaus und der Mineralien i ... n

3.5 Weitere Parameter

Die Mikrotextur, die Mikrostruktur und die Porosität sind außerdem signifikante Größen, welche weitere Gewichtungsfaktoren darstellen könnten. Vor allem für die Korngröße K und eventuell für die präferenzielle Anordnung der Mineralien (Schieferung) S und für die Porosität P.

Formel siehe PDF.

3.6 Probleme

Das Ziel der Forschung von Dudenhöfer und Rückert (2016) liegt primär darin, einen neuen Bewertungshintergrund für die zweite PWS-Maschinengeneration zu etablieren.

Die Untersuchung der Korrelation zwischen PWS und Mineralogie-Petrografie wurde nur ergänzend im Rahmen dieser komplementären Forschung thematisiert. Aus diesen Gründen wurden zum Teil sehr komplexe mineralogische Systeme angetroffen, die kaum oder nur mit einem hohen Aufwand weit über den Rahmen dieser ergänzenden Forschung interpretierbar wären.

Die mineralogisch-petrografische Interpretation der Resultate der PWS-Messungen wird erst dann möglich werden, wenn die Systeme überschaubar und einfach sind. Vereinfachungen mussten daher getroffen werden. Bestimmte Systeme bleiben zu komplex oder sind wenig repräsentativ, um aussagekräftige Folgerungen ziehen zu können.

3.7 Lithologien

Die biogenen und die chemischen karbonatischen Gesteine sind gut interpretierbar.

Bild 5: P15: Dolomit. Kristallgröße variiert zwischen ca. 0.04 und 0.5 mm

Bild 6: P4: Biogener sehr feinkörniger Kalk. Kritallgröße ca. < 0.005 mm

Die klastischen Lithologien bieten ebenfalls gute Voraussetzungen für eine Interpretation.

Bild 7: P17: Quarzit. Der Zement aus feinkörnigen Hellglimmern bildet einen Saum (mit Pfeilen angedeutet) um die detritischen Körnern. Isogranulare Mikrotextur mit Korngröße = ca. 0.250 ± 0.1 mm

Bild 8: P14: Klastisches Sediment (Grauwacke). Korngröße grobe Fraktion zwischen ca. 0.2 und 0.5 mm. Fein < 0.1 mm

Etwa die Hälfte der untersuchten Grüngesteine ist schwer interpretierbar, weil sie inhomogen sind. Dies betrifft vorwiegend die Metabasalte, respektive die Diabase. Der Grund liegt darin, dass Mineralumwandlungen die ursprünglichen mineralogischen Zusammensetzungen dieser Gesteine stark verändert haben. Das System der Grüngesteine ist zu komplex, um im Rahmen dieses Projektes bearbeitet werden zu können. Außerdem treten nur relativ kleine Unterschiede zwischen PWS = 0.12 und 0.23 auf.

Bild 9: P9: Diabas. Metabasalt. Die Struktur und die Textur sind sehr heterogen

Bild 10: P23: Basanit mit Porphyroblasten in feinkörniger Matrix

Von den sechs magmatischen Gesteinen bleiben nur zwei bis drei Lithologien für eine Interpretation übrig, was zu wenig ist. Der Phonolith wurde röntgenografisch nicht untersucht und der Rhyolith Nr. 18 stellt einen Ausreißer dar. Dieser Rhyolith weist Zersetzungserscheinungen und außerdem treten quellfähige Schichtsilikate, Smektite auf (ca. 2.5 %). Die Gesteinskörnungen aus diesem Rhyolith weisen außergewöhnlich hohe PWS-Werte auf, die weit über den typischen Werten für einen Rhyolith liegen. Der Grund liegt sehr wahrscheinlich darin, dass Mikrorisse im Gestein auftreten (mit blauen Pfeilen gekennzeichnet), welche während des Poliervorgangs abgerissen werden können. Die Gesteinskörner weisen oft Ränder mit Tonmineralien auf (mit einem roten Pfeil angedeutet).

Bild 11: P18: Dieser Rhyolith weist Risse auf (blaue Pfeile). Die Gesteinskörner weisen oft Ränder mit Tonmineralien auf (mit einem roten Pfeil angedeutet)

Bild 12: P 2: Granit. Die mineralogische Zusammensetzung besteht aus Quarz, K-Feldspäten Plagioklasen und Glimmern. Aufnahme mit gekreuzten Polarisatoren. Die Mikrotextur ist homogen

4 Folgerungen

4.1 Binäres System aus Kalzit-Dolomit-Schichtsilikaten und aus harten Mineralien

Trägt man die PWS-Werte gegen den Anteil an harten Mineralien auf, so stellt man fest, dass die maximale Griffigkeit bei einem Anteil an harten Mineralien von ca. 50 % auftritt. Dies entspricht ungefähr dem maximalen differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten.

Bild 13: Binäres System aus weichen und mittelharten Mineralien (Schichtsilikate-CalcitDolomit) und aus harten Mineralien (Quarz-Feldspäte). Es handelt sich um die Gesteinskörnungen Nr. 3, 4, 13, 14, 16, 17, 19, 21 und 22, welche zu den biogenen Sedimenten und den klastischen Sedimenten gehören. Diese Lithologien weisen vergleichbare Kristallgrößen auf. Mit roter Farbe ist eine sehr feinkörnige Lithologie angegeben (Nr. 22). Die Trendlinie wurde mit einem Polynom 2er Ordnung berechnet. Eine glockenförmige Kurve tritt auf. Grundsätzlich fehlen Gesteine mit harten Mineralienanteilen zwischen ca. 20 und 50 %, um die Daten zu vervollständigen (roter Pfeil)

Die höhere PWS-Griffigkeit von quarzreichen Sedimenten im Vergleich zu den karbonatreichen Sedimenten stimmt mit der Bestimmung von PSV-Messungen an monomineralischen Gesteinen überein (vgl. Bild 2).

Diese Phänomene treten auch bei der experimentellen Bestimmung des PSV im binären System aus Quarz und Kalzit (Bild 14) auf. Die Resultate dieser Forschung mit dem PWS-Verfahren und der Forschung mit dem PSVTest (Tourenq, Fourmaintraux 1971) weisen darauf hin, dass die Mineralogie-Petrografie einen vergleichbaren Einfluss auf die PSV- und PWS-Polierverfahren bei der Kornklasse 8/11 mm aufweist.

Der Einfluss der unterschiedlichen Poliermittel (Quarzmehl, PWS – ­ Korund, PSV) bleibt allerdings unberücksichtigt.

Bild 14: Experimentelle Bestimmung der Variation des PSV im binären System aus Quarz und Kalzit (Tourenq, Fourmaintraux 1971 und Dupont, Tourenq 1993). Leicht modifiziert. Der höchste PSV tritt beim höchsten Härtekontrast auf, welcher sich bei etwa 50 % des Quarzanteils befindet. Da der reine Quarz signifikant härter (Vickers Härte = 1280 kg/mm2) als der reine Kalzit (Vickers Härte = 110 kg/mm2) ist, bleibt der PSV des reinen Quarzes höher

4.2 Korrelation zwischen Härtekontrast und PWS

Die mineralogischen Zusammensetzungen sind zum Teil unpräzise, weil die reinen Standards für die Röntgen-Interferenz-Analyse nicht vorhanden waren. Die Anteile an Erzen wurden auch nicht berücksichtigt.

Die mittelharten, leicht polierbaren monomineralischen Gesteine (Dolomit, Kalke mit grüner Farbe gekennzeichnet) weisen die geringsten Härteunterschiede sowie die tiefsten PWS ­ – Messwerte auf.

Die Lithologien mit den höchsten differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten weisen die höchsten PWS-Werte auf.

Der Reibwiderstand für kompakte Lithologien nimmt mit zunehmendem Härteunterschied linear zu (blaue Linie im Diagramm).

Der Einfluss der Kristallgröße und der Textur wurden nicht untersucht, weil zu wenige Daten vorhanden sind. Je feiner die Kristalle, desto geringer der Polierwiderstand. Die feinkristallinen Gesteinskörnungen (grüne und violette Dreiecke) liegen nahezu parallel zur Regressionslinie.

Bild 15: Variation des PWS in Abhängigkeit des approximativen differenziellen Polierwiderstandskoeffizienten. Die Korrelation ist mit einer linearen Regression berechnet worden (R2 = 0.83). Ohne die Ausreißer Quarzit (schwarzer Viereck), Rhyolith (rote Raute) und Kalkstein mit mikrokristallinem Quarz (violetter Dreieck) beträgt R2 = 0,94

Mit einem schwarzen Viereck ist der Quarzit angedeutet. Dieser Ausreißer lässt sich durch die Mikrostruktur des Gesteins erklären (Bild 7, P17). Die Komponenten des Quarzits (Quarz- und Feldspat-Körner) sind oft mit einem Saum aus weichen Schichtsilikaten umhüllt, so dass diese Körner leicht von der Grundmasse während des Poliervorgangs ausgerissen werden können, was zu einer ständigen Regeneration der Rauheit führt.

Mit einer roten Raute ist die Gesteinskörnung aus Rhyolith P18 gekennzeichnet. Mikrorisse in diesem Gestein können Kornbruchstücke während des Poliervorgangs abreißen lassen, was die Rauheit ständig erneuern kann (Bild 11, P18).

Mit einem violetten Dreieck ist ein mikrokristallines quarzreiches Sediment angedeutet.

Bild 16: Variation des PWS in Abhängigkeit des approximativen Härteunterschiedes. Die Korrelation ist mit einer linearen Regression approximativ berechnet worden (R2 = 0,94). Die Ausreißer Quarzit, Rhyolith und mikrokristallinem quarzreicher Sediment sind nicht berücksichtig

Trotz möglicher Messfehler (vor allem Röntgendaten, Mikrotextur, Mikrostruktur) scheint eine klare Korrelation zwischen mineralogischen Größen und PWS aufzutreten.

4.3 Konkrete Anwendungen und Nutzen

Die Korrelation (Bilder 15 und 16) zwischen den PWS-Messwerten und den dazugehörigen mineralogischen Zusammensetzungen weist darauf hin, dass eine relativ genaue und einfache Theorie aufgrund von mineralogisch-petrografischen Größen für die Polierresistenz denkbar wäre. Dies sollte auch für den PSV (Bild 14) wie wahrscheinlich auch für bestimmte Messungen in situ (SCRIM, SKM) gelten.

Die Existenz einer brauchbaren Theorie bringt Vorteile für das PWS- und für das PSV-Verfahren. Es hilft bei der Interpretation der Messresultate. Außerdem können Abweichungen und Ausreisser erklärt werden.

Dies hätte auch zur Folge, dass die Geologie und die mineralogischen Zusammensetzungen der Gesteinsvorkommen zur Sicherung der Griffigkeitsqualität beitragen könnten. Es würde besonders bei heterogenen Abbaustellen wichtig sein und könnte zu einer signifikant besseren Sicherung des Polierwiderstandes von Gesteinskörnungen führen. Es wäre wahrscheinlich für die Produzenten von Gesteinskörnungen sehr vorteilhaft.

Mineralogisch-petrografische Einflussparameter könnten wahrscheinlich besser gezielt eingesetzt werden, um die Griffigkeit von Belägen zu beurteilen und zu verbessern.

Es ist grundsätzlich ideal, wenn physikalische Messungen (PWS, PSV) auf einer fundierten Theorie basieren, was im Moment nicht der Fall ist.

4.4 Weiterführung des Projektes

Weitere Untersuchungen, respektive Forschung sind nötig, um die Modellierung zu präzisieren. Die Datenbasis sollte vergrößert werden. Es wäre außerdem sinnvoll, eine Datenbank für die Schweizer Gesteinsvorkommen aufzubauen.

Die Einflüsse der Struktur und der Textur konnten im Rahmen dieses Projektes nicht untersucht werden.

Literaturverzeichnis

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D a m e s, J.; L i n d n e r, J. (1989): Ermittlung der Endpolierwerte von im Straßenbau verwendeten Gesteinen. Forschungsarbeit FE 6.048 G85C

D e Q u e r v a i n, F. (1967): Technische Gesteinskunde. Birkhäuser Verlag Basel und Stuttgart

D u d e n h ö f e r, B.; Rü c k e r t , P. (2016): Bewertungshintergrund für den Widerstand gegen Polieren von Gesteinskörnungen nach dem PWS-Verfahren. Bericht zum Forschungsprojekt FE-Nr. 06.0098/2012/ DGB. BASt. Heft S 96

D u p o n t, P.; To u r e n q, C. (1993): Granulats et microrugosité. Bulletin de Liaison du Laboratoire des Ponts et Chaussées 185 ­ mai-juin 1993 ­ Réf. 3719

E i c h l e r, K. (1999): Fels- und Tunnelbau

ISRM (International Society for Rock Mechanics. Description and classification of rock masses)

To u r e n q, C.; F o u r m a i n t r a u x, D. (1971): Propriétés des granulats et glissance routière. Bulletin de Liaison du Laboratoire des Ponts et Chaussées n° 51

Danksagung: Für die Hilfe bei der Forschung und die kritische Durchsicht des Manuskripts sind Ernst Honegger (Leiter Technik FSKB) und Bernd Dudenhöfer (Direktion Asphalta) gedankt.

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