- Gilsonite
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Einsatz von Asphalt im Straßenbau. Frisch eingebaute und verdichtete Tragschicht.
Frisch hergestelltes Asphaltmischgut lose aufgeschüttet. Die Mineralstoffe sind vollständig mit Bitumen umhüllt.Asphalt (über lat. und frz. aus griechisch ásphaltos ἄσφαλτος, etwa ‚unzerstörbar‘, zu sphállesthai σφάλλεσθαι ‚zu Fall kommen‘) bezeichnet eine natürliche oder technisch hergestellte Mischung aus dem Bindemittel Bitumen und Gesteinskörnungen, die im Straßenbau für Fahrbahnbefestigungen, im Hochbau für Fußbodenbeläge, im Wasserbau und seltener im Deponiebau zur Abdichtung verwendet wird. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen sind Asphaltbefestigungen in verschiedenartige Schichten unterteilt. Hierbei werden Asphalttrag-, Asphaltbinder-, und Asphaltdeckschichten unterschieden. Je nach Dicke und Lage liefern sie ihren Anteil zur Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion, sofern alle Schichten zu einem kompakten Baukörper verbunden sind. Asphalt verhält sich chemisch nahezu inert (träges Reaktionsverhalten) und weist ein thermoplastisches Verhalten auf.
Inhaltsverzeichnis
Begriffsabgrenzung
Der Baustoff Asphalt wird landläufig fälschlicherweise mit der Substanz Teer gleichgesetzt. Anders als der Asphalt, dessen Bindemittel Bitumen aus Erdöl gewonnen wird, findet das Bindemittel Teer seinen Ursprung jedoch in der Steinkohle (Steinkohlenteer). Teer, der aufgrund seiner Herkunft auch Steinkohlenteerpech genannt wird, gilt als stark gesundheitsgefährdend und seine Verwendung ist in Deutschland im Straßenbau seit 1984 verboten.[1] Festgeschrieben ist dieser Sachverhalt in den Technische Regel für Gefahrstoffe 551. In der Zeit vor dem Verbot war Teer ein häufig verwendeter Baustoff im Bauwesen.
Äußerlich unterscheiden sich die beiden Stoffe durch Geruch und Aussehen geringfügig. So besitzt Bitumen einen neutralen Geruch und eine schwarze Farbe, Teer dagegen riecht leicht süßlich und besitzt eine leichte Braunfärbung.
Auch bei der Wiederverwertung muss teerhaltiges Material gesondert entsorgt werden. Die europaweit geltende Abfallverzeichnis-Verordnung stuft teerhaltige Abfallstoffe als gefährlichen Abfall ein. Ausgebaute Asphalte dagegen können ohne Bedenken wiederverwertet werden.
Werkstoffkennwerte
Die Festigkeit von Asphalt wird von den Temperaturverhältnissen bestimmt. Bei tiefen Temperaturen (Winter) verhält er sich elastisch, bei hohen Temperaturen (Sommer) dagegen viskoelastisch. Dieses Temperaturverhalten hat unmittelbaren Einfluss auf Elastizitätsmodul und Schubmodul des Asphalts. Der Elastizitätsmodul beschreibt die Spannung im Asphalt, die infolge einer lastbedingten Verformung auftritt. So schwank der E-Modul zwischen 1000 N/mm² im Sommer und 9000 N/mm² im Winter. Der Schubmodul gibt die Spannungen wieder, die infolge von Schubkräften im Asphalt erzeugt werden.
Die Werkstoffkennwerte von Asphalt sind abhängig von dem Mischungsverhältnis und den Eigenschaften der beiden Bestandteile Bitumen und Gesteinskörnung. Das Mischungsverhältnis liegt grob bei 95 % Gesteinskörnung und 5 % Bitumen, dieses Verhältnis kann jedoch nach oben oder unten geringfügig verändert werden. Die beigegebene Menge (so genannter Bindemittelgehalt) und die Härte (also die Bindemittelsorte) des Bitumens verändern das Materialverhalten wesentlich. Die Bindemittelsorte bestimmt weiter auch den Erweichungspunkt, welcher mit dem Ring- und Kugelversuch nachgewiesen werden kann, die Bindemittelhärte wird mit der Nadelpenetration ermittelt.
Die Gesteinskörnung übernimmt die Stützfunktion im Asphalt und muss in ihrer Korngrößenzusammensetzung, der so genannten Sieblinie, auf die Belastung abgestimmt werden. Fehlen gewisse Korngrößen, also Kornanteile, in der Sieblinie, wie beispielsweise im offenporigen- oder Splittmastixasphalt, so spricht man von einer Ausfallkörnung.
Um ein gutes Tragverhalten zu erzielen, ist die Kornzusammensetzung so einzustellen, das eine möglichst dichte Gesteinsmischung entsteht. Zusammen mit einer sachgemäßen Verdichtung beim Einbau wird so ein hohlraumarmer (Ausnahme offenporiger Asphalt) Asphalt erstellt. Des Weiteren müssen die Gesteinkörnungen frostsicher und im Falle einer Asphaltdeckschicht polierresistent sein.
Statistik
Der Baustoff Asphalt trägt den wesentlichen Anteil an den Straßenbaustoffen. So sind beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland 95 % aller befestigten Straßen mit einer Asphaltdecke ausgestattet.[2] Bei genauerer Betrachtung erkennt man, dass dort ungefähr 75 % der Gemeinde- und Stadtstraßen sowie die Bundesautobahnen mit Asphalt befestigt sind.[3] Die übrigen 25 % besitzen eine Pflaster- oder Betondecke. Auf Bundesstraßen ist der Asphalt in Deutschland sogar nahezu konkurrenzlos vertreten.
Anders die Zahlen in der Schweiz. Dort sind etwa 25 % der Verkehrsflächen mit Asphalt befestigt.[4] Dieser geringe Anteil kommt zustande, da in der Schweiz Autobahnen häufig mit Betondecken befestigt werden.
Im Jahr 2006 wurden in Deutschland 57 Mio. Tonnen Asphaltmischgut produziert. Davon waren 20 % Ausbauasphalt, der wiederverwertet wurde.[5] In Österreich beläuft sich die Asphaltmischgutproduktion auf 7 Mio. Tonnen jährlich.[6]
Geschichte
Antike
Aufgrund von archäologischen Ausgrabungen lässt sich feststellen, dass bereits in der frühen Antike (um 1200 v. Chr.) natürlicher Asphalt verwendet wurde[7], um Waffen und Geräte herzustellen sowie Schmuck und Skulpturen farbig zu gestalten. Besonders in der Region Mesopotamien fand das Material häufig Verwendung, da hier Naturasphaltvorkommen gelegen waren. So fertigten die dort lebenden Völker, beispielsweise die Sumerer, Gefäße und Boote, welche mit Asphalt abgedichtet wurden.[8] Des Weiteren nutzten sie das Material als „Mörtel“ für Lehmziegel.
Querschnitt durch eine Prozessionsstraße von Babylon. Die gebrannten Ziegel sind mit Asphalt vermörtelt, die obenliegenden Steinplatten ruhen in einem Asphaltmörtelbett. Diese Prachtstraße zählt zu den Vorläufern der modernen Asphaltstraßen.Über die Jahrtausende erweiterten sich die Einsatzfelder, sodass um 2000 v. Chr. neben Mesopotamien auch in Indien und Europa Naturasphalt als Dichtungsmaterial für Bäder, Boote, Kanäle, Toiletten und Uferböschungen verwendet wurde. Im 7. Jahrhundert v. Chr. kam Asphalt im assyrischen und babylonischen Reich bereits im Straßenbau zum Einsatz. So diente er dort als Fugenmaterial oder als Mörtelbett von Prachtstraßen.[9] Ferner wurde Asphalt als Mörtel für den Bau der Chinesischen Mauer und zur Abdichtung der Hängenden Gärten der Semiramis herangezogen.
Während der Zeit des Römischen Reiches, ausgehend von Plinius dem Älteren erhielt Asphalt den Namen „Bitumen Iudaicum“ (Judenpech) und diente um 100 v. Chr. als Fugenmörtel von römischen Straßen in Pompeji. In Seyssel und Val de Travers wurden Naturasphaltbergwerke errichtet.
Mittelalter
Nach dem Verfall des römischen Reiches und dem Beginn des Mittelalters verlor Asphalt stark an Bedeutung. Das Wissen, welches über Jahrtausende hinweg angesammelt wurde, ging verloren und wurde erst im 18. Jahrhundert wieder erworben. Um das Jahr 1000 wurde in Arabien die Gewinnung von Bitumen aus Naturasphalt begonnen. Dies wurde erreicht, indem der Naturasphalt erhitzt wurde und so das Bitumen ausschwitzen konnte.
Neben der Verwendung als Baustoff wurde Asphalt im 15. Jahrhundert im Reich der Inka in Süd- und Mittelamerika für medizinische Zwecke herangezogen. Auf seinen Erkundungsreisen entdeckte Sir Walter Raleigh am 22. März 1595 einen natürlichen Asphaltsee, der sich auf der Insel Trinidad befindet. Den dort aus dem Untergrund hervortretenden Asphalt nutzt man bis heute im Straßenbau.
Neuzeit
Deckblatt der Dissertation von Eirini d'Eyriny aus dem Jahre 1721.1712 entdeckte der griechische Arzt Eyrinis d'Eyrinis das gigantische Asphaltvorkommen im Val de Travers in der Schweiz[10]. Vorerst interessierte er sich nur für dessen medizinische Anwendung. Wegen der technischen Vorzüge dieses Materials verfasste er schließlich im Jahr 1721 seine „Dissertation über den Naturasphalt“ und begründete mit seinen Untersuchungen die moderne Asphalttechnologie. Aus dem insgesamt über 100 km langen Labyrinth von Gängen und Stollen der Asphaltminen im Val de Travers wurde in der Folge während rund drei Jahrhunderten (von 1712 bis 1986) Asphalt gefördert und in die ganze Welt exportiert [11]. Nach verschiedenen Inhabern gelangten die Minen 1873 in den Besitz der englischen Firma Neuchâtel Asphalt Company Ltd. und wurden 1960 von der grössten europäischen Straßenbaufirma, dem englischen Unternehmen Tarmac (Unternehmen), aufgekauft.
In den folgenden Jahren erweitert sich das Einsatzspektrum des Asphalts auf die Abdichtung von Dachflächen. Asphalt als Straßenbelag ist zu dieser Zeit noch sehr kostenintensiv, was zur Folge hatte, dass nur wohlhabende Personen Zufahrten oder Grundstücksflächen mit Asphalt befestigen konnten und betuchten Damen später ermöglichte, Trottoirs in Paris, London oder New York erstmals mit eleganten Pumps zu begehen. Erstmals im Jahr 1796 wurde auf einer Holzbrücke in Sunderland ein Asphaltbelag aufgebracht.[12]
In Lyon wurde 1810 der erste Asphaltmastixbelag auf dem Pont Morand eingebaut. Zehn Jahre darauf wurde in Genua der Vorläufer der heutigen Bitumendachpappe entwickelt und erfolgreich angewendet. Aufgrund von umfangreichen Versuchen im Bereich der Asphalttechnologie erwies sich 1837 Asphalt für den Einsatz auf Landstraßen als geeignet und sorgte 1839 in Wien für die Entdeckung der Wiederverwertbarkeit durch erneutes Erhitzen.
In Deutschland wurde 1838 mit dem Jungfernstieg in Hamburg die erste Straße asphaltiert. Im Jahre 1851 wurde ein 78 Meter langes Stück der Fernstraße von Travers nach Paris mit einem Asphaltbelag versehen. Nur 20 Jahre später war Paris fast vollständig asphaltiert, kurz darauf auch andere europäische Großstädte.
Mit der Absicht eine Alternative zur zähen Asphaltmastix zu erfinden, wurde 1842 in Innsbruck der Gussasphalt erfunden und wenig später auch erfolgreich im Straßenbau eingesetzt. Im Gegenzug dazu bekommt der Asphalt 1853 aufgrund seiner betonähnlichen Eigenschaften von Léon Malo den Begriff Asphaltbeton übertragen. Um eine ausreichende Verdichtung zu erzielen, geht man 1876 dazu über, den Asphalt mit Walzen zu verdichten.
Der Baustoff Asphalt gewinnt am Anfang des 20. Jahrhunderts zunehmend an Bedeutung, was unter anderem mit dem stetig fallenden Materialpreis zusammenhängt. So gehen 1907 in den Vereinigten Staaten die ersten Asphaltmischanlagen in Betrieb. In Berlin wurde 1914 die AVUS erstmals mit einem Asphaltbelag versehen, um eine höhere Widerstandsfähigkeit zu erhalten.
Neben der Verwendung im Straßenbau, diente der Asphalt 1923 ferner für die Abdichtung von Talsperren. Um den Einbau zu beschleunigen und die Einbauqualität zu verbessern, wird 1924 in Kalifornien erstmals der Einsatz von Straßenfertigern erprobt. Zur Bestimmung der Qualität des Baustoffs entwickelten sich in den darauf folgenden Jahren mehrere Prüfverfahren, welche bis heute Gültigkeit besitzen. So wurde 1936 der Ring und Kugel-Versuch, ein Jahr später der Brechpunkt nach Fraaß und 1941 der Marshall-Test erfunden.
Abbildung einer Gussasphaltbaustelle aus dem Jahre 1880. Im Transportkessel wurde der Gussasphalt erhitzt und anschließend per Hand eingebaut und abgerieben.Durch spezielle Zusatzstoffe wurde es ab 1950 möglich, Asphalt auch in kaltem Zustand einzubauen (so genannter Kaltasphalt). Um die Dicke von eingebautem Asphalt festzustellen, wurde 1959 in Österreich eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode mittels Isotopen entwickelt und erfolgreich erprobt.
Aus dem Wunsch heraus, Oberflächenwasser auf Start- und Landebahnen von Flughäfen möglichst rasch abzuleiten, erfolgte 1963 in England der Einbau von Drainasphalt. Kurz darauf wurde im Jahr 1968 erstmals der Einbau von Splittmastixasphalt durchgeführt.[13] Anfang der 1970er Jahre begann ausgehend von den Vereinigten Staaten die Anwendung des Asphaltrecyclings. Um eine möglichst zuverlässige Abdichtung zu erhalten, wurde 1979 Asphalt im Deponiebau eingesetzt.
Neben seiner Eignung als Baustoff kommt Asphalt zudem in der Kunst zur Anwendung. So entstand 1998 in Österreich die Asphalt-Art. Michael Scheirl verwendet seither Asphalt als Basismaterial für seine Asphaltbilder.
Herstellung
Natürlicher Asphalt
Bruchstück von natürlichem Asphalt.Natürlicher Asphalt (auch Erdpech oder Bergteer genannt) entsteht aus Erdöl oder Ölsanden durch Aufnahme von Luftsauerstoff (Oxidation genannt) und Verdunstung von leichtflüchtigen Bestandteilen. Je nach Mineralstoffanteil wird zwischen Asphaltgestein (hoher Anteil) und Asphaltit (geringer Anteil) unterschieden.
Große Naturasphaltvorkommen befinden sich in Trinidad (der Asphaltsee ist der Ursprung des Trinidad-Naturasphalts), in Venezuela der Lago de Guanoco, in den Schweizer Gemeinden Buttes und Travers sowie im Elsass. Pechelbronn im Elsass war der Ort im europäischen Kulturkreis, an dem zuerst Erdöl gewonnen wurde. Die Erdpechquelle ist seit 1498 belegt. Das aus den Pechelbronner Schichten stammende Erdöl wurde zunächst medizinisch bei Hauterkrankungen benutzt. Die kommerzielle Nutzung aber begann 1735 und endete 1970.
Natürliche Asphalte existieren des Weiteren in Kalifornien (beispielsweise in La Brea), Colorado, Argentinien, Syrien, Alberta, Kanada (Ölsande), auf Kuba, am Toten Meer, in Ägypten und Albanien. Bekannt ist auch der Gilsonite genannte Naturasphalt, der seit Mitte des 19. Jahrhunderts im US-Bundesstaat Utah abgebaut wird. Mit seiner Hilfe können die Griffigkeit und Dauerhaftigkeit von technisch hergestelltem Asphalt verbessert werden.
Eine deutsche Naturasphaltlagerstätte liegt zum Beispiel in Vorwohle im Landkreis Holzminden in Niedersachsen. Derzeit befindet sich im niedersächsischen Holzen der einzige Naturasphalt-Untertagebau in Deutschland. Verarbeitet wird dieser Asphalt in Eschershausen. Die übrigen 15 Abbaugebiete sind in den 1950er und 1960er Jahren aus wirtschaftlichen Gründen geschlossen worden.
Technisch hergestellter Asphalt
Siehe Hauptartikel: Asphaltmischanlage
Der Großteil des eingebauten Asphalts wird in Asphaltmischanlagen hergestellt. Eine Anlage kann dabei je nach Erfordernis entweder stationär oder mobil ausgeführt sein. Ihre Leistungsfähigkeit bewegt sich im Bereich von 130 bis 350 Tonnen Mischgut pro Stunde.[14] Des Weiteren ist es möglich, dem Herstellungsprozess ausgebauten Asphalt beizugeben und so wiederzuverwerten.
Die Herstellung des Mischgutes erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Steuerung, welche die einzelnen Bestandteile des Asphaltmischgutes in der gewünschten Zusammensetzung vermischt. Hierfür werden zunächst die Mineralstoffe in vordosierter Menge der Trockentrommel zugegeben. Der überschüssige Feinstaubanteil (so genannter Füller) muss anschließend mit Hilfe einer Entstaubungsanlage abgetrennt werden. Das vordosierte Mineralstoffgemisch verlässt die Trockentrommel und gelangt in den Mischturm. Dort erfolgt die genaue Dosierung der warmen Mineralstoffe. Ist die gewünschte Mineralkornzusammensetzung durch die Waage erreicht, wird das vorgewärmte Bitumen in den Mischbehälter eingedüst und ungefähr 15 Sekunden[15] lang mit den Mineralstoffen vermischt. Anschließend kann das frische Mischgut mit Hilfe des Verladesilos direkt auf die Ladefläche eines Lkws gebracht werden.
Nutzung nachwachsender Rohstoffe
Siehe Hauptartikel: Rapsasphalt
Als Rapsasphalt wird ein Asphalt bezeichnet, der eine nennenswerte Menge Rapsöl im Bitumenanteil enthält. Er wird wie normaler Asphalt als eine Mischung aus dem Bindemittel Bitumen und Gesteinskörnungen hergestellt und kann auch in den gleichen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Er unterscheidet sich von Asphalt also nur in der Zusammensetzung des Bindemittels. Eine weitere Entwicklung stellt das Produkt Vegecol dar, bei dem nach Angaben der Hersteller der gesamte Bitumenanteil durch Produkte nachwachsender Rohstoffe ersetzt wurde.
Verwendung
Einbau von Asphaltmischgut mit Straßenfertiger. Vorne kippt ein Lkw frisches Mischgut in den Vorratskübel des Fertigers, der hinten den Asphalt profilgerecht einbaut und vorverdichtet. - Hoch beanspruchte Straßen
- Verkehrsflächen, die nur kurzfristig dem Verkehr entzogen werden können
- Im Rahmen der Instandsetzung auf unebener Unterlage mit entsprechenden Schwankungen der Einbaudicke
- Wohn- und Erschließungsstraßen im kommunalen Bereich
- Auf innerstädtischen Geh- und Radwegen: Splittmastixasphalt 0/5
- Weitere Straßenbefestigungen: Halbstarrer Belag, Pflaster (Belag), Makadam
- Asphaltbauer
- EN 12697 Prüfverfahren für Heißasphalt
- Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Tragschichten im Straßenbau (ZTV T-StB)
- Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 01)
- Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Befestigung ländlicher Wege (ZTV LW)
- Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau (TL Gestein–StB)
- Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat (TL AG-StB)
- Technische Lieferbedingungen für gebrauchsfertige polymermodifizierte Bindemittel (TL PmB)
- Richtlinie für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen (RStO 01)
- Richtlinie für den ländlichen Wegebau (RLW)
- Richtlinie für die Anlage von Straßen (RAS)
- Merkblatt für die Verwertung von Asphaltgranulat (M VAG)
- Merkblatt Dünne Schichten im Heißeinbau auf Versiegelung (M DSH-V)
- Merkblatt für den Bau kompakter Asphaltbefestigungen (M KA)
- Merkblatt für den Bau griffiger Asphaltdeckschichten
- Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt
- ÖNORM B 3580 bis B 3586 Asphaltmischgut – Mischgutanforderungen
- ÖNORM EN 1097 Prüfverfahren für mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen
- SN 670401 bis SN 670443 Prüfverfahren für Heissasphalt
- SN 670141 Ausbauasphalt
- SN 640431 Verschiedene Asphaltsorten
- Ed. Graefe: Der Asphaltsee auf der Insel Trinidad und Verwertung des Trinidadasphalts. Zeitschrift für angewandte Chemie 26, S. 233–239 (1913), ISSN 0932-2132
- Zirkler, Eduard: Asphalt: ein Werkstoff durch Jahrtausende. Isernhagen: Giesel-Verlag, 2001. ISBN 3-87852-010-7
- Wie gehe ich mit Ausbauapshalt um? Merkblatt, Aushub-, Rüchbau- und Recycling-Verband Schweiz (ARV)
- Deutscher Aspaltverband DAV e.V.
- P. Schießl: Skript zur Vorlesung Bitumen und Asphalt an der TU München
- Bericht des Umweltbundesamtes zu den akustischen Auswirkungen eines offenporigen Asphaltbelages
- Museé de Petrole, Merkwiller Pechelbronn
- Gefährdungen und Schutzmaßnahmen im Straßenbau, Wissensportal TU Dresden
- Temperaturabsenkungen bei Asphalt – Grundlagen und Erfahrungen, Wissensportal TU Dresden
- ↑ Gefährdungen und Schutzmaßnahmen im Straßenbau, Wissensportal TU Dresden, Seite 2
- ↑ Felix Kern: Faszination Strassenbau, Motorbuch Verlag, 2005, ISBN 3-613-02499-3, Seite 52
- ↑ D. Richter, M. Heindel: Straßen- und Tiefbau, Teubner Verlag, 2004, ISBN 3-519-35621-X, Seite 11
- ↑ Schweizerische Vereinigung für Baufachlehrer: Untersuchung Strassenbau, 2004, Seite 29
- ↑ Statistik zur Asphaltproduktion in Deutschland, herausgegeben vom Deutschen Asphalt Verband (Pdf)
- ↑ Studie des Austrian Bioenergy Centre GmbH, 2006, Seite 13
- ↑ Eduard Zirkler: Asphalt, ein Werkstoff durch die Jahrtausende, Giesel Verlag (2001), Seite 49
- ↑ Microsoft Corporation: Microsoft Encarta Professional 2003, Artikel: Asphalt
- ↑ Eduard Zirkler: Asphalt, ein Werkstoff durch die Jahrtausende, Giesel Verlag (2001), Seite 82 ff.
- ↑ A. Burton: Dampfmaschinen - Veteranen der Technik, Bechtermünz-Verlag, 2000, ISBN 3-8289-5368-9, Seite 111
- ↑ Gout & Region, Couvet: Mines d'Asphalte de Travers, (Stand Mai 2008)
- ↑ Felix Kern: Faszination Strassenbau, Motorbuch Verlag (2005), Seite 12
- ↑ Felix Kern: Faszination Strassenbau, Motorbuch Verlag (2005), Seite 16
- ↑ Frey, August, Günter: Bautechnik Fachkunde Bau, 10. Auflage Europa Lehrmittelverlag (2003) Seite 97
- ↑ J. Hutschenreuther, T. Werner: Asphaltim Straßenbau, Verlag für Bauwesen (1998)
- ↑ Bericht von FIA Institute zum neuen Circuit Paul Ricard
- ↑ Eduard Zirkler: Asphalt, ein Werkstoff durch die Jahrtausende, Giesel Verlag (2001), Seite 109
- ↑ Asphaltschichten und ihre Aufgaben – Asphalttragschichten (Informationen vom DAV)
- ↑ Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Begriffsbestimmungen, Teil: Straßenbautechnik, 2003, FGSV-Verlag, Begriffsbestimmung „Flüssigkeitsundurchlässige Bauweise“
Am häufigsten wird Asphalt zur Befestigung einer Bodenfläche verwendet. Hierbei unterscheidet man zwischen Walzasphalt und Gussasphalt. Walzasphalt erhält den geforderten Verdichtungsgrad erst durch den Einsatz von Straßenwalzen, Gussasphalt lässt sich dagegen flüssig verarbeiten und muss nicht verdichtet werden.
Neben der Verwendung im Straßen- und Wegebau bietet Asphalt noch weitere Einsatzmöglichkeiten. So eignet er sich für Verkehrsflächen auf Flughäfen, Parkplätzen, bei Schienenwegen als Tragschicht unterhalb des Schienenweges aber auch als Abdichtungssystem im Wasserbau und beim Deponiebau. In der Garten- und Landschaftsarchitektur wird zum Beispiel farbiger Asphalt eingesetzt, um Wege, Plätze und Freizeitanlagen zu gestalten.
Abgesehen von den oben genannten Anwendungsfällen dient Asphalt auch als Belag für Renn- und Teststrecken. In diesem Fall werden besonders hochwertige und polierresistente Mineralstoffe sowie ein durch Kunststoffadditive veredeltes Bitumen, ähnlich dem Polymerbitumen im Straßenbau, herangezogen. Der mehrschichtig aufgebaute Belag wird durch die regelmäßigen Brems- und Beschleunigungsvorgänge stark beansprucht, des Weiteren werden hohe Anforderungen an die Griffigkeit der Oberflächenschicht gestellt. Eine neuartige Entwicklung stellt in diesem Zusammenhang die Beigabe von Wolfram im Mischgut dar. Das Ergebnis, eine extrem raue Asphaltoberfläche, wird auf den Auslaufzonen des Circuit Paul Ricard genutzt, um von der Strecke abgekommene Fahrzeuge rasch und ohne wesentlichen Schaden abzubremsen.[16]
Bei einer speziellen Technik der Radierung, Aquatinta genannt, wird Asphaltstaub verwendet. Die weltweit erste erhaltene Fotografie, die Heliographie von Joseph Nicéphore Nièpce beruht auf der Lichtempfindlichkeit bestimmter Asphaltschichten.[17]
Asphalttragschicht
Asphalttragschichten (selten auch als Bitukies oder Bitumenkies bezeichnet) werden als erste gebundene Schicht im Straßenoberbau eingebaut und übernehmen die tragende Funktion des befestigten Asphaltpaketes. Sie befinden sich zwischen der darunter liegenden 1. Tragschicht (z.B. Frostschutzschicht) und evtl. 2. Tragschicht (z.B. Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln) bzw. bei entsprechenden Bauweisen direkt auf dem Planum und der darüber liegenden Binderschicht (falls vorhanden) oder Deckschicht.
Asphalttragschichten geben der Binder- und/oder Deckschicht eine gleichmäßige, standfeste Unterlage. Während der Nutzungsdauer (bei sachkundiger Herstellung bis zu 50 Jahre)[18] sollen sie im festen Verbund mit Binder- und Deckschicht die Verkehrslasten abtragen und so auf die Unterlage verteilen, dass die gesamte Straßenbefestigung keinen Schaden nimmt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine Mindestdicke von 8 cm erforderlich. Beim Überbauen alter (unebener) Fahrbahnbefestigungen sollten in Ausgleichschichten 6 cm Dicke an Einzelstellen nicht unterschritten werden.
Es werden bei der Asphalttragschicht zwischen verschiedenen Mischgutsorten unterschieden, als Bindemittel wird dabei ein Bitumen 50/70 oder 70/100 nach DIN EN 12591 verwendet.
| Asphalttragschicht | AO | A | B | C | CS |
|---|---|---|---|---|---|
| Korngröße in mm | 0/2 bis 0/32 | 0/2 bis 0/32 | 0/22 0/32 | 0/22 0/32 | 0/22 0/32 |
| Körnungsanteil > 2 mm in M.-% | 0 bis 80 | 0 bis 35 | 35 bis 60 | 60 bis 80 | 60 bis 80 |
| Fülleranteil in M.-% | 2 bis 20 | 4 bis 20 | 3 bis 12 | 3 bis 10 | 3 bis 10 |
| Grobkornanteil mindestens in M.-% | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Überkorn höchstens in M.-% | 20 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Mindesbindemittelgehalt in M.-% | 3,3 | 4,3 | 3,9 | 3,6 | 3,6 |
| Hohlraumgehalt in Vol-% | 4 bis 20 | 4 bis 14 | 4 bis 12 | 4 bis 10 | 5 bis 10 |
Eine Abwandlung der Asphalttragschicht ist die Asphaltfundationsschicht. Es handelt sich hierbei um eine bituminös gebundene Tragschicht an die geringe Anforderungen gestellt werden und als Ersatz für hochwertige ungebundene Tragschichten oder Bodenverfestigungen verwendet werden. Diese Tragschicht besteht zu einem großen Teil aus Ausbauasphalt und kann im Heiß- und im Kalteinbau hergestellt werden.
Asphaltbinderschicht
Eine Asphaltbinderschicht wird bei stärker belasteten Straßen (ab Bauklasse III) zwischen der darunterliegenden, grobkörnigen Asphalttragschicht und der darüber liegenden, feinkörnigen Asphaltdeckschicht eingebaut. Sie überträgt die durch den Verkehr verursachten Kräfte (darunter besonders die Schubkräfte) in die unteren Schichten der Straße und verhindert Verformungen. Ursprünglich wurde die Binderschicht zur Bindung von ungebundenen Tragschichten genutzt, um eine ebene Oberfläche zu erhalten. Von dieser Nutzung leitet sich der Name der Binderschicht ab.
Bei geringer belasteten Straßen (Bauklassen IV bis VI) wird Asphaltbinder 0/11 zum Profilausgleich verwendet. Das erleichtert den Einbau einer gleichmäßig dicken Deckschicht mit der benötigten Ebenheit.
Es gibt vier Sorten von Asphaltbindern: 0/22S, 0/16S, 0/16, 011. Sie bestehen aus einer abgestuften Gesteinskörnung – Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand und Gesteinsmehl – und Straßenbaubitumen oder polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel. Die RStO empfehlen je nach Bauklasse eine Schichtdicke von 4 bis 8 cm.
| Asphaltbinder | 0/22 S | 0/16 S | 0/16 | 0/11 |
|---|---|---|---|---|
| Korngröße in mm | 0/22 | 0/16 | 0/16 | 0/11 |
| Anteil < 0,09 mm in M.-% | 4–8 | 4–8 | 3–9 | 3–9 |
| Anteil > 2 mm in M.-% | 70–80 | 70–75 | 60–75 | 50–70 |
| Anteil > 8 mm in M.-% | - | - | - | ≥ 20 |
| Anteil > 11,2 mm in M.-% | - | ≥ 25 | ≥ 20 | ≤ 10 |
| Anteil > 16 mm in M.-% | ≥ 25 | ≤ 10 | ≤ 10 | 0 |
| Anteil > 22,4 mm in M.-% | ≤ 10 | 0 | 0 | 0 |
| Verhältnis Brechsand:Natursand | 1:0 | 1:0 | ≥ 1:1 | ≥ 1:1 |
| Bitumensorte | (50/70) 30/45 PmB 45 |
(50/70) 30/45 PmB 45 |
50/70 70/100 (30/45) |
50/70 70/100 |
| Bitumengehalt in M.-% | 4,0–5,0 | 4,2–5,5 | 4,0–6,0 | 4,5–6,5 |
| Verdichtungstemperatur in °C am Marshall-Probekörper |
135 ± 5 | |||
| Hohlraumgehalt in V.-% | 5,0–7,0 | 4,0–7,0 | 3,0–7,0 | 3,0–7,0 |
| Einbaudicke in cm oder Einbaugewicht in kg/m² |
7,0–10,0 170–250 |
5,0–8,5 125–210 |
4,0–8,5 95–210 |
|
| Verdichtungsgrad in % | ≥ 97 | ≥ 97 | ≥ 97 | ≥ 96 |
Asphaltdeckschicht
Asphaltdeckschichten (selten auch als Verschleißschichten bezeichnet) sind die obersten, direkt beanspruchten Schichten der Asphaltbefestigungen. Sie unterliegen den unmittelbaren Einwirkungen des Verkehrs, der Witterung und der Auftaumittel.
Die dort für Deckschichten vorgesehene einheitliche Dicke von 4 cm ist nicht für alle Mischgutsorten zweckmäßig: Sehr grobkörnige Mischgutsorten sollten dicker, sehr feinkörnige können dünner eingebaut werden (Faustregel: Mindesteinbaudicke = Größtkorn x2,5). Da die Asphaltdeckschicht speziell für die Abnutzung durch den täglichen Verkehr vorgesehen ist, sollte sie in regelmäßigen Abständen im Rahmen eines so genannten Deckenbauprogrammes erneuert werden, um die Straße zu erhalten.
Verkehrsflächen sind so zu bauen, dass sie unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit die gestellten Anforderungen nicht nur bei Inbetriebnahme, sondern auf Dauer erfüllen, sich leicht warten lassen und überhaupt einen geringen Erhaltungsaufwand erfordern. Dafür gibt es unterschiedliche Mischgutarten. Der Unterschied besteht in der Zusammensetzung der Gesteinskörnungen und dem Bindemittelgehalt. Nachfolgend werden die verschiedenen Asphaltdeckschichten erläutert.
Asphaltbeton (Heißeinbau)
Asphaltbeton (veraltet je nach Korngröße auch Asphaltfeinbeton oder Asphaltgrobbeton) wird im Straßenbau als Deckschicht verwendet und ist für Straßen der Bauklassen II bis VI und Wege aller Art sowie für andere Verkehrsflächen nach den RStO geeignet. Er wird aus Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand, Füller und Bitumen hohlraumarm zusammengesetzt. Die Korngröße des mineralischen Anteils kann dabei bis zu 16 mm betragen.
Damit die Decke aus Asphaltbeton eine angemessene Rauheit aufweist, muss sie abgestumpft werden. Dies ist besonders zur Erhöhung der Anfangsgriffigkeit erforderlich. Zum Abstumpfen wird Splitt auf die noch heiße Deckschicht gestreut und mit Walzen fest eingedrückt. Abstreumaterial, das nicht gebunden wurde, muss anschließend entfernt werden.
Die geforderten Eigenschaften für den Bau von Asphaltbeton in Verkehrsflächen nach den RStO werden in den ZTV Asphalt-StB geregelt. Für Asphaltbeton in ländlichen Wegen gelten die ZTV LW. Nach Anforderung unterscheidet sie verschiedene Typen von Asphaltbeton (0/5, 0/8, 0/11, 011S, 0/16S) und gibt Korngrößenverteilung, Art und Menge des Bindemittels, Eigenschaften des Mischgutes (Verdichtungstemperatur, Hohlraumgehalt) und Eigenschaften der Schicht (Einbaudicke, Einbaugewicht, Verdichtungsgrad, Hohlraumgehalt) an.
Die mit „S“ gekennzeichneten Sorten sind besonders verformungsbeständig zusammengesetzt. Die Wahl der Mischgutsorte richtet sich nach der Verkehrsbelastung und der gewünschten Oberflächenstruktur (fein- bis grobrau).
Asphaltbeton wird ferner bei Bauwerken, insbesondere zur Abdichtung von Talsperren, verwendet.
| Asphaltbetontyp (Heißeinbau) | 0/16 S | 0/11 S | 0/11 | 0/8 | 0/5 |
|---|---|---|---|---|---|
| Gesteinskörnung | |||||
| Korngröße in mm | 0/16 | 0/11 | 0/11 | 0/8 | 0/5 |
| Anteil kleiner 0,09 mm in M.-% | 6–10 | 6–10 | 7–13 | 7–13 | 8–15 |
| Anteil größer 2 mm in M.-% | 55–65 | 50–60 | 40–60 | 35–60 | 30–50 |
| Anteil größer 5 mm in M.-% | - | - | - | ≥ 15 | ≤ 10 |
| Anteil größer 8 mm in M.-% | 25–40 | 15–30 | ≥ 15 | ≤ 10 | 0 |
| Anteil größer 11,2 mm in M.-% | ≥ 15 | ≤ 10 | ≤ 10 | 0 | 0 |
| Anteil größer 16 mm in M.-% | ≤ 10 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Verhältnis Brechsand:Natursand | ≥ 1:1 | ≥ 1:1 | ≥1:1 | ≥1:1 | 0 |
| Bindemittel (Bitumen) | |||||
| Bindemittelsorte | 50/70 (70/100) |
50/70 (70/100) |
70/100 (50/70) |
70/100 (50/70) |
70/100 (160/220) |
| Bindemittelgehalt M.-% | 5,2–6,5 | 5,9–7,2 | 6,2–7,5 | 6,4–7,7 | 6,8–8,0 |
| Mischgut | |||||
| Marshall-Probekörper Verdichtungstemperatur in °C |
135 ± 5 | ||||
| Hohlraum am Marshall-Probekörper in V.-% Bauklasse II und III | 3,0–5,0 | 3,0–5,0 | - | - | - |
| Hohlraum am Marshall-Probekörper in V.-% Bauklasse III und IV | - | - | 2,0–4,0 | 2,0–4,0 | - |
| Hohlraum am Marshall-Probekörper in V.-% Bauklasse V und VI, Wege | - | - | 1,0–3,0 | 1,0–3,0 | 1,0–3,0 |
| Schicht | |||||
| Einbaudicke in cm | 5,0–6,0 | 4,0–5,0 | 3,5–4,5 | 3,0–4,0 | 2,0–3,0 |
| oder Einbaugewicht in kg/m² | 120–150 | 95–125 | 85–115 | 75–100 | 45–75 |
| Verdichtungsgrad in % | ≥ 97 | ≥ 97 | ≥ 97 | ≥ 97 | ≥ 96 |
| Hohlraumgehalt in Vol.-% | ≤ 7,0 | ≤ 7,0 | ≤ 6,0 | ≤ 6,0 | ≤ 6,0 |
Asphaltbeton (Warmeinbau)
Asphaltbeton im Warmeinbau eignet sich für Deckschichten der Bauklassen IV bis VI, also Verkehrsflächen mit geringer Verkehrsbelastung. Von einer Verwendung auf Fahrbahnen sollte abgesehen werden. Nach dem Einbau und der Verdichtung erreicht der Asphaltbeton seine endgültige Dichtigkeit erst durch die Nachverdichtung unter Verkehr. Inhaltlich setzt sich der Asphaltbeton im Warmeinbau aus einem Mineralgemisch 0/5, 0/8 oder 0/11 sowie einem Fluxbitumen FB 500 zusammen. Zur Verbesserung der Oberflächengriffigkeit sollte die Deckschicht nach dem Einbau mit Splitt abgestumpft werden. Der Einbau erfolgt bei einer Mischguttemperatur von ungefähr 60 °C, Aspahltbeton im Heißeinbau wird dagegen bei 120 °C verarbeitet.
In den Regelwerken ist der Einbau von Asphalt im Warmeinbau aus Gründen des Umweltschutzes nicht mehr vorgesehen, es kommt nur noch vereinzelt zur Anwendung dieses Materials. Das verwendete Flux- oder Verschnittbitumen ist in Deutschland nicht mehr normiert und vielfach durch Gesetze untersagt.
| Asphaltbetontyp (Warmeinbau) | 0/11 | 0/8 | 0/5 |
|---|---|---|---|
| Korngröße in mm | 0/11 | 0/8 | 0/5 |
| Anteil kleiner 0,09 mm in % | 4–10 | 5–10 | 6–11 |
| Anteil größer 2 mm in % | 45–70 | 40–65 | 30–55 |
| Anteil größer 5 mm in % | - | ≥ 15 | ≤ 10 |
| Anteil größer 8 mm in % | ≥ 10 | ≤ 10 | 0 |
| Anteil größer 11,2 mm in % | ≤ 10 | 0 | 0 |
| Natursandanteil | ≤ 15 | ≤ 15 | ≤ 15 |
| Bitumensorte | FB500 | FB500 | FB500 |
| Einbaugewicht in kg/m² | 45–55 | 35–45 | 25–35 |
Splittmastixasphalt
Der Splittmastixasphalt ist eine spezielle Sorte des Asphalts für Deckschichten mit einem höheren Bitumen- und Splittgehalt. Es kann entweder gewöhnliches Straßenbaubitumen oder auch polymermodifiziertes Bitumen (kurz PmB) beigegeben werden. So soll die Haltbarkeit erhöht werden, wodurch er für hohe Verkehrsbelastungen wie auf Autobahnen geeignet ist. Zusätzlich müssen noch stabilisierende Zusätze (z. B. Zellulose- oder synthetische Fasern) beigemischt werden. Diese Zusätze haben die Aufgabe, das sozusagen „überdosierte“, in dieser Menge aber benötigte Bitumen während Herstellung, Transport und Einbau an den Mineralstoffen festzuhalten und am Ablaufen zu hindern. Die Oberflächenstruktur ist grobkörnig und ähnlich der von Drainasphalt.
Entwickelt wurde diese Asphaltsorte in den 1960er Jahren in Deutschland, als man Asphaltmastixdecken zur Erhöhung der Standfestigkeit mit Splitt abstreute und diesen einwalzte. Das reduzierte auch den Abrieb durch die damals noch zugelassenen Spikes wesentlich.
Der Anteil der Zusätze beträgt bei allen Sorten zwischen 0,3 und 1,5 % der Gesamtmasse.
| Splittmastixasphalt | 0/11 S | 0/8 S | 0/8 | 0/5 |
| Korngröße in mm | 0/11 | 0/8 | 0/8 | 0/5 |
| Anteil kleiner 0,09 mm in % | 9–13 | 10–13 | 8–13 | 8–13 |
| Anteil größer 2 mm in % | 73–80 | 73–80 | 70–80 | 60–70 |
| Anteil größer 5 mm in % | 60–70 | 55–70 | 45–70 | <10 |
| Anteil größer 8 mm in % | ≥ 40 | ≤ 10 | ≤ 10 | - |
| Anteil größer 11,2 mm in % | ≤ 10 | - | - | - |
| Verhältnis Brechsand:Natursand | 1:0 | 1:0 | ≥ 1:1 | ≥ 1:1 |
| Bitumensorte | 50/70 (PmB 45) |
50/70 (PmB 45) |
70/100 | 70/100 (160/220) |
| Hohlraum am Marshall-Probekörper in % | 3,0–4,0 | 3,0–4,0 | 2,0–4,0 | 2,0–4,0 |
| Einbaudicke in cm | 3,5–4,0 | 3,0–4,0 | 2,0–4,0 | 2,0–4,0 |
| Einbaugewicht in kg/m² | 85–100 | 70–100 | 45–100 | 45–75 |
Für Splittmastixasphalt in Verkehrsflächen der Bauklasse SV bis III mit besonderen Beanspruchungen müssen besonders polierresistente grobe Gesteinskörnungen (PSV min 53) eingesetzt werden, da die Splittkörner stärker durch Polieren beansprucht werden. Dies liegt an dem im Vergleich zu Asphaltbeton deutlich niedrigeren Sandanteil und der geringeren Berührungsfläche zwischen Reifen und Fahrbahn.
Splittmastixasphalt verträgt in Hinblick auf Verdichtbarkeit und Verformungsbeständigkeit größere Schwankungen der Schichtdicke – zum Beispiel bei unebener Unterlage – als Asphaltbeton, da er relativ unempfindlich gegenüber Nachverdichtung und Verformung ist.
Zu den Einsatzgebieten von Splittmastixasphalt zählen:
Gussasphalt
Siehe Hauptartikel: Gussasphalt
Gussasphalt ist ein Asphalt, der sich durch seinen hohen Anteil von Bitumen und Gesteinskörnern kleiner als 0,09 Millimeter (dem so genannten „Füller“) auszeichnet. Er besteht aus groben und feinen Gesteinskörnungen, Gesteinsmehl und Bitumen. Korngrößenverteilung und Bindemittelgehalt sind so eingestellt, dass die Hohlräume des Gesteinskörnungsgemisches vollständig mit Bitumen ausgefüllt sind und darüber hinaus noch ein geringfügiger Bitumenüberschuss besteht. Dadurch lässt er sich im Gegensatz zu den anderen Asphaltarten flüssig verarbeiten.
Gussasphalt wird vor allem beim Bau hoch beanspruchter Straßen (Autobahnen) und, wegen seiner hohen Wasserdichtigkeit, häufig auf Brücken verwendet. Durch seinen hohen Anteil an Mörtel (Füller und Bitumen) bekommt er eine optisch glatte Oberfläche.
Der Einbau erfolgt mit speziellen Einbaubohlen oder von Hand. Damit die Griffigkeit gewährleistet bleibt, wird beim Einbau des Asphalts feinkörniger Splitt aufgestreut und eingewalzt. Heller Splitt wirkt außerdem aufhellend und vermindert so die Erwärmung bei starker Sonneneinstrahlung.
| Gussasphalt | 0/11 S | 0/11 | 0/8 | 0/5 |
|---|---|---|---|---|
| Gesteinskörnung | Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand, Gesteinsmehl |
|||
| Körnung in mm | 0/11 | 0/8 | 0/5 | |
| Anteil < 0,09 mm in M.-% | 20–30 | 22–32 | 24–34 | |
| Anteil > 2 mm in M.-% | 45–55 | 40–50 | 35–45 | |
| Anteil > 5 mm in M.-% | - | ≥ 15 | ≤ 10 | |
| Anteil > 8 mm in M.-% | ≥ 15 | ≤ 10 | - | |
| Anteil > 11,2 mm in M.-% | ≤ 10 | - | - | |
| Verhältnis Brechsand:Natursand | ≥ 1:2 | - | - | - |
| Bitumensorte | 30/45 (20/30) |
30/45 (50/70) |
||
| Bitumengehalt in M.-% | 6,5–8,0 | 6,8–8,0 | 7,0–8,5 | |
| Erweichungspunkt RuK in °C | ≤ 71 | ≤ 71 | ≤ 71 | ≤ 71 |
| Einbaudicke (incl. Abstreumaterial) in cm oder Einbaugewicht (incl. Abstreumaterial) in kg/m² |
3,5–4,0 80–100 |
2,5–3,5 65–85 |
2,0–3,0 45–75 |
|
Gussasphalt besitzt kein in sich abgestütztes Korngerüst. Die Lastabtragung erfolgt größtenteils über den Mörtel, der dazu erheblich steifer sein muss (härteres Bitumen, mehr Füller) als zum Beispiel beim Asphaltbeton. Der steife Mörtel erfordert deutlich höhere Herstellungs- und Einbautemperaturen. Durch Variation der Zusammensetzung lassen sich die Verarbeitbarkeit und Verformungsbeständigkeit in weitem Rahmen steuern, während die Griffigkeit vom eingebundenen Abstreusplitt abhängt.
Asphaltmastix
Asphaltmastix ist eine Mischung aus Bitumen und Gesteinen mit einer Korngröße unter 2 mm. Im Wasserbau wird er zum Verfüllen der Fugen von Steinschüttungen verwendet. Überwiegend dient er zur Abdichtung von Bauwerken, wobei die Verwendung in den 1990er Jahren stark zurückgegangen ist. Asphaltmastix mit einem geringeren Bitumenanteil (ungefähr 12–14 %) wird im Straßenbau auch als Reparaturmaterial zur Oberflächenverbesserung eingesetzt.
| Asphaltmastix | 0/2 |
| Korngröße in mm | 0/2 |
| Anteil kleiner 0,09 mm in % | 30–60 |
| Anteil größer 2 mm in % | ≤ 15 |
| Bitumensorte | 50/70 70/100 (30/45) (160/220) |
| Einbaugewicht in kg/m² | 15–25 |
Asphalttragdeckschicht
Der Tragdeckschichtasphalt ist ein Asphalt, der die Funktionen von Asphaltdecke und Asphalttragschicht vereint. Er wird vor allem im landwirtschaftlichen Wegebau sowie auf Rad- und Gehwegen eingesetzt, wo wegen des relativ geringen Verkehrsaufkommens eine Befestigung mit gutem Kosten/Nutzen-Verhältnis benötigt wird. Es können gebrochene und ungebrochene Gesteinskörnungen verwendet werden. Falls nach dem Einbau mit starker Verschmutzung zu rechnen ist, wie z. B. bei landwirtschaftlichen Wegen, soll die heiße Oberfläche mit rohem oder bindemittelumhüllten Sand abgestreut werden, um die Rauheit zu verbessern.
| Tragdeckschichtasphalt | 0/16 |
| Korngröße in mm | 0/16 |
| Anteil kleiner 0,09 mm in % | 7–12 |
| Anteil größer 2 mm in % | 50–70 |
| Anteil größer 11,2 mm in % | 10–20 |
| Anteil größer 16 mm in % | ≤ 10 |
| Hohlraum am Marshall-Probekörper in % | 1,0–3,0 |
| Bitumensorte | 70/100 160/220 |
| Einbaudicke in cm | 5,0–10,0 |
| Einbaugewicht in kg/m² | 120–250 |
Offenporiger Asphalt
Offenporiger Asphalt (kurz OPA) wird auch als Drainasphalt (teilweise auch Dränasphalt), Flüsterasphalt oder lärmoptimierter Asphalt bezeichnet. Der offenporige Asphalt ist eine spezielle Art des Asphaltbetons, welche in den 1980ern entwickelt wurde.
Die Zusammensetzung zeichnet sich durch ihren hohen Anteil von groben Gesteinskörnungen aus, der einen hohen Gehalt an zusammenhängenden Hohlräumen zur Folge hat. Durch diese Hohlräume kann das Regenwasser nach unten abgeleitet werden. Eine Abdichtung aus Bitumen verhindert, dass das Wasser in den Untergrund oder in den Straßenkörper abläuft. Diese besteht aus polymermodifiziertem oder gummimodifiziertem Bitumen und wird zur Befahrbarkeit mit Edelsplitt 8/11 oder 5/8 abgestreut. Diese Schicht wird im englischen Sprachraum Stress Absorbing Membrane Interlayer genannt. Das Oberflächenwasser wird durch die Schrägneigung – einer Kombination aus Längs- und Querneigung – der Straße seitlich abgeleitet. Um das anfallende Wasser sicher ableiten zu können, werden am Rand der Straße entweder spezielle Entwässerungsrinnen eingebaut, oder der befestigte Straßenrand, wie z.B. eine gepflasterte Gosse, müssen um Deckschichtstärke tiefer liegen, damit das Wasser ungehindert abfließen kann. Insgesamt bildet sich auf der Fahrbahnoberfläche durch all diese Maßnahmen nur ein sehr dünner Wasserfilm. Dies hat erhebliche positive Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit: zum einen verringert sich die Sprühfahnenbildung, was zu wesentlich besseren Sichtverhältnissen führt und zum anderen wird die Aquaplaning-Gefahr deutlich reduziert.
Der hohe Anteil an Hohlräumen absorbiert außerdem den Schall der Fahrgeräusche und verhindert teilweise überhaupt deren Entstehung (durch Luftableitung), weshalb er auch Flüsterasphalt genannt wird. Dieser Effekt macht sich besonders bei Straßen bemerkbar, bei denen die Reifen-Fahrbahn-Geräusche die Hauptgeräuschquelle darstellen, wie z. B. bei Autobahnen. Es werden Lärmreduzierungen von rund 5 bis 10 dBA erreicht, was für das menschliche Hörempfinden etwa einer Reduzierung um ein Drittel bis zur Halbierung entspricht. Die lärmmindernde Wirkung lässt jedoch nach etwa 6 bis 8 Jahren nach, da Straßenschmutz und Reifenabrieb die Poren verstopfen. Da eine Reinigung der Poren bisher nicht möglich ist, sind andere Lösungsansätze in Form von Schmutz abhaltenden bzw. abweisenden Schichten in der Erprobung.
Heute üblich ist der Einsatz von zweilagigem offenporigen Asphalt (kurz ZWOPA oder 2OPA). Dieser Asphalt wurde in Deutschland beispielsweise auf der A9 bei Garching und der A30 im Bereich Osnabrück erprobt. Dieser Baustoff besteht aus zwei Lagen offenporigen Asphalts, die untere mit der Körnung 0/16 und die obere Lage mit der Körnung 0/8.
Die Haltbarkeit von doppellagigem offenporigem Asphalt bei Verwendung neu entwickelter, hochwertiger Bitumenmischungen ist besser als die einer einlagigen offenporigen Asphaltschicht. OPA der neuen Generation wird in Deutschland beispielsweise auf der A61 auf einem 6km langen Stück zwischen der Anschlussstelle Miel und dem Kreuz Meckenheim seit dem 29. August 2007 erprobt.
Während der praktischen Anwendung sind bisher im europäischen Ausland kaum Probleme aufgetreten. So ist die Beständigkeit gegenüber Spurrinnenbildung sehr gut, es treten jedoch bei sehr niedrigen Temperaturen erhöhter Verschleiß durch Schneekettennutzung auf. Die Schneeketten können Teile der Asphaltschicht beschädigen. Was bei normaler feuchter Witterung ein positiver Effekt ist, nämlich das schnellere Ablaufen des Wassers, führt im Winter zu erhöhtem Salzverbrauch. In alpinen Regionen um durchschnittlich 40 % mehr Salzverbrauch.
Lokale Schädigungen werden derzeit durch den Austausch der Deckschicht behoben. Die Möglichkeiten zur groß- und kleinflächigen Sanierung von geschädigten OPA-Belägen befindet sich in Deutschland noch im Versuchsstadium. Alle neu gebauten italienischen Autobahnen werden seit 2003 mit offenporigen Asphalten versehen. Dänemark, Österreich, die Schweiz, und andere europäische Länder, vor allem die Niederlande, setzen offenporigen Asphalt seit Jahren in großem Umfang ein. In Österreich gibt es bereits 240 km Autobahn mit herkömmlichem OPA, der jedoch nicht weiter ausgebaut wird, da es vermehrt Schädigungen durch Spikes und Schneeketten gab.
In den Medien wurde oft berichtet, dass offenporiger Asphalt, speziell der sogenannte Flüsterasphalt, eine geringere Griffigkeit habe und damit ein Problem für die Verkehrssicherheit darstelle. Bei intaktem OPA sind diese Behauptungen falsch. Mischgutarten mit kleineren Gesteinskörnungen haben zwar tendenziell bessere Griffigkeiten, eine ausreichende Griffigkeit kann aber auch mit gröberer Gesteinskörnung erreicht werden. Da jedoch das Einzelkorn bei gröberen Mischgutarten erhöhter Polierbeanspruchung und damit Verschleiß ausgesetzt ist, nimmt die Griffigkeit von OPA schneller als bei herkömmlichem Asphalt ab. Um diesen Verschleiß zu verlangsamen müssen höhere Anforderungen an die Qualität des Mischgutes gestellt werden, wobei man jedoch nicht an die Haltbarkeit von herkömmlichem Asphalt guter Qualität heran kommt. Gealterter und verschlissener OPA kann daher eine für die Verkehrssicherheit zu geringe Griffigkeit aufweisen. In diesem Zusammenhang wurden z.B. nach Unfallhäufungen auf der A8 bei Karlsbad die Beschaffenheit und Qualität des Belages vom Ministerium für Umwelt und Verkehr BW im Jahr 2004 überprüft, da vermutet wurde, dass die auffällig schnelle Abnahme der Griffigkeit an fehlerhaftem oder minderwertigem Mischgut liegen könnte.
Durch die höheren Anforderungen an OPA der neuen Generation sind die Herstellungskosten etwa dreimal so hoch wie bei herkömmlichem Asphalt bei gleichzeitig geringerer Haltbarkeit. Deshalb ist ein flächendeckender Einsatz bisher nicht geplant.
Niedrigtemperaturasphalt
Vor allem um Energie bei der Herstellung von Asphaltmischgut zu sparen und damit den Ausstoß an Kohlendioxid (CO2) zu reduzieren, aber auch unter dem Aspekt des Gesundheits- und Arbeitsschutzes werden seit einiger Zeit Niedrigtemperaturasphalte (kurz NTA) erprobt. Der normalen Asphaltrezeptur werden Zusätze in Form von Wachsen oder Zeolithen zugegeben (Additive), die es ermöglichen, den Asphalt bei niedrigeren Temperaturen zu mischen und einzubauen, ohne dass dabei seine Verarbeitungseigenschaften und seine Gebrauchseigenschaften beeinträchtigt werden. Die NTA wurden in Deutschland entwickelt und mittlerweile auch in den USA, Frankreich und zahlreichen anderen Ländern erfolgreich eingesetzt. Eine um 10 °C abgesenkte Herstellungstemperatur spart bis zu 10 % Energie. Außerdem entweichen dem Asphalt exponentiell mit ansteigender Temperatur mehr Dämpfe und Aerosole aus dem Bitumen. Eine Gesundheitsgefährdung durch diese Dämpfe und Aerosole konnte bisher nicht nachgewiesen werden, jedoch kann sie eine Geruchsbelästigung darstellen. Durch den Einsatz von NTA werden die Arbeitsbedingungen auf den Baustellen deutlich verbessert. Seit dem Mai 2006 regelt das „Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt – M TA“ der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) den Einsatz und die Ausführung von temperaturabgesenkten Asphalten.
Flüssigkeitsundurchlässiger Asphalt
Es kann die Notwendigkeit bestehen, Asphaltbefestigungen so auszubilden, dass ein Eindringen von wassergefährdenden Stoffen (wie etwa Kraftstoffe oder andere Gefahrstoffe) in den Untergrund nicht möglich ist. Diese Art von Asphaltbefestigung kann beispielsweise bei Abfüllanlagen oder Tankstellen eingebaut werden. Es werden in diesem Fall spezielle Anforderungen an die Bindemittel, Gesteinkörnung und die Ausbildung von Fugen gestellt. Die Bezeichnung „flüssigkeitsundurchlässig” kann nur verwendet werden, wenn die ausgetretenen Stoffe vom Zeitpunkt des Erkennens bis zum Zeitpunkt der Beseitigung höchstens zu zwei Dritteln der Dicke der Asphaltschicht eingedrungen sind.[19]
Gestalten mit Asphalt
Gestalten mit Farben
Durch die Verwendung von farbigen Gesteinskörnungen, Farbpigmenten und/oder einfärbbaren Bindemitteln sowie den Einsatz von Asphaltfarbe oder eines Asphaltvorsatzes kann die Asphaltoberfläche den jeweiligen Anforderungen an die farbige Gestaltung angepasst werden. Weitere Möglichkeiten, optische Effekte zu erzeugen, sind auftragende oder abtragende Verfahren.
Farbasphalte
Farbasphalte lassen sich als Asphaltbeton, Splittmastixasphalt und Gussasphalt bevorzugt in den Körnungen 0-5 mm, 0-8 mm und 0-11 mm herstellen. Beim Einsatz von farblosen Bindemittel ist unbedingt vor dem Einbau die Eignung für die vorgesehenen Verkehrslasten zu prüfen. Farblose Bindemittel sind hier nicht immer geeignet. Spezielle hochstandfeste Farbasphalte sind bis Bauklasse II einsetzbar. Da die Kornverteilung für die Weitergabe der Verkehrslasten von entscheidender Bedeutung ist, werden bei Verkehrslasten ab Bauklasse IV die Walzasphalte optisch sehr grobkörnig und oft unattraktiv. Farbige Gussasphalte, auch als 0-11 S Asphalt gemischt, sind in der Oberfläche geschlossener, da die Hohlräume ausgefüllt sind. Die Textur der Asphaltdeckschicht lässt sich über die Größe der Gesteinskörnungen variieren.
Farbiger Asphaltvorsatz
Das A.R.T.-Stone-Verfahren ist ein Asphaltvorsatz, der auf vorhandenen Asphalt aufgetragen wird. Ein auf den Asphalt abgestimmtes Bindemittel wird auf den Asphalt aufgetragen und mit farbigem Splitt bestreut. Dies kann mit oder ohne ein Muster entstehen. Das Ergebnis nach der Aushärtung ist eine dekorative farbliche Oberfläche, die verkehrsbeständig bis zu Belastungen entsprechend der Bauklasse IV ist.
Asphaltfarben
Asphaltfarben werden in einer Nassfilmdicke von 0,3 mm - 0,6 mm in zwei bis vier Lagen auf gereinigte, öl- und fettfreie Asphalte aufgetragen und haben eine hervorragende Haftung und Elastizität. Im Vergleich zu Markierungsfarbe dauert der Trocknungsvorgang deutlich länger, bei normaler Witterung jedoch weniger als eine Stunde. Um eine ausreichende Deckung und Haltbarkeit zu erhalten werden Nassfilmdicken von 0,6 mm bevorzugt. Im Unterschied zu Asphaltfarben haben Markierungsfarben oft nicht die gewünschte Balance für den Flächenauftrag, da bei der Produktion mehr Wert auf die schnelle Abtrocknungszeit und Abriebfestigkeit als auf die Elastizität gelegt wurde, was bei flächigem Auftrag zu Rissbildungen und Abplatzungen führen kann. Die Farbvielfalt ist nahezu grenzenlos und es lassen sich mehrfarbige Flächen auch mit Verläufen herstellen.
Gestalten mit Fugen
Seit dem Altertum gibt die Anordnung von Fugen dem Benutzer Informationen und den Flächen ein Gesamtbild. Fugen waren aus Gründen des Gewichtes von Steinen und Platten, oder aus konstruktiven Gründen (Herstellung, Bruchfestigkeit, Dehnungsfuge), unverzichtbar. Im Gegensatz zu Steinen und Beton kann Asphalt fugenlos gebaut werden, insbesondere wenn auch die Arbeitsfugen (z.B. mit dem C.A.R.-Verfahren) im Asphalt temperaturgesteuert verschweißt werden. Fugen sind die Schwachstellen im Pflasterbau. Durch sie kann Wasser eindringen, die Steine oder Platten können sich verschieben und Kehrsaugmaschinen entfernen die notwendigen Fugenverfüllungen. Fugen bei den Asphaltprägeverfahren sind keine Schwachstellen, da es sich hier um Scheinfugen handelt, die keinerlei Wasser eindringen lassen. Die Asphaltprägeverfahren verbinden nicht nur die gestalterische Vielfalt der Fugen mit dem Baustoff Asphalt, sondern es ist erstmals möglich auch große Flächen „glatt“ zu lassen und dann nach dem Geschmack des Gestalters Scheinfugen zu prägen.
Asphaltprägeverfahren StreetPrint
Zusätzlich kann die Oberfläche durch verschiedene patentierte Verfahren strukturiert werden. Mit dem StreetPrint-Verfahren werden Stahlschablonen mit einer Rüttelplatte in den noch warmen, oder computergesteuert erwärmten, Asphalt geprägt. Mit diesem Verfahren kann nicht nur jedes Pflaster- Naturstein oder Plattenmuster ohne die Schwachstelle einer „offenen Fuge“ imitiert werden, es können auch völlig neue Muster hergestellt werden, da die entstehenden Scheinfugen ausschließlich der Gestaltung und nicht der Konstruktion (Dehnungsfuge; gewichtsbedingte Fuge) dienen.
Asphaltprägeverfahren StreetPrint-Duratherm
Mit dem Duratherm-Verfahren wird der Asphalt mit Hilfe von speziellen Heizgeräten aufgeheizt. Die temperaturgesteuerte Erhitzung spielt hierbei eine wichtige Rolle. Es ist wichtig, dass der Asphalt nicht nur oberflächig erhitzt wird, sondern die Wärme tief in den Asphalt eindringt. Nur so ist gewährleistet, dass beim Einprägen einer Plastikschablone das Korn nicht beschädigt wird. Bei zu großer Hitze würde das Bitumen verbrennen. Diesen Mittelweg zwischen tiefgehender Erhitzung ohne Verbrennung der Oberfläche erfüllen nur qualitativ hochwertige Heizgeräte. Nach der Erhitzung wird eine Plastikschablone mit breiten Stegen mittels einer Rüttelplatte in den Asphalt geprägt. In die entstandenen Fugen wird ein thermoplastisches Inlay mit gleichen Dimensionen eingelegt. In einem zweiten Heizgang wird dieses Thermoplast mit dem Asphalt verschweißt. Wichtig ist, dass bei diesem Verfahren das thermoplastische Material ungefähr 1mm tiefer als die Asphaltoberfläche liegt. Die Hauptlast des Verkehrs liegt also auf dem Asphalt, nicht auf dem Thermoplast. Diese Art der Gestaltung hält daher hohen Verkehrsbelastungen bis Bauklasse II stand.
Recycling von Ausbauasphalt
Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei Asphalt um einen thermoplastischen Baustoff handelt, kann dieser zum Teil auch mehrfach wiederverwendet werden. Hierzu ist der Asphalt beispielsweise durch Abfräsen (Fräsasphalt) oder Aufbrechen (Aufbruchasphalt) auszubauen und - ggf. nach Aufbereitung durch Brechen - erneut dem Herstellungsprozess beizugeben. Voraussetzung dafür ist, dass der Ausbauasphalt frei von Fremdstoffen und gesundheitsschädlichen Substanzen (beispielsweise Teer) ist. Rechtliche Grundlage für die Wiederverwendung von Asphalt bildet in Deutschland das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz. In der Schweiz und Österreich gelten die entsprechenden Merkblätter zum Umgang mit Ausbauasphalt.
Neben der Wiederverwertung im Mischwerk (so genanntes Recycle in Plant) kann der Asphaltbelag auch an Ort und Stelle erneuert werden (Recycle in Place). Bei dieser Methode kommen verschiedene Heißrecycling-Verfahren zur Anwendung, bei denen die Asphaltschicht erwärmt und anschließend aufgelockert wird. Im nächsten Arbeitsgang können gegebenenfalls Zusatzstoffe beigeben und das Mischgut wieder eingebaut und verdichtet werden.
Siehe auch
Normen und Standards
Europa:
Deutschland (FGSV-Verlag):
Österreich:
Schweiz:
Literatur
Weblinks
Einzelnachweise
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