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TechnikMatrix für den perfekten Straßenbelag

Recy­celter Asphalt nach Maß

Lesezeit ca.: 4 Minuten
Rüdiger Vossberg

Rüdiger Voßberg

freier Journalist

Den einen perfekten Asphalt für alle Straßentypen gibt es nicht. Wissenschaftler der Eidgenös­si­schen Material­prü­fungs- und Forschungs­an­stalt (Empa) in Dübendorf bei Zürich versuchen nun ein Bemessungs­ver­fahren für das optimale Asphaltge­misch je nach Straßentyp zu entwickeln. Und soll ausschlie­ß­lich recyceltes Material verwendet werden.

20. Dezember 2018

Ein Fahrbahn­belag für verkehrs­reiche Autobahnen verlangt andere Eigenschaften als einer für selten befahrene Serpentinen in den Bergen. Ein Asphalt mit recyceltem Granulat aus Ausbauasphalt, so genannter Fräsasphalt, stellt zusätzlich Anforderungen an seinen Wiederver­wen­dungs­pro­zess. „Um den gesamten wiederauf­be­rei­teten Asphalt der Schweiz zu verwenden, müsste dieser zur Hälfte den neuen Oberflächen­schichten beigemischt werden und auch noch 70 Prozent der darunter liegenden Schichten ausfüllen“, berichtet der Asphaltfor­scher der Empa, Martins Zaumanis. Gegenwärtig seien diese hohen Anteile an Ausbauasphalt in der Schweiz aber noch nicht zulässig.

Die Depos sind voll

Auch im deutschen Straßenbau wird weniger Ausbauasphalt wiederver­wendet als anfällt: In eine jährliche Asphaltmisch­gut­pro­duk­tion von knapp 40 Millionen Tonnen ist rund ein Viertel dieser Menge in Form von Asphaltgra­nulat eingegangen. Auch hierzulande beschränken Regelungen der einzelnen Bundesländer, die stoffliche Beschaffen­heit des Ausbauasphalts und die eingesetzte Maschinen­technik die Wiederver­wen­dungs­mög­lich­keiten. „Die Depots der Asphalther­steller sind bereits randvoll mit Ausbauasphalt“, erklärt Andreas Stahl, Referent Asphaltbau­weise und -technologie vom Deutschen Asphaltver­band e.V.

Auch um diese Berge abzutragen, läuft an der schweize­ri­schen Empa derzeit ein Projekt zur Herstellung von Asphalt aus 100 Prozent recyceltem Material in Zusammen­ar­beit mit Industrie­part­nern. Das Projekt untersucht unter anderem Möglichkeiten, das im Ausbauasphalt vorhandene gealterte Bitumen langfristig zu verjüngen und die Umweltaus­wir­kungen von recyceltem Asphalt zu bewerten.

Bausteine des idealen Asphalts

Asphalt besteht abgesehen von Hohlräumen aus zwei Basiskom­po­nenten: Gestein in unterschied­li­chen Korngrößen und dem Bindemittel Bitumen, eine schwarze klebrige Masse, die aus Erdöl gewonnen wird. Dabei übernimmt der Gesteins­an­teil die Stützfunk­tion im Asphalt; das Bindemittel sorgt unter anderem dafür, dass die Masse zusammen­hält und zähflüssige Eigenschaften besitzt. Verschie­dene Typen von Bitumen, Form und Größe des verwendeten Gesteins, das Verhältnis zwischen den beiden Basiskom­po­nenten, der Anteil an Poren und Zusatzstoffen, aber auch modernen Technolo­gien, wie Verfahren mit tiefen Temperaturen, oder dem Einsatz von recyceltem Asphalt beeinflussen die Eigenschaften des fertigen Materials.

„Gegenwärtig werden die meisten Asphaltmi­schungen unter Verwendung von volumetri­schen Spezifika­tionen, also Korngrößen­ver­tei­lung, Luftporen, Bindemit­tel­ge­halt usw. entworfen“, erklärt Zaumanis. Wenn herkömmliche Materialien verwendet werden, reiche diese Auswahl auch aus, aber wenn andere Stoffe wie recycelter Asphalt hinzukommen, sei das rein volumetri­sche Bemessungs­ver­fahren für Asphaltmischgut nicht mehr verlässlich.

Leistungs­fä­higer Asphalt

Deshalb hat der aus Lettland stammende Asphaltfor­scher das so genannte Performance-basierte Design gewählt, mit dem er seine Parameter­ma­trix für den Prozess zum idealen Asphalt kreierte. Dafür hatte Zaumanis zunächst Ergebnisse aus über 200 internatio­nalen Quellen der Asphaltfor­schung und -produktion der vergangenen 50 bis 60 Jahren zusammen­ge­tragen und analysiert. Seine Matrix beinhaltet nun sechs wichtige Eigenschaften des gewünschten Straßenbe­lages: die Widerstands­fä­hig­keit gegen Spurrinnen und Feuchtig­keit, gegen thermisch und durch Lasten bedingte Risse, Steifigkeit sowie die Verarbeit­bar­keit der Materialien.

Dem gegenüber stehen 17 Parameter für den Fertigungs­pro­zess sowie die eingesetzten Materialien. Ein Beispiel: Ein hartes Bindemittel erhöht zwar den Widerstand des Belages gegen eine Spurbildung, besitzt dann jedoch schlechtere Verarbei­tungs­ei­gen­schaften. Positiver Effekt ist wiederum, dass sich die Gesamtstei­fig­keit des Produktes verbessert. „Diese Matrix kann natürlich nicht alle Fragen umfassend beantwor­ten“, konstatiert Zaumanis. Sie gebe aber wichtige Hinweise für die Suche nach dem Rezept des idealen Asphalts in seinem speziellen Einsatzge­biet.

Matrix im Praxistest

Mit Hilfe der Zaumanis-Matrix wird nun eigenes Mischgut aus 100 Prozent recyceltem Asphalt zusammen­ge­stellt und getestet. Besonders unter der wissenschaft­li­chen Lupe sind dabei die Spurbildung und Rissfestig­keit. „Denn wenn man versucht, die eine Eigenschaft zu verbessern, verschlech­tert sich normaler­weise die andere“, erklärt Zaumanis. Diese gegensätz­li­chen Veränderungen versuchen die Wissenschaftler mit der neuen Methode auszubalan­cieren.

Der Empa-Verkehrs­last­si­mu­lator für neue Asphaltmi­schungen simuliert eine Belastungs­fre­quenz von 7.200 Lastanwen­dungen pro Stunde - keine Autobahn aber eine Straße mit mittlerer Verkehrs­in­ten­sität im Maßstab 1:3. Jeder Reifen hat einen Durchmesser von 30 Zentimeter und eine Breite von 11 Zentimeter und belastet den Belag durch ein Federsystem über eine Weglänge von 1,2 Metern. Bei den Tests wird der Verkehrs­last­si­mu­lator mit seiner maximalen Radlast von 214 Kilogramm und einer Geschwin­dig­keit von neun Stundenki­lo­me­tern betrieben. Eine echte Belastungs­probe.

„Erste Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass unser so optimierter Asphalt sich besser verhält als der normale Asphalt für diese Zwecke“, erklärt Zaumanis. Das soll sich auch bald in der Praxis unter realen Belastungs­ver­hält­nissen auf einer herkömmli­chen Straße beweisen. Damit die Asphaltberge schrumpfen.