Nach einer Studie des Umweltbundesamtes fühlt sich über die Hälfte der Deutschen durch Straßenverkehr gestört oder belästigt. Da das Reifen-Fahrbahn-Geräusch von Pkw ab Geschwindigkeiten von ca. 30 km/h die dominierende Geräuschquelle im Straßenverkehr ist, kann der Einsatz lärmmindernder Asphaltdeckschichten einen Beitrag zur Verringerung der Lärmbelastung leisten. Geringe Reifen-Fahrbahn-Geräusche werden vorwiegend durch eine günstige Textur der Oberfläche und/oder einen hohen Hohlraumgehalt der Deckschicht erreicht. Diese Eigenschaften werden durch Änderungen der Zusammensetzung des Asphaltmischgutes ermöglicht, was sich auch auf andere Eigenschaften der Deckschicht auswirkt, so dass bei der Auswahl der zur Anwendung kommenden lärmmindernden Deckschicht in jedem Fall der Verwendungszweck (zulässige Höchstgeschwindigkeit, Schwerverkehrsanteil usw.) berücksichtigt werden sollte. Für Außerortsstraßen und Innerortsstraßen mit Fahrabläufen, die Außerortsstraßen entsprechen, stehen eine Reihe von lärmmindernden Asphaltdeckschichten zur Verfügung. Asphaltdeckschichten aus offenporigem Asphalt (OPA), Asphaltdeckschichten aus Gussasphalt (MA), deren Oberfläche nach dem Verfahren B der ZTV Asphalt-StB bearbeitet wurde, (lärmarmer Gussasphalt) sowie nicht abgestreuten Asphaltdeckschichten aus Splittmastixasphalt (SMA) und Asphaltbeton (AC D) wurde für Strecken mit einer zulässigen Geschwindigkeit über 60 km/h bereits ein Korrekturwert für die Straßenoberfläche DStrO zugewiesen. Eine lärmmindernde Wirkung konnte darüber hinaus bei den in den letzten Jahren erprobten lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten aus SMA LA, bei Asphaltdeckschichten aus PMA und bei dünnen Asphaltdeckschichten in Heißbauweise auf Versiegelung (DSH-V) festgestellt werden. Ein Korrekturwert DStrO wurde diesen Deckschichten bisher aber noch nicht zugewiesen. Für Innerortsstraßen wurden noch keine Korrekturwerte für lärmmindernde Deckschichten festgelegt. Durch die Rahmenbedingungen und die Verkehrssituation empfiehlt es sich jedoch, Deckschichten einzusetzen, deren Textur wenig mechanische Anregung verursacht. Hierfür ist ein kleines Größtkorn hilfreich. Neben den in den ZTV AsphaltStB geregelten Bauweisen mit SMA und AC D bieten sich hierzu lärmtechnisch optimierte Asphaltdeckschichten aus AC 5 D LOA und SMA 5 LA oder dünne Asphaltdeckschichten in Heißbauweise auf Versiegelung aus DSH-V 5 an. Das Hauptproblem lärmarmer Beläge ist ihr akustisches Langzeitverhalten: Messungen zeigen, dass sich nicht nur die akustischen Eigenschaften von OPA während der Liegedauer verändern. Zur Festlegung von Korrekturwerten ist daher ein ausreichender Erfahrungshintergrund erforderlich.

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

1 Einleitung

„Ein aufheulendes Auto ist schöner als die Nike von Samothrake“ feierte Tommaso Marinetti 1909 im Manifest des Futurismus die neue Schönheit der Geschwindigkeit und bejubelte Rennwagen mit explosivem Atem, stampfende Lokomotiven und Flugzeuge. Treffender konnte man das aufziehende Jahrhundert der Mobilität kaum bejubeln. Wer hätte vor hundert Jahren schon geglaubt, dass heute mehr als eine Milliarde Autos über den Planeten rasen? Autos haben heute einen Anteil von rund 83 Prozent am motorisierten Verkehr. Pro 1000 Einwohner gibt es in Deutschland mittlerweile 631 Pkw – Tendenz steigend. (Becker 2014)

Als die Automobilisierung begann, konnten sich nur wenige die Privilegien einer neuen Zeit leisten. Auch wenn die ersten Autos, Schnellzüge und Flugzeuge allenthalben für Aufregung sorgten, wurde ihr Lärm meist als Pulsschlag einer besseren Zukunft willkommen geheißen. Doch je mehr Menschen die Freiheit der motorisierten Bewegung auskosten wollen, desto mehr entwickelt sich der zunehmende Krach zum Fluch des Fortschritts.

Umwelt- und Gesundheitsexperten gehen davon aus, dass ca. 25 % der Krankheitslast der Bevölkerung in Europa auf Umwelteinflüsse zurückzuführen sind. Nach der Luftverschmutzung stellt Verkehrslärm das zweitgrößte Gesundheitsrisiko dar – mit schwerwiegenden Folgen wie Herzinfarkten und anderen Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Schlafstörungen und Stress. Epidemiologische Untersuchungen zeigen, dass Straßenverkehrslärm ein Risikofaktor für Herzinfarkt ist. Eine Studie des Umweltbundesamtes bestätigt diesen Zusammenhang: Danach steigt das Risiko, einen Herzinfarkt zu erleiden bei Männern um 30 %, wenn sie längere Zeit in Gebieten mit Mittelungspegeln über 65 dB(A) am Tage wohnen. Daher sehen die Experten Mittelungspegel von 65 dB(A) am Tage bzw. 55 dB(A) nachts als gesundheitsgefährdend an. Mittel- bis langfristig sieht das Umweltbundesamt die Einhaltung von 55 dB(A) tags und 45 dB(A) nachts als notwendig an.

Über die Hälfte der Deutschen fühlt sich durch Straßenverkehr gestört oder belästigt. Die auf Grund der EU-Umgebungslärmrichtlinie im Jahr 2012 durchgeführte Lärmkartierung zeigt, dass 2,8 Mio. Menschen in Deutschland ganztags Pegeln von mehr als 65 dB(A) ausgesetzt sind. Nachts leiden 2,6 Mio. Menschen unter Pegeln von 55 dB(A). Dabei erfasst die Kartierung auf Grund ihrer Fokussierung auf die großen Städte und stark befahrene Straßen bei Weitem nicht alle Belastungen durch den Straßenverkehrslärm. (Peschel, Reichart 2014)

2 Akustische Wirkung von Fahrbahnoberflächen

Geräuschemissionen aus dem Straßenverkehr setzen sich bekanntermaßen im Wesentlichen aus zwei Geräuschquellen zusammen: Dem Antriebs- und dem Reifen-Fahrbahn-Geräusch. Windgeräusche spielen für das Vorbeifahrtgeräusch erst bei sehr hohen Geschwindigkeiten eine Rolle, so dass sie im Allgemeinen vernachlässigt werden können. Je nach Gangwahl und Fahrbahnoberfläche kann bei Pkw mit konstanter Geschwindigkeit das Reifen-Fahrbahn-Geräusch bereits ab ca. 30 km/h dominieren, bei Lkw ab ca. 60 km/h. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist anzunehmen, dass die Reifen-FahrbahnGeräusche noch mehr in den Vordergrund rücken werden.

Die Reifen-Fahrbahn-Geräusche sind von verschiedenen reifen- und fahrbahnseitigen Parametern abhängig, die die Physik im Reifen-Fahrbahn-Kontakt bestimmt. Fahrbahnseitig sind die Makro- und Mikrotextur der Oberfläche, der texturindizierte Strömungswiderstand, deren mechanische Impedanz und der Absorptionsgrad die wichtigsten Parameter.

Das Texturspektrum gibt die Rauigkeit (Mikro-, Makro und Megarauigkeit) eines Fahrbahnbelages längs zur Fahrtrichtung in Amplituden (Rauigkeitstiefe) über Wellenlängen an (Bild 1). Das Texturspektrum hat Einfluss auf die Griffigkeit, den Rollwiderstand und das Geräusch. Für eine geringe Geräuschentstehung sind geringe Amplituden im Bereich von Wellenlängen oberhalb von 10 mm bei Pkw bzw. 16 mm bei Lkw optimal, während das Maximum des Texturspektrums im Wellenlängenbereich von 1 bis 8 mm für Pkw bzw. 0,8 bis 12 mm für Lkw liegen sollte. Megatexturen (wie beispielsweise Schlaglöcher oder regelmäßige Querfugen) sowie Unebenheiten sollten vermieden werden. Nach Untersuchungen von Müller-BBM ist eine Rauigkeitstiefe von 60 bis 200 Mikrometer im Maximum der Texturwellenlänge bei Wellenlängen von 4 bis 8 mm optimal für geringe Geräuschentstehung. Diese Wellenlängen werden mit Größtkorndurchmessern von 2 bis 5 mm erreicht. Zudem trägt eine erhöhte Nachgiebigkeit der Fahrbahnoberfläche zur Minderung des Vorbeirollpegels bei (Beckenbauer 2008).

Bild 1: Bereiche der Textur, ausgedrückt als Texturwellenlänge und Wellenzahl, und ihre zu erwartenden Auswirkungen. Dabei bedeutet ein heller Hintergrund eine günstige Auswirkung der Textur in diesem Bereich, während ein dunkler Hintergrund eine unerwünschte Auswirkung anzeigt (FGSV 2013)

Die Textur hat einen starken Einfluss auf die Schwingungsanregung des Reifens, die wiederum zur Abstrahlung von Schall nach außen und innen führt. Sie wird neben der Korngrößenverteilung des Asphaltmischgutes auch vom Hohlraumgehalt der Fahrbahndecke, der zudem auch Einfluss auf die Ausbreitung von Schall (Schallabsorption bei offenporigen Asphalten) hat, beeinflusst.

Als vorteilhaft im Sinne des Lärmschutzes haben sich konkave Texturen, die auch als „Plateaus mit Schluchten“ beschrieben werden, herausgestellt (Bild 2). Solche optimierten Fahrbahntexturen reduzieren die Reifenschwingungen und minimieren den Airpumping-Effekt. Diese Geräuschentstehungsmechanismen sind geschwindigkeitsabhängig. Exakte Zuordnungen der einzelnen Mechanismen zu einer entsprechenden Geschwindigkeit sind nach derzeitigem Kenntnisstand noch nicht möglich. Tendenziell scheinen aber die Reifen bei niedrigen Geschwindigkeiten durch die Kanten der Plateaus zu vermehrten Schwingungen angeregt zu werden, wodurch die Entstehung von Abrollgeräuschen verstärkt wird. Bei niedrigen Geschwindigkeiten dürften daher dichtere Deckschichten die bessere Wahl sein.

Bild 2: Optimierte Fahrbahntextur „Plateau mit Schluchten“ (FGSV 2013)

3 Lärmmindernde Fahrbahnbeläge

Nach den „Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen“ (RLS-90) werden Fahrbahnoberflächen mit einem negativen Korrekturwert DStrO für unterschiedliche Straßenoberflächen als lärmmindernd eingestuft. Als lärmarm werden Straßenoberflächen bezeichnet, die eine Lärmminderung von mindestens 2 dB(A) aufweisen. Fast alle nach den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt“ (ZTV Asphalt-StB 07/13), Ausgabe 2007/Fassung 2013 hergestellten Asphaltdeckschichten sind daher als lärmarm einzustufen. Darüber hinaus wurden in den letzten Jahren weitere Asphaltdeckschichten erprobt, die voraussichtlich ebenfalls als lärmarm eingestuft werden können.

3.1 Asphaltdeckschichten aus Gussasphalt (MA)

3.1.1 Nicht geriffelter Gussasphalt

Nicht geriffelter (gewalzter) Gussasphalt ist der Referenzbelag nach den RLS-90. Deckschichten aus nicht geriffeltem Gussasphalt wird daher ein Korrekturwert DStrO von 0 dB(A) zugewiesen. Asphaltdeckschichten aus Gussasphalt sind selbst auf hochbelasteten Straßen über lange Zeiträume sehr verformungsbeständig und haltbar. Sie haben auf Grund der Dichtigkeit der fertigen Schicht gegenüber Walzasphalten zudem den Vorteil, dass kein Wasser in die darunterliegenden hohlraumreicheren Binderschichten eindringen kann. Durch diese Dichtigkeit kann eine Lärmminderung allerdings nur über eine günstige Gestaltung der Oberfläche erreicht werden.

3.1.2 Asphaltdeckschicht aus Lärmarmen Gussasphalt

Bei lärmarmem Gussasphalt muss dazu nach dem in den ZTV Asphalt-StB 07/13, Abschnitt 3.9.5 beschriebenen Verfahren B auf die noch heiße Oberfläche frisch produziertes, heißes und leicht mit Bitumen umhülltes Abstreumaterial der Lieferkörnung 2/3 oder 2/4 aufgebracht werden. Um die dadurch entstandene Textur nicht negativ zu beeinflussen, dürfen Asphaltdeckschichten aus lärmarmem Gussasphalt nicht gewalzt werden. Da dadurch eventuell entstehende Dampfblasen oder Kanülen nicht geschlossen werden können, ist eine trockene Unterlage für den Gussasphalt zwingend erforderlich.

Lärmarme Gussasphalte verbinden lange Liegezeiten mit einer Pegelreduktion, die zwar geringer ausfällt als bei offenporigen Asphalten, sich jedoch nach derzeitigem Wissen mit zunehmender Nutzungsdauer kaum verändert. Bei einigen speziellen Einbauverfahren wurden sogar im Laufe der Zeit weiter sinkende Pegel gemessen. Das Lärmminderungspotenzial beträgt 2 bis 3 dB(A). Lärmarmer Gussasphalt wurde mit Allgemeinem Rundschreiben (ARS) Nr. 22/2010 des damaligen Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) mit einem Korrekturwert DStrO = -2 dB(A) in die Tabelle 4 der RLS-90 aufgenommen. Da lärmarmer Gussasphalt sich lediglich durch die Bearbeitung der Oberfläche vom „normalen“ Gussasphalt unterscheidet, eignet er sich wie dieser gut für den Einsatz auf großen Flächen und bei hohem Schwerverkehrsanteil, z. B. auf Autobahnen.

3.1.3 Asphaltdeckschichten aus PMA

Eine neue Bauweise sind Asphaltdeckschichten aus PMA, die seit 2008 erprobt werden. Der aus dem Englischen abgeleitete anfängliche Arbeitstitel PMA (Porous Mastic Asphalt) wird, obwohl fachlich nicht ganz korrekt, als inzwischen eingeführter Begriff weiterhin verwendet.

Ausgehend von der traditionellen Herstellung von Gussasphalt wurde ein Konzept entwickelt und verfeinert, dass ein Mischgut mit höherem Anteil an grober Gesteinskörnung vorsieht. Die gewünschte offene Textur („Plateau mit Schluchten“) der Asphaltdeckschicht aus PMA bildet sich aus, wenn sich der Mörtel in den unteren Bereich der Schicht abgesetzt hat; dieser untere Bereich ist hohlraumarm bzw. hohlraumfrei (Bild 3). Asphaltdeckschichten aus PMA werden daher nicht abgestumpft.

Bild 3: Systemskizze MA 5 PMA

Asphaltdeckschichten aus PMA sind wasserundurchlässig; eine Abdichtung zum Schutz von Binder- und Tragschicht vor Nässe ist daher nicht notwendig. Wie Gussasphalt nivelliert sich das Mischgut selbst, so dass an die Ebenheit der Unterlage keine erhöhten Anforderungen zu stellen sind.

PMA verdichtet selbst; allerdings werden einige wenige Walzenübergänge benötigt, um Ungleichmäßigkeiten auszugleichen und die Gesteinskörner an der Oberfläche für die gewünschte Textur auszurichten.

Die akustische Wirkung von Asphaltdeckschichten aus PMA ergibt sich aus einer günstigen Oberflächentextur. Gegenüber dem Referenzbelag der RLS-90 kann eine Lärmminderung von 4 dB(A) bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h erwartet werden. Langzeiterfahrungen liegen auf Grund der kurzen Liegedauer nicht vor.

PMA entspricht derzeit nicht der DIN EN 13108-6 und kann daher nicht mit einer CE-Kennzeichnung versehen werden.

3.2 Asphaltdeckschichten aus Splittmastixasphalt (SMA)

3.2.1 Asphaltdeckschichten aus SMA

Asphaltdeckschichten aus SMA zeichnen sich durch eine hohe Verformungsbeständigkeit aus. Der gegenüber Gussasphalt relativ einfache und kostengünstige Einbau führte dazu, dass SMA das am häufigsten verwendete Asphaltmischgut für Deckschichten im deutschen Fernstraßennetz ist. Es ist für Verkehrsflächen aller Art geeignet, wird aber bevorzugt für hochbeanspruchte Straßen verwendet.

In der ursprünglich angewendeten Form mit Absplittung sind Asphaltdeckschichten aus SMA neben nicht geriffeltem Gussasphalt eine nach RLS-90 mit DStrO = 0 dB(A) belegte Bauweise. In der in den ZTV Asphalt-StB 07/13, Abschnitt 3.8 beschriebenen Form wird Asphaltdeckschichten aus SMA 8 und SMA 11 nach den RLS-90 jedoch ein DStrO-Wert von -2 dB(A) zugewiesen. Die geräuschmindernde Wirkung wird hierbei über die gegenüber abgesplittetem SMA günstigere Textur erreicht. Zur Erhöhung der Anfangsgriffigkeit müssen Asphaltdeckschichten aus SMA abgestumpft werden. Hierzu wird Abstreumaterial der Lieferkörnung 1/3 aufgebracht. Dies wirkt sich akustisch nicht negativ aus.

Generell ist ein kleines Größtkorn günstig für die Geräuschreduzierung insbesondere bei PkwReifen. Jedoch sind kleine Größtkorndurchmesser eher ungünstig für die Tragfähigkeit und Haltbarkeit der Straßendecke bei hohen Beanspruchungen.

Asphaltdeckschichten aus SMA 5 sind im Allgemeinen nicht für hohe Beanspruchungen geeignet. Dementsprechend führen die ZTV Asphalt-StB 07/13 nur SMA 5 N (für normale Beanspruchungen) auf, nicht jedoch SMA 5 S. Das Asphaltmischgut ist jedoch in den „Technischen Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen“, Ausgabe 2007/Fassung 2013 (TL Asphalt-StB 07/13) enthalten und wird vereinzelt innerorts, im nachgelagerten Straßennetz und sogar auf Autobahnen erprobt.

3.2.2 Asphaltdeckschichten aus SMA LA

Asphaltdeckschichten aus Splittmastixasphalt Lärmarm (SMA LA) sind eine verhältnismäßig neue Bauweise. Im Jahr 2005 wurden erste Erprobungsstrecken mit einer Deckschicht aus SMA 8 LA hergestellt. SMA LA unterscheidet sich von SMA durch eine veränderte Sieblinie. Durch einen geringeren Anteil feiner Gesteinskörnung wird eine Deckschicht erreicht, die im Vergleich zu SMA einen höheren Hohlraumgehalt von 9,0 bis 14,0 Vol.-% und eine günstigere Makrotextur aufweist. Zusätzlich wird wie bei offenporigem Asphalt (PA) ein Bindemittel mit höherer Polymer-Modifizierung verwendet. Durch die vorgenommenen Veränderungen entspricht SMA LA derzeit nicht den Regelungen der DIN EN 13108-5, so dass streng genommen die Bezeichnung SMA falsch ist. Eher entspricht das Asphaltmischgut einem offenporigen Asphalt der ersten Generation. Für eine Klassifikation nach DIN EN 13108-7 ist der Hohlraumgehalt jedoch zu niedrig.

Erfahrungen mit SMA 8 LA liegen in mehreren Bundesländern vor, inzwischen liegen auch erste Erfahrungen mit SMA 5 LA vor. Messungen mit dem Verfahren „Statistical pass by“ (SPB) ergaben anfängliche Pegelminderungen von ca. 4 dB(A) im Vergleich zum Referenzbelag. Innerorts reduzieren Asphaltdeckschichten aus SMA LA den Lärm um 2 bis 3 dB(A) gegenüber dem Referenzbelag. Endgültige Aussagen zum akustischen Verhalten nach längerer Liegedauer sind noch nicht möglich, aufgrund der ersten Messungen ist jedoch zu erwarten, dass die Pegelminderung während der Lebensdauer abnimmt.

Wegen des höheren Hohlraumgehaltes ist zu erwarten, dass Asphaltdeckschichten aus SMA LA nicht die Lebensdauer von Asphaltdeckschichten aus SMA erreichen werden, die Lebensdauer von Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt (OPA) sollten sie aber deutlich übertreffen.

Durch den höheren Hohlraumanteil ist das Entwässerungsverhalten unklar. Daher sollte die Binderschicht wasserdicht sein. Zudem sollte SMA LA nicht auf Brückenbauwerken eingesetzt werden.

3.3 Asphaltdeckschichten aus Asphaltbeton (AC D)

3.3.1 Asphaltdeckschichten aus Asphaltbeton (AC D)

Asphaltbeton ist die am häufigsten verwendete Mischgutart im Asphaltstraßenbau. Dies allein zeigt, dass Asphaltdeckschichten aus Asphaltbeton eine übliche Bauweise mit langjährigen positiven Erfahrungen in den Belastungsklassen Bk0,3 bis Bk10 sind. Asphaltdeckschichten aus AC 5 D, AC 8 D und AC 11 D wird ein DStrO-Wert von -2 dB(A) zugewiesen, wenn sie entsprechend den ZTV Asphalt-StB 07/13, Abschnitt 3.7.5 nur abgestumpft werden. Die Abstumpfung sollte aus akustischen Gründen mit Lieferkörnung 1/3 erfolgen.

Asphaltdeckschichten aus Asphaltbeton zeigen eine dichte Oberfläche, die bei niedrigen Geschwindigkeiten den Reifen wenig zu Schwingungen anregt. Nach einer vom BMVBS veröffentlichten Untersuchung sind sie damit bei 50 km/h und 40 km/h 2 dB(A) leiser als Asphaltdeckschichten aus SMA, bei 30 km/h sogar 3 dB(A) (Gutbier, Schierz 2010). Bei höheren Geschwindigkeiten sind Asphaltdeckschichten aus Asphaltbeton auf Grund der dichten Oberfläche anfällig für Geräuschanteile aus dem Airpumping-Effekt. Von daher empfiehlt sich ein Einsatz bei zulässigen Höchstgeschwindigkeiten bis 70 km/h.

3.3.2 Asphaltdeckschichten aus AC D LOA

Im Gegensatz zu Asphaltdeckschichten aus SMA LA, die auf Grund des höheren Hohlraumgehaltes nur bedingt den klassischen Splittmastixasphaltdeckschichten zuzurechnen sind, werden Asphaltdeckschichten aus AC 5 D LOA mit 4,0 bis 9,0 Vol.-% Hohlraumgehalt deutlich dichter ausgeführt. Ziel der Entwicklung war es, mit einem geringen Hohlraumgehalt und einem modifizierten Bindemittel eine sehr hohe Stabilität und Widerstandsfähigkeit der Oberflächentextur zu erreichen (Radenberg, Sander 2007). Die lärmmindernde Wirkung dieser Bauweise beruht auf der optimierten Korngrößenverteilung und einem kleinen Größtkorn, das heißt die lärmmindernde Wirkung wird vorrangig durch die Reduzierung der Reifen-FahrbahnGeräusche von Pkw-Reifen erzielt.

In Düsseldorf wurden ab 2007 erste innerstädtische Versuchsstrecken realisiert. Eine Lärmminderung von im Mittel -3 dB(A) kann erreicht werden. Die Messwerte für unterschiedliche Strecken streuen allerdings stark, ohne dass die Ursachen dafür bisher bekannt sind.

3.4 Asphaltdeckschichten aus offenporigem Asphalt (PA)

OPA sind sehr hohlraumreiche Deckschichten und dadurch derzeit die Fahrbahndeckschichten, die Reifen-Fahrbahn-Geräusche am effektivsten mindern und gleichzeitig bautechnisch beherrschbar sind. Bei der Anwendung von OPA sind diverse Besonderheiten und Randbedingungen bei Planung, Bauausführung und Betrieb zu beachten, so dass man durchaus von einer High-Tech-Bauweise sprechen kann.

OPA werden ein- und zweischichtig hergestellt. Die einschichtige Bauweise wird seit über 20 Jahren eingesetzt und ist als erprobte Bauweise in den ZTV Asphalt-StB 07/13 geregelt.
Die nur vereinzelt eingesetzte zweischichtige Bauweise kam in Deutschland erstmals 2003 zur Anwendung. Da noch keine umfassenden Erkenntnisse mit der Bauweise vorliegen, ist der Stand der Technik in der im März erschienenen Ausgabe 2013 des „Merkblatt für Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt“ (M OPA) beschrieben.

OPA werden auf hochbelasteten Straßen verwendet und vorrangig in Bereichen eingesetzt, in denen herkömmliche Lärmschutzmaßnahmen nicht wirtschaftlich und/oder nicht mehr ausreichend sind.

Die lärmmindernde Wirkung von OPA ergibt sich aus zwei Effekten:

1. Aufgrund der Konzeption als Einkorngemisch ergibt sich eine akustisch günstige Textur.

2. Durch den hohen Hohlraumgehalt der Asphaltdeckschicht, der dazu führt, dass die Hohlräume in der Regel miteinander verbunden sind, werden die Emissionen der aerodynamischen Schallquellen minimiert und die Asphaltschicht wirkt als akustischer Absorber.In welchem Frequenzbereich eine nennenswerte Absorption stattfindet, hängt von der Schichtdicke ab: Je größer die Schichtdicke ist, desto tiefere Frequenzen werden absorbiert. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Absorptionseigenschaften auf die Emissionen aus dem zu erwartenden Verkehr (z. B. Abstimmung auf hohen Lkw-Anteil) abzustimmen – sofern die baulichen Randbedingungen dies zulassen.

Einschichtigen OPA aus PA 8 und zweischichtigen OPA mit einer akustisch wirksamen Schichtdicke von mindestens 4 cm wird ein Korrekturwert DStrO von -5 dB(A) bei Geschwindigkeiten von mehr als 60 km/h auf Außerortsstraßen für mindestens acht Jahre zugewiesen. Um die lärmmindernde Wirkung von -5 dB(A) über diesen Zeitraum gewährleisten zu können, ist wegen der Verschmutzungsanfälligkeit dieser Bauweise und der damit verbundenen Reduzierung der lärmmindernden Wirkung über den Nutzungszeitraum ein Vorhaltemaß erforderlich. Dadurch ergeben sich im Neuzustand Pegelminderungen von bis zu 10 dB(A).

Obwohl seit der ersten Generation von OPA die Klebekraft und Haltbarkeit der Bindemittel, die den Zusammenhalt des Korngerüstes gewährleisten, stark verbessert wurden, bleiben OPA vergleichsweise anfällig für Kornausbrüche. Auslöser können zu hohe Schub- und Scherkräfte (Anfahr- und Verzögerungsvorgänge, starke Lenkmanöver etc.), Unfälle und Defekte (z. B. Fahrt auf den Felgenhörnern nach Reifenverlust) sein. Kornausbrüche verschieben das Maximum der Texturwellenlänge zu längeren Wellenlängen, was eine Erhöhung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche mit sich bringt. Kornausbrüche führen außerdem dazu, dass die Fahrbahndecke vorzeitig erneuert werden muss. Reparaturen sind kompliziert, da der Wasserabfluss in der Deckschicht nicht gestört werden darf.

Nicht sinnvoll ist die Verwendung von OPA daher

– bei Geschwindigkeiten bis 50 km/h,

– bei häufig stehendem Verkehr („Stop and Go“),

– im Bereich von Kreuzungen und/oder Einmündungen, einschließlich der Rampen bei höhenungleichen Kreuzungen,

– bei hoher Belastung infolge abbiegendem Schwerverkehr (z. B. Ein- und Ausfahrten zu gewerblichen Anlagen, Abbiegestreifen mit Schwerverkehr),

– bei Versorgungsleitungen im Bereich der Fahrbahn,

– in kurvigen Streckenabschnitten oder Kreisverkehren,

– in Parkbuchten, Bushaltestellen,

– in Strecken mit starkem Bewuchs mit Laub abwerfenden Pflanzen nahe an der Straße (z. B. Alleen),

– bei Verschmutzungsgefahr (z. B. Landwirtschaftlichem Verkehr) (FGSV 2013).

Verschmutzte Hohlräume sind für die Schallwellen nicht mehr zugänglich und verlieren somit ihre Absorptionswirkung. Da verschiedene Reinigungsmethoden nur geringe Erfolge erzielen und die Zunahme des Reifen-Fahrbahn-Geräusches nur verlangsamen, aber nicht aufhalten konnten, wird seit einiger Zeit daran geforscht, die Oberflächen in den Hohlräumen so zu gestalten, dass sich Schmutz dort nicht anlagern kann.

Der größte Nachteil von OPA besteht in der geringen Dauerhaftigkeit. Die bautechnische Haltbarkeit beträgt je nach Verkehrsstärke und Schwerverkehrsanteil acht bis zwölf Jahre. Auch wenn der Korrekturwert DStrO bisher nur für acht Jahre festgeschrieben ist, kann bei einer entsprechenden Anfangsminderung die geforderte Lärmminderung von -5 dB(A) auch über die gesamte bautechnische Lebensdauer erreicht werden.

3.5 Dünne Asphaltdeckschichten in Kalt- bzw. Heißbauweise

Die Bauweisen mit Dünnen Asphaltdeckschichten werden primär im Rahmen der Erhaltung von Verkehrsflächen in allen Bauklassen eingesetzt. Dementsprechend sind sie in den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächenbefestigungen – Asphaltbauweisen“ (ZTV BEA-StB 09/13), Ausgabe 2009/Fassung 2013 geregelt. Aufgrund der geringen Schichtdicke finden feinkörnige – und damit im Allgemeinen lärmmindernde – Mischgüter Verwendung (z. B. SMA 5 N, SMA 5 S und Asphaltbeton AC 5 D L). Messungen der dünnen Asphaltdeckschichten in Sachsen-Anhalt und Bayern haben diese lärmmindernde Wirkung bestätigt.

3.5.1 Dünne Asphaltdeckschichten in Heißbauweise auf Versiegelung (DSH-V)

DSH-V sind eine Sonderform dünner Asphaltdeckschichten in Heißbauweise (DSH). Das Asphaltmischgut wird hier in einem Arbeitsgang durch einen Straßenfertiger mit einer integrierten Sprüheinrichtung auf einer mit Bitumenemulsion versiegelten Unterlage aufgebracht. Überwiegend wird Mischgut mit einem Größtkorn von 5 mm eingesetzt.

Durch die feinkörnige, konkave Textur wird eine Lärmminderung von -4 bis -5 dB(A) erzielt. Der Geräuschpegel nimmt allerdings mit der Liegezeit zu. Wie bei den anderen Deckschichten, deren Lärmminderungswirkung hauptsächlich auf der Textur beruht, ist DSH-V vorwiegend bei Pkw-Geräuschen wirksam. Vorteile dieser Bauweise sind neben der Lärmminderung die geringe Einbaustärke und die Versiegelung der Unterlage gegenüber Wassereintritt.

3.5.2 Dünne Asphaltdeckschichten in Kaltbauweise (DSK)

DSK bestehen aus einem Gesteinskörnungsgemisch mit abgestufter Korngrößenverteilung, polymermodifizierter kationischer Bitumenemulsion, Zusätzen und Wasser. Sie werden hauptsächlich zur Verbesserung der Griffigkeit und der Querebenheit eingesetzt. Da sie laut (Bartholomaeus 2009) bei zulässigen Höchstgeschwindigkeiten bis 50 km/h ein Lärmminderungspotenzial von 1 dB(A) gegenüber der Referenzoberfläche aufweisen, sind DSK innerorts als lärmmindernd anzusehen. Es gibt jedoch mit Sicherheit Bauweisen, die die Reifen-Fahrbahn-Geräusche effektiver vermindern.

4 Baugrundsätze

Um zuverlässig die lärmarme Wirkung der Asphaltdeckschichten zu erhalten, müssen alle Randbedingungen beachtet werden. Schon kleinste Abweichungen können das gewünschte Ergebnis gefährden.

Die Ebenheit der Fahrbahn spielt für die Lärmmindernde Wirkung eine große Rolle. Lärmmindernde Asphaltdeckschichten werden in der Regel mit nur geringer Schichtdicke ausgeführt. Dadurch können Unebenheiten der Unterlage nicht mehr ausgeglichen werden. Unebenheiten der Unterlage sollten daher in jedem Fall nicht mehr als 4 mm innerhalb einer 4 m langen Messstrecke betragen.

Die Ebenheit der Fahrbahn kann auch durch das Andocken der Transportfahrzeuge an den Fertiger oder durch Stillstände des Fertigers negativ beeinflusst werden. Daher sollte die Baustellenlogistik (Asphaltmischgutanlieferung) mit besonderer Sorgfalt geplant werden. Bei größeren Baulosen empfiehlt sich der Einsatz eines Beschickers, um dadurch das Andocken der Transportfahrzeuge am Straßenfertiger zu vermeiden und Fertigerstillstände zu minimieren.
Ebenso sollten kurze Einbaufelder und Handeinbauflächen vermieden werden.

Besonderes Augenmerk ist auf eine saubere Unterlage – insbesondere im Bereich von Anschlüssen – zu legen. Die Reinigung der Unterlage sollte deshalb mit einem Druck-Spül-Sauggerät erfolgen.

Um der Gefahr der vorzeitigen Auskühlung des Asphaltmischgutes entgegen zu wirken, sind die Transportzeiten möglichst kurz zu halten. Dass beim Transport nur geeignete Trennmittel zu verwenden sind, sollte allein schon auf Grund der Regelungen der ZTV Asphalt-StB 07/13 selbstverständlich sein.

Da dünne Asphaltdeckschichten auf Grund der geringen Schichtdicke schnell auskühlen dürfen sie nur eingebaut werden, wenn die Lufttemperatur mindestens 10 °C beträgt. Die Temperatur der Unterlage sollte abweichend von den Regelungen der ZTV Asphalt-StB 07/13 mindestens 8 °C betragen. Bei starkem Wind sollte der Einbau unterbleiben.

Die Walzverdichtung sollte nahe an der Bohle beginnen. Bei Asphaltdeckschichten aus SMA LA und AC D LOA sollte die Verdichtung mit Glattmantelwalzen unmittelbar hinter dem Straßenfertiger erfolgen. Bei Temperaturen in der Asphaltschicht unterhalb von 100 °C sollte die Verdichtung abgeschlossen sein.

Die Textur der Oberfläche sowie die Vorverdichtung werden u. a. durch die Einstellung und den Zustand der Stampferleisten und der Glättbleche beeinflusst. Daher ist der Straßenfertiger beim Einbau lärmtechnisch optimierter Asphaltdeckschichten auf diese Asphaltdeckschichtarten vorzubereiten und einzustellen.

Um die Oberflächentextur nicht nachteilig zu verändern, werden Asphaltdeckschichten aus AC D LOA, SMA LA, PMA und DSH-V nicht abgestumpft. Nach den vorliegenden Erkenntnissen sind Abstumpfungsmaßnahmen zur Erhöhung der Anfangsgriffigkeit auch nicht erforderlich.

Die Anlage eines Probefeldes ist grundsätzlich sinnvoll. Insbesondere bei Baumaßnahmen mit nicht in den ZTV geregelten Bauweisen sollten aber in jedem Fall im Asphaltmischwerk Probemischungen durchgeführt und im Einbaubereich ein ausreichend großes Probefeld hergestellt werden.

5 Fazit

In Deutschland kommen fast ausschließlich Asphaltdeckschichten zur Anwendung, mit denen gegenüber dem Referenzbelag dauerhaft eine Lärmminderung von mindestens -2 dB(A) erreicht wird. Mit OPA wird sogar eine dauerhafte Lärmminderung von -5 dB(A) zielsicher erreicht, allerdings zum Preis einer vergleichsweise kurzen Lebensdauer. Durch die dadurch häufiger notwendigen Erneuerungen wird der Verkehr öfter durch Baustellen behindert. Da OPA hauptsächlich auf stark belasteten Straßen zum Einsatz kommen, ist dies doppelt ärgerlich.

Nach derzeitigem Stand des Wissens sind lärmarme Asphaltdeckschichten, mit denen Lärmminderungen zwischen -2 dB(A) und -5 dB(A) erreichbar sind und die eine deutlich längere Lebensdauer als OPA aufweisen, möglich. Es existieren jedoch noch zu wenige Untersuchungen zum akustischen Langzeitverhalten dieser Deckschichten um die Frage, welche dauerhafte Lärmminderung mit diesen Deckschichten zielsicher erreicht werden kann, endgültig durch die Zuweisung eines Korrekturwertes DStrO zu klären. Zudem wurden bei den Untersuchungen teilweise nachlassende Pegelminderungen festgestellt. Das Nachlassen der Pegelminderung könnte neben dem Alter oder auftretenden Oberflächenschäden auch durch Veränderung der Textur in der Folge der Überrollungen durch Schwerverkehr hervorgerufen werden. Die bisher untersuchten Strecken lassen jedoch kein Schema erkennen, so dass über die Ursache der nachlassenden Pegelminderungen weiterhin nur spekuliert werden kann.

Die verbesserte lärmmindernde Wirkung wird in der Regel durch die Optimierung des Asphaltmischgutes erzielt. Dazu wird meist der Spielraum bei der Zusammensetzung des Asphaltmischgutes eingeengt. Dadurch wird jedoch auch die Spanne zwischen Erfolg und Misserfolg immer geringer: Je diffiziler eine Bauweise desto schwieriger wird ihre zielsichere Herstellung. Man darf bei allen Optimierungen nicht vergessen, dass die Ausführung vor Ort anderen Einflüssen unterliegt als die Herstellung im Labor oder in einem Versuchsfeld. Es kann daher immer wieder zu unvermeidbaren Abweichungen kommen, die im Vertragswerk durch entsprechende Toleranzen zu berücksichtigen sind.

Bei allem berechtigten Interesse der vom Verkehrslärm Betroffenen dürfen auch die Interessen der anderen Beteiligten nicht vergessen werden. Es ist weder für die Verkehrsteilnehmer noch für die Steuerzahler noch für die Anlieger selbst angenehm, wenn wegen Erhaltungsmaßnahmen in kurzen Zeitabständen Baustellen in einem Streckenabschnitt erforderlich werden. Es stellt sich daher die Frage, wo der Kompromiss zwischen Dauerhaftigkeit der Bauweise und bestmöglicher Lärmminderung zu suchen ist? Haben wir z. B. bei OPA das Rad bereits überdreht?

Literaturverzeichnis

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B e c k e n b a u e r, T. (2008): Physik der Reifen-Fahrbahn-Geräusche – Geräuschentstehung, Wirkungsmechanismen und akustische Wirkung unter dem Einfluss von Bautechnik und Straßenbetrieb. In: 4. Informationstage „Geräuschmindernde Fahrbahnbeläge in der Praxis – Lärmaktionsplanung 11./12. 6. 2008“, Müller-BBM, Planegg, 2008

B e c k e r, J. (2014): Die Asphaltflüsterer. In: Süddeutsche Zeitung – Mensch und Verkehr, 12. 7. 2014, Süddeutsche Zeitung GmbH, München

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Arbeitspapier Textureinfluss auf die akustischen Eigenschaften von Fahrbahndecken, Ausgabe 2013, Köln (FGSV 442)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Merkblatt für Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt (M OPA), Ausgabe 2013, Köln (FGSV 750)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 07/13), Ausgabe 2007/Fassung 2013, Köln (FGSV 799)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS-90), Ausgabe 1990/Berichtigte Fassung 1992, Köln (FGSV 334)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen (TL Asphalt-StB 07/13), Ausgabe 2007/Fassung 2013, Köln (FGSV 797)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächenbefestigungen – Asphaltbauweisen (ZTV BEA-StB 09/13), Ausgabe 2009/Fassung 2013), Köln (FGSV 798)

G u t b i e r, M.; S c h i e r z, H. (2010): Verfahren zur Klassifizierung der Geräuschemissionen von Innerortsstraßen. Schriftenreihe Forschung, Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 1034, Bremen

P e s c h e l, U.; R e i c h a r t, U. (2014): Lärmmindernde Fahrbahnbeläge. Texte 20/2014, Umweltbundesamt, Dessau

R a d e n b e r g, M.; S a n d e r, R. (2007): Lärmtechnisch optimiert, Asphaltdeckschichten für den kommunalen Straßenbau. In: Asphalt, 8/2007, S. 33–41