Mit dem Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau Nr. 11/2012 wurden Änderungen und Ergänzungen für wesentliche Technische Regelwerke (ZTV Asphalt-StB 07, TL Asphalt-StB 07, TL Bitumen-StB 07) des Asphaltstraßenbaus, die innerhalb der FGSV erarbeitet wurden, veröffentlicht. Ziel dieser Regelungen war es, kurzfristig auf Probleme und Diskussionen in Bezug auf die nachlassende Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen zu reagieren. Hierbei wurden u. a. ergänzende Regelungen zur Güteüberwachung des Bitumens, zum Bindemittelgehalt der Asphaltmischgüter und zum Verdichtungsgrad der Asphaltschichten getroffen. Mittlerweile wurden die entsprechenden Festlegungen in die ZTV Asphalt-StB 07/13, die TL Asphalt-StB 07/13 und die TL Bitumen-StB 07/13 übernommen. Im Rahmen des Beitrages soll über weitergehende Überlegungen bzw. Maßnahmen berichtete werden, die derzeit zur Optimierung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen diskutiert und gegebenenfalls zukünftig ergriffen werden. Hierzu gehören u. a. Überlegungen, volumetrische Anforderungen an das Asphaltmischgut bzw. die fertige Leistung gegebenenfalls neu zu formulieren. In diesem Zusammenhang wurde eine umfangreiche Datenerfassung vorgenommen. In dieser wurden u. a. Bindemittelgehalte, Füller-Bitumen-Verhältnisse, Hohlraumgehalte (Marshall-Probekörper und Bohrkern) und Verdichtungsgrade von einer Vielzahl von Baumaßnahmen ausgewertet. Vor dem Hintergrund der vorhandenen Toleranzen für den Bindemittelgehalt und die Gesteinskörnungen des Asphaltmischgutes gibt es Überlegungen, diese gegebenenfalls anders zu fassen und in diesem Zusammenhang Anforderungen an das Füller-Bitumen-Verhältnis zu stellen. Hierbei ist sicherzustellen, das keine Anforderungen festgeschrieben werden, die zu einer Überbestimmung des Systems im Zuge der Asphaltmischgutkonzeption und Asphaltmischgutproduktion führen.
Die entsprechenden Überlegungen im Zusammenhang mit Maßnahmen zur Optimierung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen werden innerhalb der Gremien der FGSV diskutiert und sind noch nicht abgeschlossen.

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

1 Einleitung

Aus Sicht der Straßenbaulastträger gilt es, den Straßennutzern zuverlässige Straßen zur Verfügung zu stellen. Neben Aspekten der Verkehrssicherheit (z. B. der Griffigkeit) und des Fahrkomforts ist die Dauerhaftigkeit einer Straße von besonderer Bedeutung. Die Dauerhaftigkeit oder anders ausgedrückt die Langlebigkeit einer Straße hängt von einer Vielzahl unterschiedlicher Einflussfaktoren ab. Neben der Verkehrsbeanspruchung sowie den ausgewählten Bauweisen und Baustoffen ist auch die Ausführungsqualität von wesentlicher Bedeutung.

Im Bereich des Asphaltstraßenbaus hat die Dauerhaftigkeit in Deutschland in den letzten Jahren deutlich nachgelassen. Betroffen hiervon sind überwiegend Asphaltdeckschichten, zum Teil aber auch Asphaltbinderschichten.

Die Forschungsgesellschaft für das Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) hat sich daher neben der grundsätzlichen Auseinandersetzung mit der Thematik seit dem Herbst 2011 intensiv mit der Fragestellung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen befasst. Hierbei ist es das Ziel, die Dauerhaftigkeit von Asphaltschichten zu verbessern.

In dem vorliegenden Beitrag soll dargestellt werden, welche Maßnahmen zur Optimierung der Dauerhaftigkeit und zur Erstellung zuverlässiger Asphaltstraßen ergriffen wurden und an welchen Themen in diesem Zusammenhang aktuell gearbeitet wird. Hierbei ist ein Teil der Arbeiten in abgeschlossenen Blöcken bearbeitet worden. Ein weiterer Teil besteht aus kontinuierlichen Arbeiten, die zum Teil auch parallel durchgeführt wurden. Im Bild 1 ist eine Übersicht der entsprechenden Arbeiten dargestellt, auf die im Verlauf des Textes Bezug genommen wird.

Bild 1: Übersicht über die Arbeiten zur Optimierung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen

2 Welche Maßnahmen wurden seit dem Dezember 2011 (kurzfristig) zur Optimierung der Dauerhaftigkeit ergriffen?

Innerhalb der Forschungsgesellschaft für das Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) wurden vor dem Hintergrund der unzureichenden Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen im Arbeitskreis „Vertragliche Regelungen – Dauerhaftigkeit“ (AK 7.1.4) die vertraglichen Anforderungen in den TL Asphalt-StB 07 [1] und ZTV Asphalt-StB 07 [2] seit dem November 2011 überprüft und Vorschläge erarbeitet, um diese Anforderungen in einem technisch sinnvollen Rahmen anzupassen. In diesem Zusammenhang wurde von der FGSV einerseits festgestellt, dass die Regelungen in den TL Asphalt-StB 07 und in den ZTV Asphalt-StB 07 grundsätzlich ausreichend sind, um dauerhafte Asphaltstraßen bauen zu können. Andererseits zeigen die Erfahrungen aus der Praxis aber auch, dass die Auswahlmöglichkeiten und die Schwankungsbreiten in den Eigenschaften der gewählten Baustoffe, bei der Asphaltmischgutproduktion und beim Einbau sehr groß sind und daher die fertige Leistung nicht die gewünschten Eigenschaften hat, obwohl das Werk rein formal mängelfrei ist.

Aus der Arbeit des Arbeitskreises wurden bis zum Juni 2012 konkrete Vorschläge zur Ergänzung bzw. Modifizierung des vorhandenen Regelwerkes erarbeitet. Diese fanden Eingang in das Allgemeine Rundschreiben Straßenbau Nr. 11/2012 „Änderungen und Ergänzungen des Technischen Regelwerkes Asphaltstraßen“ (ARS 11/2012) [3], welches im August 2012 veröffentlicht wurde. Mittlerweile sind die Inhalte des ARS 11/2012 in die überarbeiteten Fassungen der TL Bitumen-StB 07/13 [4], der TL Asphalt-StB 07/13 [5] und der ZTV Asphalt-StB 07/13 [6] integriert worden.

In [7] und [8] wurde über die Erarbeitung, die Hintergründe, die Zielsetzung und die Erwartungen, die mit den Regelungen aus dem ARS 11/2012 verbunden waren, berichtet. Im Folgenden werden daher nur wesentliche Punkte auszugsweise angesprochen.

Die vordringlichen Ziele der Festlegungen im ARS 11/2012 bzw. der „rote Faden“ bei der Verbesserung der Dauerhaftigkeit von Asphaltschichten (insbesondere von Asphaltdeckschichten) lag darin zu unterstreichen, dass das Asphaltmischgut hochwertig eingebaut und verdichtet wird. Vor dem Hintergrund der konzeptionellen Zusammensetzung des Asphaltmischgutes sind in Bezug auf die genannte Zielsetzung zu „offene“ und zu „magere“ Asphaltmischgüter zu vermeiden. Neben einer unzureichenden Verdichtung gehen Probleme in Bezug auf die Dauerhaftigkeit aus asphalttechnologischer Sicht auch mit zu hohen Hohlraumgehalten des Asphaltmischgutes am Marshall-Probekörper (MPK) und zu geringen Bindemittelgehalten einher. Zur Zielsetzung des ARS 11/2012 gehörte außerdem die Erweiterung des Erfahrungshintergrundes zum Verbesserungspotenzial von Bitumen. Zu deren differenzierteren labortechnischen Ansprache sind zusätzliche Prüfungen durchzuführen.

Im Bild 2 sind einige der vorgenommenen Änderungen und Ergänzungen stichwortartig aufgeführt.

In Bezug auf die Erweiterung des Erfahrungshintergrundes zum Verbesserungspotential von Bitumen ist anzumerken, dass durch die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) ein FE-Vorhaben mit dem Titel „Datentechnische Erfassung und Auswertung von Prüfdaten zur Erfahrungssammlung“ an die Ruhr-Universität Bochum vergeben wurde. In diesem  Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass innerhalb dieses Projektes nicht nur die im Zuge der Ausweitung der Maßnahmen zur Untersuchung der Bindemittel erfassten Daten betrachtet werden, sondern auch Ergebnisse von Prüfungen berücksichtigt werden, die nach den TL Asphalt-StB im Rahmen der Erstprüfung an Asphaltmischgut durchzuführen sind. Hierzu zählen der Hohlraumfüllungsgrad, die proportionale Spurrinnentiefe und die dynamische Stempeleindringtiefe.

Bild 2: Exemplarische Darstellung der im ARS 11/2012 behandelten Themen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit von Asphaltschichten

Bis zum September 2014 wurde der Fortschritt des Projektes, welches noch nicht abgeschlossen ist, in vier Sitzungen von dem zuständigen Betreuerkreis begleitet. Nach derzeitigem Stand sind detaillierte Aussagen zu den laufenden Auswertungen noch nicht möglich. Diese werden zu einem späteren Zeitpunkt der Fachöffentlichkeit vorgestellt.

3 Woran wird seit dem Juni 2012 gearbeitet?

Neben den kurzfristig ergriffenen Maßnahmen zur Optimierung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen (siehe ARS 11/2012) wurden seit Juni 2012 auch Überlegungen bzw. Arbeiten aufgenommen, die das Ziel hatten, mittelfristig umzusetzende Vorschläge zur Anpassung des Regelwerkes zu erarbeiten, um eine Verbesserung der Dauerhaftigkeit zu bewirken. Zu diesem Zweck wurden innerhalb des AK 7.1.4 drei Bearbeitergruppen gebildet, die sich mit entsprechenden Fragestellungen befassten. Im Folgenden wird über die bis zum September 2014 vorliegenden Ergebnisse berichtet. Hierbei sei deutlich darauf hingewiesen, dass die vorgestellten Ergebnisse innerhalb der Arbeitsgruppe „Asphaltbauweisen“ der FGSV noch nicht abschließend diskutiert wurden.

Bearbeitergruppe 1 (BG 1): „Volumetrische Anforderungen und Verdichtungsgrad“

Den Arbeiten der BG 1 lagen Überlegungen zu Grunde, die derzeitigen Anforderungen in den ZTV Asphalt-StB an die fertige Leistung in Bezug auf den Hohlraumgehalt und den Verdichtungsgrad neu zu fassen. In diesem Zusammenhang wurde auf Ebene der „Bund/LänderDienstbesprechung Straßenbautechnik“ eine Datenumfrage bei den Straßenbauverwaltungen der Länder initiiert.

Hierbei war es das Ziel, Daten von Erstprüfungen und Eignungsnachweisen sowie von Kontrollprüfungen am Asphaltmischgut und den zugehörigen Bohrkernen ausgeführter Baumaßnahmen auszuwerten. Es sollten Informationen zu den Raum- und Rohdichten, zum Füllerund Bindemittelgehalt sowie zu den Hohlraumgehalten am Marshall-Probekörper (MPK) und der fertigen Schicht sowie zum Verdichtungsgrad gewonnen werden. Insgesamt beteiligten sich neun Bundesländer an der von Dipl.-Ing. D. Marquordt koordinierten Umfrage. Im Zuge der Auswertung der Daten, die durch Prof. P. Renken von der TU Braunschweig erfolgte, wurden über 4.400 Datensätze berücksichtigt. Beiden Kollegen sei an dieser Stelle für ihr Engagement noch einmal herzlich gedankt.

In Bezug auf die Auswertung der genannten Daten ist festzustellen, dass im Wesentlichen Untersuchungsergebnisse zu den Asphaltdeckschichtbauweisen Splittmastixasphalt 8 S (SMA 8 S) und 11 S (SMA 11 S) sowie Asphaltbeton 11 S (AC 11 D S) vorlagen. Zusätzlich wurden Ergebnisse für die Asphaltbinderschichten AC 16 B S und AC 22 B S berücksichtigt. Im Folgenden werden Auszüge der entsprechenden Datenauswertung vorgestellt. Einerseits sind die relativ geringen Abweichungen im Füller- und Bindemittelgehalt zwischen den Daten aus den Erstprüfungen (EP) und den Daten der Kontrollprüfungen (KP) auffällig. Andererseits ergaben die Auswertungen größere Abweichungen bei den Füller-Bitumen-Verhältnissen wenn die Angaben aus den Erst- und Kontrollprüfungen gegenübergestellt werden. Im Vergleich zu den Erstprüfungen ist bei den Kontrollprüfungen ein Anstieg der Füller-Bitumen-Verhältnisse festzustellen. Hierbei sind teilweise Verschiebungen in den „ungünstigen Bereich“ (FüllerBitumen-Verhältnisse von 1,6 bis 2,4) erkennbar.

Die Ergebnisse aller betrachteten Asphaltmischgutarten und -sorten im Bereich des Hohlraumgehaltes weisen ebenfalls Auffälligkeiten auf. Hier zeigen sich starke Unterschiede zwischen den Angaben aus den Erstprüfungen und denen aus den Kontrollprüfungen. In der Tendenz wurden im Zuge der Kontrollprüfungen größere Hohlraumgehalte am Marshall-Probekörper (MPK) ermittelt.

Auch die Hohlraumgehalte der fertigen Schichten weisen zum Teil erhebliche Überschreitungen des maximal zulässigen Hohlraumgehaltes auf. Diese Ergebnisse korrespondieren mit den ermittelten Verdichtungsgraden. Auffällig ist, dass beim SMA 8 S in allen Bereichen Probleme zu erkennen sind.

Exemplarisch werden im Bild 3 für die Bauweisen der Asphaltdeckschichten die prozentualen Überschreitungen

• des maximalen Hohlraumgehaltes am MPK (zuzüglich der Toleranz),
• des Hohlraumgehaltes der fertigen Schicht,
• der Anforderungen an den Verdichtungsgrad von 97,0 %

dargestellt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die berücksichtigten Ergebnisse der Datenumfrage vor Umsetzung des ARS 11/2012 in die Praxis ermittelt wurden. Daher werden zur Bewertung der Daten die Anforderungen der TL Asphalt-StB 07 und der ZTV Asphalt-StB 07 herangezogen. Neben dem Verdichtungsgrad von 97,0 % sind hier für den Hohlraumgehalt der fertigen Schicht 6,5 Vol.-% (AC 11 D S) und 5,0 Vol.-% (SMA 8 S bzw. SMA 11 S) als Grenzwerte maßgebend. Für den maximalen Hohlraumgehalt am MPK ergeben sich unter Berücksichtigung der entsprechenden Toleranz 6,0 Vol.-% (= 4,5 + 1,5 für AC 11 D S) und 4,0 Vol.-% (= 3,0 + 1,0 für SMA 8 S bzw. SMA 11 S) als Bewertungskriterium.

Bild 3: Exemplarische Darstellung der prozentualen Überbzw. Unterschreitungen der Anforderungen an verschiedene Parameter der Bauweisen der Asphaltdeckschichten

In Bezug auf den maximalen Hohlraumgehalt am MPK ist festzustellen, dass für die Asphaltmischgutart bzw. -sorte AC 11 D S lediglich 1,6 % der betrachteten Datensätze die gestellten Anforderungen nicht erfüllen. Bei der Bauweise SMA 11 S werden in 4,9 % der Fälle die Anforderungen nicht eingehalten. Auffällig ist, dass bei 16,5 % der vorliegenden Datensätze für das Asphaltmischgut SMA 8 S die Anforderungen an den maximalen Hohlraumgehalt am MPK überschritten wurden. Da es sich bei der Betrachtung des Hohlraumgehaltes am MPK im Grundsatz um eine Überprüfung der Umsetzung der Asphaltkonzeption vor dem Hintergrund der Erstprüfung handelt, liegt nach Auffassung des Verfassers in Bezug auf den SMA 8 S die Vermutung nahe, dass die Umsetzung der angestrebten Asphaltzusammensetzung in die Praxis bei diesem Asphaltmischgut zu Problemen führen kann.

Die Grenzwerte für die Hohlraumgehalte der fertigen Schichten wurden im Fall der Bauweise AC 11 D S in 13,9 % der betrachteten Baumaßnahmen überschritten. Bei der Bauweise SMA lagen die Überschreitungen bei 18,9 % (SMA 8 S) und 10,6 % (SMA 11 S).

Eine Überschreitung des Hohlraumgehaltes der fertigen Schicht wird bei den Überlegungen zur Erfassung der entsprechenden Ursachen häufig auf zweierlei Weise erklärt. Neben einer unzureichenden Verdichtung kann die Begründung für zu hohe Hohlraumgehalte der fertigen Schicht auch in einem fehlerhaft zusammengesetzten Asphaltmischgut liegen. Dieses würde es dem ausführenden Unternehmen erschweren bzw. nicht ermöglichen, den geforderten Hohlraumgehalt zu erreichen. Grundsätzlich ist bei der Ursachenforschung immer der jeweilige Einzelfall mit den entsprechenden Einbaubedingungen und den konkreten Überschreitungen zu betrachten. Bei den hier vorliegenden Daten für den AC 11 D S und den SMA 11 S wurden einerseits in „relativ wenigen“ Fällen Überschreitungen des maximalen Hohlraumgehaltes am MPK festgestellt (1,6 % bzw. 4,9 %). Andererseits wurden jedoch (trotz dieser „guten“ Voraussetzungen zur Verdichtung des Asphaltmischgutes) beim AC 11 D S mit 13,9 % und beim SMA 11 S mit 10,6 % „relativ häufig“ Überschreitungen des Hohlraumgehaltes in der fertigen Schicht festgestellt. Dies ist bemerkenswert, da vor allem Asphaltmischgut AC 11 D S aber auch Asphaltmischgut SMA 11 S im Vergleich zu einem SMA 8 S als besser „verdichtbar“ gilt. Dies deutet daraufhin, dass in der Praxis häufig (aus welchen Gründen auch immer) eine unzureichende Verdichtung erbracht wird. Die Überschreitung des Hohlraumgehaltes der fertigen Schicht beim SMA 8 S stellt mit 18,9 % die höchste Ausfallrate dar und korrespondiert mit den Daten, die für die Hohlraumgehalte am MPK ermittelt wurden.

Für die Unterschreitung der Anforderungen an den Verdichtungsgrad wurden im Vergleich zu den Hohlraumgehalten der fertigen Schicht mit 5,9 % bis 9,9 % geringere Ausfallraten ermittelt. Hierbei ist zu beachten, dass die Anforderung an den Verdichtungsgrad von 97,0 % vielfach als kritisch angesehen wurde. Dies gilt insbesondere, wenn die bauvertragliche Anforderung an den Verdichtungsgrad von 97,0 % zu einem falschen Verständnis des Regelwerkes führt und übersehen wird, dass diese Anforderung als „vertragstechnische“ Anforderung zu sehen ist und aus „technischer“ Sicht ein Verdichtungsgrad von 100 % anzustreben ist [9]. Ein Verdichtungsgrad von 97,0 % reicht in der Regel nicht aus, in der fertigen Schicht die maximal zulässigen Hohlraumgehalte einzuhalten. Vor diesem Hintergrund müssen die einbauenden Unternehmen in Bezug auf die Verdichtung ein Vorhaltemaß beachten. Wenn nun, wie in der Datenauswertung festgestellt, der Anforderungswert an den Verdichtungsgrad von 97,0 % in knapp 6 bis 10 % der Fälle unterschritten wird und gleichzeitig die Hohlraumgehalte der fertigen Schicht in bis zu 18,9 % der Fälle überschritten werden, dann ist dies insgesamt ein Indiz für eine unzureichende Verdichtung. Außerdem wird hierdurch deutlich, dass ein Verdichtungsgrad von 97,0 % nicht ausreicht, um die Anforderungen insgesamt (Hohlraumgehalt der fertigen Schicht und Verdichtungsgrad) zu erfüllen. Gleichzeitig zeigt sich, dass die im ARS 11/2012 ergriffenen Maßnahmen (zum Teil Reduzierung der maximalen Hohlraumgehalte am MPK und der fertigen Schicht und Anhebung des Verdichtungsgrades) zur Optimierung der Dauerhaftigkeit in die richtige Richtung zielen und notwendig waren, um die Dauerhaftigkeit von Asphaltschichten zu optimieren.

In den bisherigen Ausführungen wurde über die entsprechenden Ausfallraten der betrachteten Asphaltmischgutsorten bzw. Asphaltmischgutbauweisen berichtet. Ergänzend sei angemerkt, dass an den Bohrkernen, das heißt in der fertigen Schicht, Hohlraumgehalte von bis zu 12,0 Vol.-% ermittelt wurden. Die maximalen Hohlraumgehalte am MPK lagen beim AC 11 D S bei 7,5 Vol.-% und beim SMA bei 10,5 Vol.-% (SMA 8 S) und 8,5 Vol.-% (SMA 11 S).

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die ermittelten Daten vor Umsetzung des ARS 11/2012 in die Praxis bestimmt wurden. Vor diesem Hintergrund und den ermittelten Ergebnissen hat der AK 7.1.4 sich dafür ausgesprochen, zu überprüfen, welche Ergebnisse sich aufgrund der im ARS 11/2012 vorgenommenen Änderungen in der Praxis ergeben. Die hierfür notwendige erneute Datenerfassung soll die Auswirkungen der Änderungen und Ergänzungen infolge des ARS 11/2012 aufzeigen und bis Ende Januar 2015 abgeschlossen sein. Ergänzend werden gezielt ausgewählte Schadensfälle untersucht.

Unabhängig von den noch ausstehenden Arbeiten hat der AK 7.1.4 vor dem Hintergrund der bisher gewonnenen Erkenntnisse Empfehlungen an den AA 7.1 erarbeitet, die im Folgenden kurz dargestellt werden.

Anforderung an den Verdichtungsgrad

Die Anforderung an den Verdichtungsgrad soll für die im Bild 4 aufgeführten Asphaltschichten auf k = 100 % festgelegt werden. Diese Anforderung unterstreicht noch einmal die Bedeutung der Verdichtung für die Dauerhaftigkeit der entsprechenden Schichten. Dieser Wert (100 %) ist im Zuge der bauvertraglichen Abwicklung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Toleranzen für verschiedene Asphaltschichten einzuhalten (siehe Tabelle).

Bild 4: Vorschläge für das zukünftige Anforderungsniveau an den Verdichtungsgrad

Hierbei sollte die untere Grenze der Toleranz so gewählt werden, dass das derzeitige Anforderungsniveau von ≥ 98,0 % beibehalten wird. Das heißt, in Bezug auf den Anforderungswert von K = 100 % würde eine Toleranz von – 2,0 % festgelegt.

Für die obere Grenze der Toleranz sei angemerkt, dass die entsprechenden Werte noch diskutiert werden. Grundsätzlich sind diese in Abhängigkeit von der Asphaltmischgutart festzulegen. Außerdem ist zu beachten, dass eine Überverdichtung des Asphaltmischgutes vermieden wird.

Hohlraumgehalt Asphaltbinderschicht

Vor dem Hintergrund der Problematik der Dauerhaftigkeit von Asphaltbinderschichten soll im AA 7.1 die Einführung einer Anforderung an einen zulässigen Hohlraumgehalt von ≤ 8,0 Vol.-% in der fertigen Asphaltbinderschicht diskutiert werden. Eine entsprechende Anforderung besteht bisher nicht. Im Bild 5 wurden die geltenden Anforderungen an Asphaltbinderschichten (siehe ZTV Asphalt-StB 07/13, Tabelle 11) um die Anforderung an den Hohlraumgehalt ergänzt. In diesem Zusammenhang müsste der maximale Hohlraumgehalt am Marshall-Probekörper in den TL Asphalt-StB voraussichtlich auf 5,5 Vol.-% (Vmax 5,5) begrenzt werden.

Bild 5: Vorschlag für die Anforderung an den maximalen Hohlraumgehalt der Asphaltbinderschicht

Bearbeitergruppe 2 (BG 2): „Bindemittelmenge, Füller-Bitumen-Verhältnis“

Zunächst ist festzuhalten, dass derzeit an das Füller-Bitumen-Verhältnis (F-B-V) keine Anforderungen in den TL Asphalt-StB bzw. den ZTV Asphalt-StB formuliert sind. Zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Asphaltschichten ist das Füller-Bitumen-Verhältnis jedoch von besonderem Interesse. Im Zuge der Arbeiten der Bearbeitergruppe 2 wurden daher zunächst anhand von verschiedenen Rezepturen einzelner Asphaltmischgutarten Füller-Bitumen-Verhältnisse ermittelt und erste Sensitivitätsbetrachtungen (unter Berücksichtigung der zulässigen Toleranzen) durchgeführt. Da sowohl für den Bindemittelgehalt als auch für den Fülleranteil in den ZTV Asphalt-StB Toleranzen vorgesehen werden (Bild 6), ergeben sich bei „Ausnutzung“ dieser Toleranzen (Bindemittelgehalt (z. B. im Minusbereich) und Fülleranteil (z. B. im Plusbereich)) Füller-Bitumen-Verhältnisse, die aus asphalttechnologischer Sicht im Sinne der Dauerhaftigkeit als kritisch zu bezeichnen sind. Zusätzlich wurden anhand der Ergebnisse von Eigenüberwachungsprüfungen und Kontrollprüfungen Überlegungen zu möglichen Anforderungs- und Toleranzwerte diskutiert. Hierbei ist eine möglicherweise vorhandene Überbestimmung bei Anforderungen an das Füller-Bitumen-Verhältnis zu berücksichtigen, da schon Anforderungen und Toleranzen sowohl an den Fülleranteil als auch an den Bindemittelgehalt bestehen.

Bild 6: Toleranzen des Bindemittel- und Füllergehaltes nach den ZTV Asphalt-StB

Innerhalb des AK 7.1.4 wurden vor dem beschriebenen Hintergrund verschiedene Modelle (Diskussion der Vor- und Nachteile von „relativen“ und „absoluten“ Anforderungen) zur Einführung von Anforderungen an das Füller-Bitumen-Verhältnis diskutiert. Im Folgenden wird exemplarisch das Prinzip für eine Anforderung an das Füller-Bitumen-Verhältnis vorgestellt. Der Grundgedanke besteht hierbei darin, „Ein zu wenig an Bindemittel und ein zu viel an Füller vermeiden“.

Ausgehend von der vorhandenen Toleranz für den Fülleranteil wird unter Berücksichtigung des „Soll-Bindemittelgehaltes“ aus der Erstprüfung (EP) zur Begrenzung des Füller-Bitumen-Verhältnisses ein F-B-V-Faktor festgelegt (Bild 7).

Um dem Grundgedanken „Ein zu wenig an Bindemittel und ein zu viel an Füller vermeiden.“ Rechnung zu tragen, wird für den Fall, dass im Rahmen der Kontrollprüfung ein geringerer Bindemittelgehalt ermittelt wird als in der Erstprüfung festgelegt, mit dem F-B-V-Faktor eine „neue“ Obergrenze für den Fülleranteil bestimmt.

Bild 7: Prinzip der Ermittlung des F-B-V-Faktors

Im Bild 8 ist dies exemplarisch dargestellt. Ausgehend von einem Fülleranteil von 8,0 M.-% aus der Erstprüfung, und der Toleranz für den Einzelwert des Fülleranteils < 0,063 mm von 3,0 M.-% (Bild 6) sowie dem Soll-Bindemittelgehalt von 6,1 M.-% aus der Erstprüfung ergibt sich ein F-B-V-Faktor von 1,8.

Bild 8: Exemplarische Ermittlung des F-B-V-Faktors

Unter der Annahme, dass im Zuge der Kontrollprüfung ein Bindemittelgehalt von 5,7 M.-% ermittelt wurde, ergibt sich unter Berücksichtigung des F-B-V-Faktors eine „neue obere Grenze“ für die Füllertoleranz von 10,3 M.-% (5,7 [M.-%] x 1,8 = 10,3 [M.-%]). Diese neue Grenze liegt unter der derzeitigen in den ZTV Asphalt-StB festgeschriebenen oberen Grenze der Toleranz von 11,0 M.-% (= 8,0 [M.-%] + 3,0 [M.-%]).

Die dargestellte Vorgehensweise stellt nach Auffassung des Verfassers unter Berücksichtigung des oben genannten Grundgedankens eine moderate Begrenzung für den Fülleranteil auf Basis der Festlegungen der ZTV Asphalt-StB und jeweiligen Erstprüfung dar. Das vorgestellte Modell skizziert hierbei eine weitere Maßnahme zur Optimierung der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen ohne in das bestehende System zu stark einzugreifen. In Bezug auf das Meinungsbild innerhalb des AK zeichnet sich derzeit die Tendenz ab, dass sofern Anforderungen an das Füller-Bitumen-Verhältnis gestellt werden, diese Anforderungen, wie in dem Beispiel dargestellt, eher als „relative“ Anforderung gegenüber der Erstprüfung umgesetzt werden sollen. Derzeit wenden die Mitglieder des AK das dargestellte Modell auf Kontrollprüfungsergebnisse aus der Praxis und dem jeweiligen Arbeitsbereich an, um dessen Auswirkungen abschätzen zu können.

Bearbeitergruppe 3 (BG 3): „Kalkulationsbindemittelgehalt“

Die Zielsetzung der Bearbeitergruppe lag darin, Regelungen zu formulieren, die in der Praxis dazu führen, dass zu „magere“ Asphaltmischgutzusammensetzungen vermieden werden. Hier sollte vor allem versucht werden (aufgrund von wirtschaftlichen Überlegungen bei der Konzipierung des Asphaltmischgutes), im Rahmen der Erstprüfung den Ansatz von Mindestbindemittelgehalten aus den TL Asphalt-StB zu vermeiden. Es sollte u. a. der Anreiz geschaffen werden, aus asphalttechnologischen Gründen erforderliche Bindemittelgehalte nicht in der Phase des Wettbewerbs zu reduzieren. Dies sollte gegebenenfalls auch über die Anwendung einer „Bonus-/Malus-Regelung“ erreicht werden. Vor diesem Hintergrund wurden von der Bearbeitergruppe verschiedenen Modelle zur Umsetzung der genannten Zielsetzung erarbeitet.

Hierbei ist anzumerken, dass in der Vergangenheit in Deutschland von den Straßenbauverwaltungen der Bundesländer mit unterschiedlichsten Varianten/Verfahren zum „Kalkulationsbindemittelgehalt“ gearbeitet wurde. Hierbei wurden u. a. vom Bauherren für die Preisbildung Vorgaben von Bindemittelgehalten für verschiedene Asphaltmischgutarten und Asphaltmischgutsorten gemacht, die als Kalkulationsgrundlage zu verwenden waren.

Im Zuge der Beratungen der Bearbeitergruppe 3 zeigte sich, dass die Fragestellung im Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Bereich des Vertrags- und Verdingungswesens sehr kritisch gesehen wird. Aus Sicht des BMVI besteht kein Handlungsbedarf für die Einführung eines Kalkulationsbindemittelgehaltes mit Bonus-/Malus-Regelung. Sowohl aus technischer als auch aus vertraglicher Sicht ist dies nach Auffassung des BMVI derzeit nicht möglich und auch nicht notwendig. Eine derartige Regelung ist seitens des BMVI nur denkbar, wenn sich dies auch im Vertrag widerspiegelt (z. B. im Sinne einer Verlängerung der Frist für Mängelansprüche).

Vor diesem Hintergrund werden im AK 7.1.4 die Arbeiten an der Thematik zunächst nicht weiter verfolgt. Die Fragestellung soll jedoch noch einmal aufgegriffen werden, wenn die Auswirkungen absehbar sind, welche sich aus den Änderungen ergeben, die auf ARS 11/2012 zurückzuführen sind.

4 Wie gehen unsere Nachbarn mit dem Thema Qualitätssicherung im Asphaltstraßenbau um?

Die Frage der Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen bzw. der Qualitätssicherung im Asphaltstraßenbau wird auch im benachbarten Ausland diskutiert. In diesem Zusammenhang hat der AK 7.1.4 im Austausch mit dem Fachkollegen Dipl. Bauing. Hans-Peter Beyeler vom Bundesamt für Strassen (ASTRA) aus der Schweiz eine Diskussion zu den jeweiligen Vorgehensweisen im Zuge der Qualitätssicherung geführt.

Grundsätzlich beruhen die entsprechenden Regelungen in der Schweiz auf Überlegungen zur Vereinheitlichung der in den verschiedenen Kantonen (in der Vergangenheit) vorhandenen Festlegungen zur Qualitätssicherung. Diese Vereinheitlichung wurde vor einigen Jahren vorgenommen und mündete u. a. in die „Weisung: Qualitätsanforderungen bitumenhaltiger Schichten – Massnahmen bei Abweichungen“ [10] und die Schweizer Norm 640 434a: „Prüfplan für Walzasphalt“ [11]. Grundsätzlich basieren diese Regelungen wie auch in Deutschland auf den aktuellen Europäischen Normen.

Die vollständige Darstellung der Vorgehensweise in der Schweiz würde den Rahmen der vorliegenden Veröffentlichung sprengen. Daher soll hier lediglich kurz die prinzipielle weise bezüglich der Qualitätssicherung vorgestellt werden. Das Grundprinzip besteht darin, dass zur Bewertung der gelieferten bzw. hergestellten Qualität fachtechnische Parameter festgelegt wurden, die für die Dauerhaftigkeit relevant sind. Hierzu gehören z. B. der Bindemittelgehalt, der Hohlraumgehalt, der Schichtenverbund oder die Griffigkeit. Gegebenenfalls im Zuge der Umsetzung einer Baumaßnahme auftretende Abweichungen in den bauvertraglich vereinbarten Parametern werden differenziert betrachtet. Im Bild 9 ist dies exemplarisch für den „Löslichen Bindemittelgehalt“ dargestellt.

Bild 9: Exemplarische Darstellung der Toleranzbereiche für den löslichen Bindemittelgehalt

Neben dem zulässigen Bereich (siehe rote Markierung), der eine Toleranz von ± 0,30 M.-% auf den Sollwert des Bindemittelgehaltes angibt, werden Unter- bzw. Überschreitungen des zulässigen Bereiches differenziert betrachtet. Im vorliegenden Beispiel werden zusätzlich zur eigentlichen Toleranz Unter- bzw. Überschreitungen innerhalb eines dreistufigen Systems klassifiziert (≤ 0,05 M.%, 0,0 bis 0,20 M.-% und ≥ 0,21 M.-%). Außerdem werden den Abweichungen innerhalb dieses dreistufigen Systems „Bewertungspunkte“ zugeordnet (siehe blaue Markierung). Dieses Vorgehen wird für alle relevanten bautechnischen Parameter durchgeführt. Abschließend erfolgt eine Gesamtbewertung „aller“ Abweichungen (Bild 10), welche in Abhängigkeit von der Asphaltschicht eine Bewertung der Abweichungen in vier Fällen (Fälle a bis d) vornimmt.

Bild 10: Gesamtbewertung aller Abweichungen

Für die dargestellten Fälle a bis d sind jeweils Maßnahmen zu ergreifen, die je nach Fall „keine Maßnahmen“ (Fall a), „Nachbesserung oder Abzug“ (Fall b), „Nachbesserung oder Ersatz oder Abzug“ (Fall c) oder „Nachbesserung oder Ersatz“ (Fall d) vorsehen. Grundsätzlich ist zu beachten, dass mit dem System der Qualitätssicherung in der Schweiz eine Reihe von Randbedingungen verbunden sind, die sich von den in Deutschland üblichen Vorgehensweisen unterscheiden. Hierüber muss zu einem späteren Zeitpunkt berichtet werden.

Der AK 7.1.4 hat jedoch nach eingehender Diskussion und einer ersten Bewertung der Vorgehensweise in der Schweiz sowie einem Vergleich mit der deutschen Systematik der Qualitätssicherung eine Reihe positiver Aspekte festgehalten und dem AA 7.1 empfohlen die grundsätzliche Arbeits- und Vorgehensweise der Schweiz im Zuge der Diskussion zur Dauerhaftigkeit von Asphaltstraßen noch einmal aufzugreifen.

5 Fazit/Ausblick

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass in dem vorliegenden Beitrag die Aktivitäten, die zur Optimierung der Dauerhaftigkeit und zur Erstellung zuverlässiger Asphaltstraßen in den letzten Jahren ergriffen wurden, beschrieben werden. Außerdem wurde dargestellt, an welchen Themen in diesem Zusammenhang aktuell gearbeitet wird. Es ist festzuhalten, dass die Optimierung der Dauerhaftigkeit mit dem Ziel zuverlässige Asphaltstraßen zu erstellen weiter ein Thema mit besonderer Bedeutung bleibt.

Die bisherigen Erfahrungen belegen, dass die „kurzfristig“ mit dem ARS 11/2012 ergriffenen Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit in die richtige Richtung zielen.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Überlegungen zu den „mittelfristigen“ Änderungen in der Arbeitsgruppe „Asphaltbauweisen“ der FGSV noch nicht abschließend diskutiert wurden.

Bei den „mittelfristigen“ Änderungen bzw. Anpassungen handelt es sich um Themen, die in eine grundsätzliche Überarbeitung der wesentlichen asphalttechnischen Regelwerke aufgenommen werden sollten. Die in den nächsten Jahren anstehende Überarbeitung der ZTV Asphalt-StB und TL Asphalt-StB, die auch aufgrund von Änderungen in den Europäischen Normen für den Asphaltstraßenbau erfolgen muss, wird sich voraussichtlich bis ins Jahr 2017 erstrecken.

Literaturverzeichnis

1 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen (TL Asphalt-StB 07), Ausgabe 2007, Köln

2 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 07) Ausgabe 2007, Köln

3 Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung: Allgemeines Rundschreiben Straßenbau Nr. 11/2012 des, ARS 11/2012 vom 8. 8. 2012, Änderungen und Ergänzungen des Technischen Regelwerkes Asphaltstraßen, StB 27/7182.8/3-ARS-12/11/1753016, Bonn

4 Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Lieferbedingungen für Straßenbaubitumen und gebrauchsfertige Polymermodifizierte Bitumen (TL Bitumen-StB 07/13), Ausgabe 2007/Fassung 2013, Köln (794)

5 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)

6 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)

7 W e ß e l b o r g, H.-H.: Qualitätsinitiative Asphalt – Können Anpassungen des Regelwerkes helfen, Asphalt – Fachzeitschrift für Herstellen und Einbauen von Asphalt, 47. Jahrgang, Heft 5, 2012

8 W e ß e l b o r g, H.-H.: Das ARS Nr. 11/2012 – Zielsetzung und Erwartung, Tagungsband zur Asphaltstraßentagung 2013, Köln (FGSV A 41)

9 B u l l - W a s s e r, R.; S c h m i d t, H.; W e ß e l b o r g, H.-H.: ZTV Asphalt-StB 07/ L Asphalt-StB 07 – Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt/Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen, Handbuch und Kommentar, Aktualisierung zur Ausgabe 2007/Fassung 2013, Kirschbaum Verlag GmbH, Bonn, 2014