„Was ist Performance?“ und „Warum beschäftigen wir uns damit?“ sind nur zwei einleitende Fragen, auf die dieser Beitrag Antworten geben will. Europäische Vorgaben und vor allem bauvertragliche Regelungen (oder besser gesagt Probleme) bilden den Schwerpunkt der Ausführungen. Unter Performance versteht man das Gebrauchsverhalten von Asphalt, das anhand bestimmter Eigenschaften beschrieben wird, in der Regel sind dies Steifigkeit, Verformungswiderstand, Ermüdungswiderstand, Widerstand gegen Kälterissbildung und Dauerhaftigkeit. Bei dieser Herangehensweise bleiben Anforderungen an Baustoffe und Baustoffgemische im Bauvertrag „außen vor“ und alleine der Verantwortlichkeit des Asphaltherstellers überlassen. Dieses ist nicht zu verwechseln mit den funktionalen Anforderungen an eine Straße, wie sie in den Funktionsbauverträgen niedergelegt werden. Gemessen werden Performance-Eigenschaften nur mit Prüfverfahren, die die (Spannungs-) Verhältnisse aus der Straße physikalisch nachbilden und deren Ergebnisse als Eingangsgrößen für Stoffmodelle (Dimensionierungsmodelle) geeignet sind. Die früher als „performance-bezogen“ bezeichneten Prüfverfahren, wie z. B. der Spurbildungsversuch, sollten zukünftig nicht mehr mit dem Begriff Performance in Verbindung gebracht werden. Auch in der Revision der europäischen Normenserie EN 13108 ist dieser Wechsel vollzogen worden. Gleichzeitig ist der Widerstand gegen Kälterissbildung als Performance-Eigenschaft aufgenommen worden und auch SMA kann künftig mit Performance-Kriterien beschrieben werden. Der sog. „normal Approach“ erlaubt dabei Performance, fordert sie aber nicht. Damit ist die noch vor einigen Jahren befürchtete europäische Verpflichtung „auf Performance umzustellen“ vorerst aufgehalten – aber nicht unbedingt vom Tisch. Aber auch in Deutschland gibt es neue Entwicklungen: seit dem Erscheinen und der Bekanntgabe der RDO Asphalt werden Performance-Eigenschaften wie Steifigkeit und Ermüdung auch in Deutschland praktisch angewendet. Mit der bevorstehenden Einführung der RStO 12 gilt dann die Forderung dass bei einer dimensionierungsrelevanten Beanspruchung größer 100 Mio. der Aufbau mit Hilfe der RDO dimensioniert werden sollte. Während die europäische Normung das Asphaltmischgut beim Verlassen des Asphaltmischwerkes betrachtet, bezieht sich die RDO Asphalt auf die fertige Schicht. Spätestens dann kommt ein Bauvertrag ins Spiel, bei dem es viel zu bedenken gibt. Der vorliegende Beitrag erläutert die Problematiken, die Denkmodelle und wagt einen Blick in die Zukunft.

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

1 Performance Asphalt – worum geht es?

Innerhalb der Anforderungspyramide (Bild 1) stehen die Anforderungen des Nutzers (also des Autofahrers – und Steuerzahlers) ganz an der Spitze. Er verlangt Sicherheit, Fahrkomfort, Verfügbarkeit (also möglichst wenig Sperrzeiten und Staus) usw. Der Techniker übersetzt dieses in funktionale Anforderungen wie solche an Griffigkeit, Ebenheit, Lärmminderung usw.

Bild 1: Anforderungspyramide (Quelle: R. Bull-Wasser, BASt)

Umgesetzt werden diese Anforderungen allerdings ganz am Boden der Pyramide, bei den Anforderungen an die Baustoffe und an die Zusammensetzung. Es werden bauvertragliche Anforderungen an den PSV-Wert von Gesteinen gestellt, um Griffigkeit zu erreichen, es werden Kornformen verlangt um Lärmminderung zu erreichen, es werden bestimmte Vorgaben an Sieblinien, Bindemittelgehalte, Hohlraumgehalte usw. gestellt, um verformungsbeständige und dauerhafte Straßen zu erzielen.

Beim Performance-Ansatz bleiben diese Dinge dem Auftragnehmer überlassen, stattdessen werden bauvertragliche Anforderungen an die elementaren Materialeigenschaften gestellt, wie an den Widerstand gegen Verformung, gegen Ermüdung oder gegen Kälterissbildung. Mit welchen Materialien und welchen Zusammensetzungen diese Anforderungen erreicht werden, bleibt dem Auftragnehmer überlassen und wird nicht Vertragsbestandteil.

Diese Eigenschaften beschreiben also das Gebrauchsverhalten von Asphalt, englisch die Performance. Performance (Asphalt) ist also das Gebrauchsverhalten von Asphalt, das anhand bestimmter Eigenschaften beschrieben wird, z. B. Steifigkeit, Verformungs- und Ermüdungswiderstand, Widerstand gegen Kälterissbildung und Dauerhaftigkeit.

Nicht zu verwechseln ist dies mit den funktionalen Anforderungen in den Funktionsbauverträgen. In Funktionsbauverträgen werden funktionale Anforderungen wie Griffigkeit, Ebenheit usw. über einen langen Zeitraum vereinbart, mit welchen Performance-Eigenschaften und/ oder mit welchen Materialeigenschaften der Auftragnehmer diese Eigenschaften erzielt und langfristig aufrecht erhält, bleibt alleine ihm überlassen. Bei Performance-Bauverträgen dagegen handelt es sich um reguläre Bauverträge, bei denen allerdings die Anforderungen an die Materialeigenschaften und Zusammensetzungen ersetzt werden durch Anforderungen an und Vereinbarung von Performance-Eigenschaften.

Weitergehend versteht man unter einer Performance-Prüfung die versuchstechnische Bestimmung von Kenngrößen, mit denen eine Performance-Eigenschaft unter Anwendung eines Stoffmodells bewertet werden kann. Das bedeutet, dass eine Performance-Eigenschaft nur direkt gemessen wird bei (möglichst) exakter Nachbildung der physikalischen (Spannungs-)Zustände und die Ergebnisse direkt Eingang finden können in z. B. Dimensionierungsmodelle oder andere Stoffmodelle. Beispiele hierfür sind die Bestimmung der Steifigkeit oder der Ermüdung sowie der Triaxialversuch zur Ermittlung der Verformungsbeständigkeit. Der bis heute übliche Begriff „performance-bezogen“ ist damit entfallen (sowohl nach deutschen Begriffsbestimmungen als auch in Europa), die damit verbundenen Prüfungen wie z. B. der Spurbildungsversuch sollten nicht mehr mit dem Begriff Performance in Verbindung gebracht werden.

Diese Prüfungen verlieren dadurch nicht an Bedeutung oder an Aussagekraft, sie werden vom Autor im Folgenden als „unterstützende Prüfungen“ bezeichnet. Der Begriff Performance soll den physikalisch korrekten Größen vorbehalten bleiben. Aus diesem Grund – und weil sich der Begriff inzwischen eingebürgert hat – soll in Deutschland der Begriff Performance verwendet werden und nicht Gebrauchsverhalten oder gebrauchsverhalten-orientiert wie in Nachbarländern.

Anmerkung:
Vorstehende Ausführungen beruhen auf dem Diskussionsstand Sommer 2012. Im Herbst 2012 wurde die zwingende Verknüpfung des Begriffs ‚Performance‘ mit einem – physikalisch mehr oder weniger exaktem – Stoffmodell noch einmal in Frage gestellt, der Ausgang dieser Diskussion ist noch offen. Dieser Beitrag beruht aber auf der diskutierten strikten Trennung.

2 Performance Asphalt – Neues aus Europa

Dies geht auch einher mit den Änderungen in der Struktur der europäischen Asphaltnormen (EN 13108) im Laufe der derzeitigen Revision dieser Normen. Die derzeit gültigen Fassungen der europäischen Asphalt-Produktnormen sehen (nur) für Asphaltbetone, also im Teil 1 der Normenreihe, einen Performance-Ansatz vor (Bild 2).

Bild 2: Struktur der europäischen Norm EN 13108-1 für Asphaltbeton in der heute gültigen Fassung, dabei:
A: Performance Prüfungen, B: Unterstützende Prüfungen,
C: Zusammensetzungs-Vorgaben/Prüfungen

Dabei muss sich der Anwender nach einigen Grundforderungen entscheiden, ob er den bisherigen klassischen empirischen Weg (also mit Anforderungen an Zusammensetzung, Gesteinseigenschaften usw.) gehen möchte oder den Performance-Weg. Man hat aber festgestellt, dass dieses „entweder/oder“ nicht zu einer vermehrten Bereitschaft geführt hat, den Performance-Weg zu gehen. Die neue Fassung der europäischen Asphaltproduktnormen, die Anfang 2013 zur CEN-Umfrage veröffentlicht werden, listet daher – um die Akzeptanz auch einzelner Performance-Prüfungen zu erhöhen – Anforderungen mit Performance-Prüfungen, mit unterstützenden Prüfungen und  Zusammensetzungsvorgaben/Prüfungen gleichberechtigt nebeneinander (Bild 3). Ein „Leitfaden zur Vermeidung von Überspezifikationen“ hilft dem Anwender, die richtigen Kombinationen zu finden. So kann z. B. der Widerstand gegen Verformung durch die Performance-Prüfung (und -Anforderung) mit dem Triaxversuch ermittelt werden, oder aber durch Anforderungen an die Zusammensetzung, verbunden mit nachfolgendem Spurbildungsversuch – aber nicht durch eine andere Kombination oder Vermischung.

Bild 3: Struktur der europäischen Produktnormen mit Performance-Ansatz in der bisherigen und in der künftigen Fassung, dabei: A: Performance Prüfungen, B: Unterstützende Prüfungen, C: Zusammensetzungs-Vorgaben/Prüfungen

Das Bild 4 zeigt übersichtlich, welche Performance-Eigenschaften in welche Normenteile übernommen wurden. Widerstand gegen Verformung, gemessen mit dem Triaxialversuch für die Asphaltbetone, Splittmastixasphalte und die offenporigen Asphalte (gleiches mit dem Widerstand gegen Kälterissbildung, der auch beim Gussasphalt eingefügt wurde). Steifigkeit und Ermüdungswiderstand finden sich in den Normenteilen für Asphaltbeton und Splittmastixasphalt.

Bild 4: Performance-Spezifikations-Möglichkeiten in den künftigen europäischen Produktnormen

Als weitere Prüfung wurde auch aufgenommen der Wehner-Schulze-Versuch, europäisch „friction after polishing“ (FAP), also Reibung nach Polieren. Hierbei handelt es sich nach Meinung des Autors (noch) um eine unterstützende Prüfung, keine Performance-Prüfung, da sich die Bewertung auf einen Erfahrungshintergrund stützt, (noch) nicht auf ein eindeutiges Stoffmodell. (Vgl. die Anmerkung am Ende des Abschnitts 1 dieses Beitrags)

Zusammenfassend: Die kommende 2. Generation der europäischen Asphaltnormen – sofern in der anstehenden CEN-Umfrage nicht noch grundlegende Änderungen durchgeführt werden – erweitern die Möglichkeiten zur Anwendung von Performance und erleichtern auch ein schrittweises „Herantasten“ an die Vereinbarung von Performance-Eigenschaften in Spezifikationen.

3 Performance Asphalt – Bauvertragliche Regelungen und Schwierigkeiten

Die europäischen Asphaltnormen beschreiben das Bauprodukt Asphalt, also die Eigenschaften des Asphaltmischgutes, wie es auf dem Lkw das Asphaltmischwerk verlässt. Performance – wie eingangs ausgeführt – bedingt aber den Eingang in ein Stoffmodell. In Deutschland sind dies in erster Linie die „Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht (RDO Asphalt)“, welche Eingangsgrößen für Steifigkeit und Ermüdung benötigt sowie Aussagen über das Verformungsverhalten mittels Triaxialversuch. Die Frage ist, an welcher Stelle diese Eigenschaften ermittelt werden (Bild 5).

Bild 5: Bauvertragskette und unterschiedliche PerformanceAnsätze in den europäischen Normen (EN 13108) und in der rechnerischen Dimensionierung (RDO)

Sind die Eingangsgrößen für die rechnerische Dimensionierung die Größen, wie sie an im Labor hergestellten Probekörpern gefunden wurden – und wie sie auch in den europäischen Asphaltnormen beschrieben werden? Oder sind es die Werte, die nach dem Einbau an Bohrkernen aus der fertigen Schicht ermittelt wurden? Oder gar an solchen mit einigen Jahren Liegezeit „auf dem Buckel“?

Bild 6: Unterschiedliche Ansätze der Performance-Größen (vgl. Bild 5) erzeugen unterschiedliche Ergebnisse und unterliegen unterschiedlichen Schwankungen mit bisher unbekannten Auswirkungen – Wer verantwortet was im Bauvertrag?

Es ist bekannt, dass im Labor hergestellte Probekörper andere (Performance-)Eigenschaften aufweisen als Bohrkerne aus der fertigen Schicht. Hinzu kommt, dass durch unvermeidbare Schwankungen bei der Asphaltmischgutproduktion auch die (Performance-)Eigenschaften schwanken und dass durch unterschiedliche Geräte und Bedingungen beim Einbau ebenfalls Schwankungsbreiten in den (Performance-)Eigenschaften entstehen.

Wie groß diese Schwankungen sind und vor allem, welche Auswirkungen sie haben, ist derzeit noch nicht bekannt. Für einen Performance-Bauvertrag natürlich eine äußerst ungünstige Ausgangsposition, denn in einem Vertrag muss klar geregelt werden, welche Partei welche Verantwortungen übernimmt, welche Schwankungsbreiten hingenommen werden (können) und wie mit eventuellen Abweichungen umgegangen wird.

Also: Belastbare bauvertragliche Regelungen für Performance-Eigenschaften müssen her! Wo stehen wir auf diesem Wege heute? Vier Positionen dazu:

Zunächst noch einmal ein Blick nach Europa: Wie oben aufgeführt, wird die neue Generation der europäischen Asphaltnormen den Einsatz von Performance-Eigenschaften vereinfachen und erweitern. Wird auch die Werkseigene Produktionskontrolle hieran angepasst? Antwort: Nein. In der EN 13108-21 bleibt es bei der Prüfung der Zusammensetzung und des Hohlraumgehaltes jeder 5. Probe, woraus Rückschlüsse auf die anderen Asphalteigenschaften gezogen werden. Eine andere Herangehensweise ist bei der Werkseigenen Produktionskontrolle – bei der es auf Schnelligkeit und Flexibilität ankommt – derzeit auch nicht denkbar. Natürlich wird sich jeder Asphalthersteller, der mit Performance arbeitet oder arbeiten will, einen Überblick über die Eigenschaften und Schwankungen seiner Asphalte verschaffen, kann dies aber nicht regelmäßig und zeitnah im Rahmen der Werkseigenen Produktionskontrolle durchführen.

Sehr zeitig nach Erscheinen der RDO Asphalt wurden die „Empfehlungen für die Abwicklung von Bauverträgen bei Anwendung der RDO Asphalt“ herausgegeben. Hierin wird im Prinzip empfohlen, die Performance-Eigenschaften an im Labor hergestellten Probekörpern zu ermitteln und bei der Abnahme dann Schwankungen in der Asphaltzusammensetzung zuzulassen, wie sie heute in der ZTV Asphalt-StB zulässig sind. Eine pragmatische Lösung, die aber nur eine Übergangsregelung bleiben kann, weil man bei stringenter Anwendung keinerlei Informationen über die Schwankungen der relevanten Performance-Parameter erhalten würde.

Der FGSV-Arbeitskreis 7.1.3 „Performance-basierte Vertragsbedingungen“ hat die Aufgabe, für Verträge mit Anwendung der RDO Asphalt weiterzugehen. Aber auch hier geht es (derzeit noch) nicht ohne herkömmliche Prüfungen. Diskussionsstand (2. Jahreshälfte 2012) ist eine Regelung, dass bei Kontrollprüfungen herkömmlich alle 6.000 m2 geprüft wird und aus diesen Untersuchungsergebnissen – in erster Linie anhand der Beurteilung des Hohlraumgehaltes der fertigen Schicht – homogene Abschnitte zusammengefasst werden. Dort werden Bohrkerne entnommen, an denen dann Performance-Prüfungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse werden verwendet zu einer Lebensdauerberechnung, welche Grundlage wird zur Leistungsbeurteilung und zur Abrechnung. Ungelöst ist aber derzeit noch, ob man „herkömmlich“ homogene Abschnitte für Performance bilden kann und ob man hierfür „einfach“ die Toleranzen der ZTV Asphalt anwenden kann.

Äußerst aufschlussreich ist ein Blick über die Grenzen hinaus. Zum Beispiel wurde im Nachbarland Österreich gerade die 2. Generation der „Gebrauchsverhalten orientierten Regelungen“ eingeführt. Auch hier wird dem Hohlraumgehalt der fertigen Schicht besondere Bedeutung zugemessen, indem bei der Abnahme alle 2.000 m2 eine Hohlraumgehaltsbestimmung stattfindet, bei Einhaltung bestimmter Grenzen werden (nur) alle 24.000 m2 Performance-Prüfungen durchgeführt. Durch Erfahrungssammlung hat man hierzu bestimmte Spannen festgelegt. Es wird äußerst interessant werden, die weiteren Erfahrungen in Österreich zu beobachten.

Bis zum Erhalt belastbarer bauvertraglicher Regelungen für Performance-Eigenschaften ist es also noch ein langer Weg ….

4 Performance Asphalt – Wo werden wir morgen stehen?

…. wo werden wir morgen stehen? Optimistische Aussage des Autors: Einen großen Schritt weiter! Vier Argumente hierfür:

Mitte des Jahres 2012 hat das Forschungsvorhaben „Repräsentative Ermittlung der performance-relevanten Asphalteigenschaften als Grundlage neuer Vertragsbedingungen“ begonnen. Bis Ende 2014 werden hier bei 21 Baumaßnahmen Performance-Eigenschaften in der Kette Erstprüfung, Asphaltherstellung und fertige Schicht geprüft, verglichen und entsprechende Rückschlüsse gezogen.

Genau das oder etwas Ähnliches haben einige Nachbarländer – z. B. die Niederlande oder Österreich – bereits hinter sich und wenden Performance-Regelungen bereits an. Diese Entwicklungen und Erfahrungen bleiben auf unserer Seite natürlich nicht unbeobachtet, wir können und werden vieles aus den Erfahrungen unserer Nachbarn lernen.

Der Einsatz der rechnerischen Dimensionierung ist bisher auf wenige Einzelfälle beschränkt geblieben. Mit der Einführung der neuen RStO 12 wird sich dieses voraussichtlich aber ändern, denn die RStO 12 enthalten die Aussage, dass bei einer dimensionierungsrelevanten Beanspruchung > 100 Mio. der Aufbau mit Hilfe der RDO dimensioniert werden sollte. Es ist aus Erfahrung zu erwarten, dass die Formulierung „sollte“ mit der Zeit mehr und mehr in Richtung „soll“ wandert und entsprechend schwer belastete Strecken zukünftig verstärkt rechnerisch dimensioniert und entsprechend ausgeschrieben werden, auch wenn die bauvertraglichen Grundlagen hierfür noch in den Kinderschuhen (oder in den Windeln) stecken, Stichwort „Erfahrungssammlung“.

Alle diese Entwicklungen haben dazu geführt, dass in Deutschland mehr und mehr dynamische Prüfmaschinen betrieben werden, mit zunehmender Erfahrung Schwachstellen hieran aufgedeckt und beseitigt werden und wir langsam aber stetig die Scheu und Skepsis vor aufwändigen und komplizierten Prüfverfahren verlieren. Alleine die Verbreitung des Wehner-Schulze-Gerätes und seine Aufnahme in die europäischen Normen zeigt doch in diese Richtung. Ein vereinfachter Triaxialversuch und die (europäische) Durchsetzung des dynamischen Spaltzugschwellversuches zeigen auch in diese Richtung – zu Performance Asphalt!