Die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen hat als ureigene Aufgabe sich mit Forschung, das heißt Innovationen und Weiterentwicklungen zu beschäftigen und aus den Forschungsergebnissen die Fortschreibung der Regelwerke zu initiieren. Unzählige Forschungsvorhaben im Rahmen der FGSV haben in den vergangenen Jahrzehnten den Asphaltstraßenbau in Deutschland vorangebracht und zu hohem Standard weiterentwickelt. Hier sind in Zusammenarbeit von Industrie, Verwaltung und Wissenschaft viele Ideen entstanden, in Forschungsvorhaben untersucht und in der Praxis weiterentwickelt worden. Im Wesentlichen sind es zwei Gründe für die Innovationen, nämlich das Auftreten von Problemen, die einer Lösung zuzuführen sind oder der Versuch, sich mit neuen Ideen, umgesetzt in Produkte und/ oder Verfahren, im Markt Vorteile oder Chancen zu erarbeiten. Schwerpunkte der Tätigkeiten der Arbeitsgruppe „Asphaltbauweisen“ in der FGSV sind vorrangig die Produkte, die Prüfverfahren und das Erstellen von Regelwerken und in geringerem Ausmaß, Hinweise für die Herstellung von Asphalt und den jeweiligen Bauverfahren. Ziele sind Verbesserung, Erhöhung der Effektivität und Wirtschaftlichkeit im Sinne der Nutzer. Im Bereich der Produktentwicklung wird unter dem Thema Lärmreduzierung eine Reihe von Entwicklungen im Asphaltstraßenbau vorangetrieben. Neben offenporigen Belägen wurden die lärmoptimierten Walzasphalte wie AC D LOA, SMA LA sowie lärmoptimierte Gussasphalte (PMA) untersucht und mit speziellen Bindemitteln erfolgreich angewendet. Die Wiederverwendung von Ausbauasphalt im Heißmischgut und nach jahrzehntelangen Erfahrungen mit Paralleltrommelanlagen ist der Asphaltstraßenbau noch immer in Diskussion über Zugaberaten, Begrenzung derselben, Doppelumhüllung und Qualitätsgesichtspunkte. Auch hier ist unter diesen Themen Bedarf für neue Konzepte. Künftig wird man vermehrt das Augenmerk auf die Weiterentwicklung der Bindemittel legen müssen sowohl für die Wiederverwendung als auch Verbesserung der Haltbarkeit. Inwieweit sich Rechenmodelle unter Verwendung von „besseren“ Bindemitteln in Form von dünneren Asphaltschichten realisieren lassen, wird die Zukunft zeigen. Ob wir hierzu den nötigen Mut aufbringen, wird entscheidend für weitere Innovationen sein. Für die Prüfung von Bitumen und Asphalt stützen wir uns nach wie vor, zumindest gemäß Regelwerk, im Wesentlichen auf Prüfverfahren, die schon seit Jahrzehnten in Gebrauch sind. Daher ist die Frage zu stellen, ob die Aussagekraft dieser Verfahren in Verbindung mit entsprechendem Erfahrungshintergrund ausreichend ist, um hochwertige Asphaltstraßen herzustellen. In der Zukunft sollte unter Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten und fairer Risikoverteilung das Umsetzen neuer Ideen, die Anwendung neuer Produkte und Verfahren mutiger angegangen und schneller umgesetzt werden.

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

1 Einleitung

Diskussionen über Innovation, Forschung, Entwicklung, Vernetzung, Industrie 4.0 sind derzeit aus den aktuellen Nachrichten nicht mehr weg zu denken, dies trifft auch für den Asphaltstraßenbau zu.

Die Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen hat, wie auch der Name schon sagt, als ureigene Aufgabe sich mit Forschung, das heißt Innovationen und Weiterentwicklungen zu beschäftigen und aus den Forschungsergebnissen die Fortschreibung der Regelwerke zu initiieren, dies auch und insbesondere als Betreuer von öffentlichen Forschungsgeldern. Gemäß den Informationen im Internetauftritt ist daher folgerichtig das Hauptziel der FGSV „die Weiterentwicklungen der technischen Erkenntnisse im gesamten Straßen- und Verkehrswesen“.

Bild 1: Gremienstruktur in der AG 7

Unzählige Forschungsvorhaben der Arbeitsgruppe „Asphaltbauweisen“ im Rahmen der FGSV haben in den vergangenen Jahrzehnten den Asphaltstraßenbau in Deutschland vorangebracht und zu hohem Standard weiterentwickelt. Auch wenn das Wort Innovation innerhalb der Gremien der FGSV nur im AK 7.3.3 „Innovationen“ vorkommt, beschäftigen wir uns satzungsgemäß überwiegend mit Innovationen.

Hier sind in Zusammenarbeit von Industrie, Verwaltung und Wissenschaft viele Ideen entstanden, in Forschungsvorhaben untersucht und in der Praxis weiterentwickelt worden.

2 Was sind Innovationen

In Fachkreisen wird häufig über Innovationen diskutiert, ohne dass definiert wird, was Innovationen sind und was Innovationen von kreativen Ideen unterscheidet. Sicherlich benötigt man kreative Mitarbeiter, um aus Ideen auch realisierbare Tätigkeiten, Verfahren und Produkte werden zu lassen. Viele kleine Verbesserungen, die eher unter dem Begriff kontinuierliche Verbesserungsmaßnahamen laufen, werden häufig schon als Innovationen bezeichnet. In der Fachliteratur unterscheidet man zwischen Routineinnovation, Verbesserungsinnovation und Basisinnovation. In unserem Bereich Asphaltstraßenbau dürften sich die Innovationen meist im Bereich der Verbesserungsinnovationen bewegen, Basisinnovationen oder grundsätzlich Neues wie vielleicht Blacktopping oder PMA sind die Ausnahme und sehr selten.

Im Wesentlichen sind es zwei Gründe, die zu Innovationen führen, nämlich das Auftreten von Problemen, die einer Lösung zuzuführen sind oder der Versuch, sich mit neuen Ideen, umgesetzt in Produkte und/oder Verfahren, im Markt Vorteile oder Chancen zu erarbeiten. Gerade letzteres ist in unserem stark reglementierten Markt nicht einfach um zu setzen. Jedes ungeregelte Produkt oder Verfahren muss bis zum Erfolg den langen Weg durch die Gremien gehen.

Bild 2: Innovationstypen (Quelle: Härtschen, Scherer, Brüggen, Innovationsmanagement)

Damit sind die Schwerpunkte der Tätigkeiten in der Arbeitsgruppe „Asphaltbauweisen“ vorrangig Prüfung und Bewertung von Produkte, Erarbeitung von Prüfverfahren und das Erstellen von Regelwerken und in geringerem Ausmaß, Hinweise für die Herstellung von Asphalt und den jeweiligen Bauverfahren. Auch in der Öffentlichkeit wird dem Thema Innovation ein breiter Raum eingeräumt, Straße im 21. Jahrhundert, Wettlauf um die Straße der Zukunft, Straßenbau 4.0 und ähnliche Schlagzeilen gehen durch die Presse. Und auch das BMVI hat ein Programm aufgelegt, um die Weiterentwicklung des Straßenbaus zu fördern.

Bild 3: Straße im 21. Jahrhundert – Programmplan BMVBS (Quelle: BMVS Straße im 21. Jahrhundert)

Bei allen Aktivitäten handelt es sich im Wesentlichen um zwei Bereiche, nämlich Produkt- und Prozessinnovationen. Beides soll letztlich dazu führen, den Straßenbau besser, effektiver, schneller, wirtschaftlicher zu machen und dabei auch noch leiser, verformungsbeständiger, witterungsunempfindlicher, unterhaltungsfreundlicher und zu guter Letzt als Resultat wirtschaftlicher für den Steuerzahler und komfortabler für die Nutzer zu werden.

Zu den Prozessinnovationen gehören u. a. die Herstellung von Asphalt, die Logistik und der Einbau, nicht zu vergessen die Prüftechnik und auch die Erarbeitung der Regelwerke sowie die Aus- und Weiterbildung unserer Mitarbeiter.

3 Innovationen und Innovationspotenzial

3.1 Produkte

Schwerpunktthemen sind aktuell produktseitig vor allem drei Bereiche. Lärm, Verlängerung der Nutzungszeiten sowie Wiederverwendung. Dementsprechend beschäftigen wir uns mit der Optimierung der Deckschichten, Offenporigem Asphalt, lärmoptimiertem Gussasphalt, lärmoptimierte Walzasphalte wie AC D LOA, SMA LA, PMA, DSH-V. Die Eigenschaften des Asphaltes hängen aber nicht nur von der Korngrößenverteilung ab, sondern im Wesentlichen auch vom verwendeten Bindemittel. Insofern ist das Thema Bitumenmodifizierung eine der wichtigsten Aktivitäten mit einem großen Innovationspotenzial. Während bei der Kornzusammensetzung praktisch alle Variationsmöglichkeiten erprobt sind, ist die Verwendung des richtigen und optimierten Bindemittels noch weit von einer optimalen Lösung entfernt, obwohl im Regelwerk und in der praktischen Verwendung schon viele Neuerungen Eingang gefunden haben.

Das Bild 4 zeigt die Vielfalt unserer Mischgutsorten am Beispiel von Deckschichtasphalten mit einem Größtkorn von 8 mm. Das Bild 5 stellt die Entwicklung auf der Bindemittelseite von der ZTV bit-StB 84 über die ZTV/TL Asphalt-StB 07/13 bis zu der derzeit schon in Verwendung befindliche Bitumen dar.

Hier zeigt sich, dass bezüglich Korngrößenverteilung praktisch alle möglichen Varianten eingesetzt werden und nur noch geringfügige Veränderungen möglich sind. Die Vielfalt der Bindemittel wird sich weiter erhöhen, weil gerade hier noch erhebliches Innovationspotenzial besteht.

Bild 4: Sieblinien für Deckschichtasphalte

Bild 5: Bindemittel für Asphaltmischgut

Im Bereich der Produktentwicklung wird unter dem Thema Lärmreduzierung eine Reihe von Entwicklungen im Asphaltstraßenbau vorangetrieben, wobei manche Konzepte schon vor Jahrzehnten erfolgreich angewendet wurden. Neben offenporigen Belägen wurden die lärmoptimierten Walzasphalte wie AC D LOA, SMA LA sowie lärmoptimierte Gussasphalte (PMA) untersucht. Insbesondere im Bereich dieser lärmoptimierten Beläge wurden spezielle Bindemittel wie hochpolymermodifiziertes Bitumen oder gummimodifiziertes Bitumen angewendet. Nach wie vor besteht ein großer Innovationsbedarf bezüglich Bindemittel, um die Nutzungszeiten zu erhöhen. Allerdings ist es bis heute nicht gelungen, Asphalte mit gummimodifiziertem Bitumen als Regelbauweise zu etablieren. Dies insbesondere deshalb, weil die prüftechnische Erfassung solcher Produkte nicht ausreichend gelöst ist.

3.2 Herstellung

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Herstellung von Asphalt nicht grundsätzlich verändert. Zwar hat der Einsatz einer verbesserten Verbrennungstechnik zu einem reduzierten Schadstoffausstoß geführt, der Einsatz von neuen Brennstoffen wie BKS zu einer Kostenreduzierung geführt, die neuen Mischanlagen mit erhöhten Stundenleistungen können Baustellen besser bedienen, der wesentliche Fortschritt ist jedoch der Einsatz von Asphaltgranulat.

Nach etwa 40 Jahren Wiederverwendung von Ausbauasphalt im Heißmischgut und nach Erfahrungen von mehr als 30 Jahren mit Paralleltrommelanlagen ist es den Asphaltproduzenten nicht gelungen, Vertrauen in diese Verfahren zu implizieren, so dass wir auch im Jahre 2015 noch über Zugaberaten, Begrenzung derselben, Doppelumhüllung und Qualitätsgesichtspunkte diskutieren müssen.

Jeder Mischanlagenbetreiber weiß inzwischen, wie Ausbauasphalt aufzubereiten ist, damit die Anforderungen an die Homogenität des Asphaltgranulates eingehalten werden. Durch Methoden wie Brechen, Sieben und Umsetzen lassen sich Werte erzielen, die innerhalb der Toleranzen der ZTV für Mischgut liegen. Lediglich bei der Viskosität, bestimmt als Erweichungspunkt, sind Überschreitungen zu finden. Dies hat dazu geführt, dass vermehrt Rejuvenatoren untersucht werden, um die Viskosität zu reduzieren. Der Markt bietet auf diesem Sektor eine Vielzahl von Produkten an, die mehr oder weniger gut geeignet sind. Alle führen kurzfristig zum Erfolg, mache verlieren aber sehr schnell ihre Wirkung. Diese Problematik eröffnet ein großes Forschungsfeld, zumal in der Zukunft mit deutlich höheren Erweichungspunkten zu rechnen ist, nicht nur durch die Verwendung härterer Bitumensorten, vermehrtem Einsatz von polymer- oder wachsmodifizierten Bitumen.

Auch hier ist unter diesen Themen Bedarf für neue Konzepte.

Im Laufe der letzten Jahrzehnte wurden diverse Deckschichtasphalte entwickelt bzw. weiterentwickelt und auch ins Regelwerk integriert. Bezüglich der Korngrößenverteilung dürften alle wesentlichen Varianten analysiert und ausgetestet worden sein. Künftig wird man vermehrt das Augenmerk auf die Weiterentwicklung der Bindemittel legen müssen.

Inwieweit sich Rechenmodelle unter Verwendung von „besseren“ Bindemitteln in Form von dünneren Asphaltschichten realisieren lassen, wird die Zukunft zeigen. Ob wir hierzu den nötigen Mut aufbringen, wird entscheidend für weitere Innovationen sein.

3.3 Logistik und Einbau

Thermoisolierte Fahrzeuge, Sprühfertiger, Kompaktbauweise, Beschicker, Walzenmanager, Oszillationswalzen, Thermografie, flächendeckende Verdichtungskontrolle und vieles mehr haben aber dazu geführt, dass die fertige Straße qualitativ einen hochwertigen Stand erreichen kann.

Straßenbaumaßnahmen unterscheiden sich zum Teil aufgrund ihrer äußeren Bedingungen erheblich. Lage in der Landschaft, Höhe, klimatische Situation, Verkehrsbelastung sind nur einige Kriterien, die berücksichtigt werden müssen und somit jedes Bauwerk zu einem Unikat werden lassen. Viele Projekte unter Nutzung neuer Informations- und Digitaltechnik zeigen auf, dass Baustellenabläufe noch Optimierungspotenzial aufweisen.

Die vielversprechenden Versuche, den Asphaltstraßenbau prozesssicherer zu machen, können aber einen wesentlichen qualitätsrelevanten Faktor nicht beseitigen, nämlich die äußeren Witterungsbedingungen.

Bild 6: Beispiel Prozesssicherer Automatisierter Straßenbau (PAST)

3.4 Prüftechnik

Für die Prüfung von Bitumen und Asphalt stützen wir uns nach wie vor, zumindest gemäß Regelwerk, im Wesentlichen auf Prüfverfahren, die schon seit Jahrzehnten, zum Teil schon seit Beginn des letzten Jahrhunderts, in Gebrauch sind. Brechpunkt nach Fraaß, Penetration, Erweichungspunkt Ring und Kugel, gehören zu Standardprüfprogrammen nicht nur in Deutschland. Daher ist die Frage zu stellen, ob die Aussagekraft dieser Verfahren in Verbindung mit entsprechendem Erfahrungshintergrund ausreichend ist, um hochwertige Asphaltstraßen herzustellen. Mag das früher noch ausreichend gewesen sein, so ist heute mit zunehmendem Gebrauch modifizierter Bindermittel neue oder zumindest ergänzende Prüfverfahren nötig, weil die Aussagekraft der alten Prüfverfahren für modifizierte Bindemittel begrenzt sind.

Möglicherweise sind neue Prüfverfahren, sei es DSR und BBR oder Dynamischer Druckschwellversuch und Spurbildungsversuch, noch nicht ausgereift oder nicht ausreichend praxisrelevant.

Trotz langjähriger guter Erfahrungen haben viele Performanceprüfungen noch keinen Eingang in unsere Regelwerke gehalten. Die im Bild 7 genannten Beispiele sind seit Jahrzehnten in Gebrauch, aber nicht überall gleicher Art verbreitet.

Bild 7: Asphaltprüfungen (Bespiele)

3.5 Regelwerke

Unsere Regelwerke entwickeln sich weiter, neue Mischgutsorten, neue Bitumenmodifizierungen werden in Technische Lieferbedingungen aufgenommen.

Am Beispiel Deckschichtasphalte ist im Bild 8 dargestellt, welche Entwicklung von der TVbit 72 bis zur ZTV Asphalt-StB 07 ergab. SMA und OPA sind inzwischen geregelt, möglicherweise enthält eine Überarbeitung in der nächsten Fassung den PMA.

Bild 8: Deckschichtasphalte im Regelwerk

Unsere Regelwerke zeichnen sich in steigendem Maße durch einen hohen Detaillierungsgrad aus. Dieser ist durchaus zu diskutieren, insbesondere, da grundsätzlich der Einsatz des Ingenieurverstandes gefordert ist. Dies kann in den vielen Einzelfällen auch zu besseren Lösungen führen und sollte entsprechend nicht unnötig eingeschränkt werden. Auf der anderen Seite lässt auch der Bekanntheitsgrad verschiedener Regelwerke zu wünschen übrig, wodurch das dort vorhandene Wissen nicht zum Einsatz kommt.

Während in anderen Industrieländern die Tendenz überwiegt, die fertigen Produkte zu prüfen, glauben wir, dass Qualität und Praxisverhalten in unsere Baumaßnahmen hineingeprüft werden können.

Sicherlich ist es richtig, für besondere Baumaßnahmen rechnerisch zu dimensionieren, die Auswahl der Baustoffe besonders sorgfältig zu handhaben, durch zusätzliche Prüfungen kann Produktions- und Einbauüberwachung mittels digitaler Technik verbessert werden, über die Rolle der Kontrollprüfungen kann neu nachgedacht werden, da in der jetzigen Form diese Prüfungen zu spät kommen, um noch eingreifen zu können.

3.6 Ausbildung

Der Ausbildung und im verstärkten Maße der Weiterbildung kommt auch im Asphaltstraßenbau eine immer größer werdende Bedeutung zu. Das Innovationspotenzial im Hinblick auf die insgesamt zu erwartenden Qualitätsverbesserungen auf allen Ebenen hängen nicht nur von Produkten und Prozessen ab, sondern auch wesentlich von Wissen, Engagement und Erfahrung unserer Mitarbeiter, welche in das fertige Bauwerk einfließen. Betroffen sind davon alle Schritte von Planung bis Fertigstellung also vom Auftraggeber bis zum Auftragnehmer unter Beteiligung der Prüf- und Forschungsinstitutionen.

Der zunehmende wirtschaftliche Druck hat in vielen Bereichen dazu geführt, dass Personal abgebaut und qualifizierte Mitarbeiter zusätzliche Tätigkeiten übernehmen mussten. Gerade deshalb ist es wichtig, dass unsere Mitarbeiter für die jeweiligen Tätigkeiten gut geschult und qualifiziert sind. Dazu gehört auch, dass jeder Einzelne die Grenzen seiner Befugnis kennen muss, dies wiederum setzt innovative Strukturen voraus. Mit dem Angebot des Asphaltstudiums, das seit einigen Jahren von wechselnden Universitäten angeboten wird, ist es gelungen, bei vielen Interessierten die Theorie und Praxis des Asphaltstraßenbaus umfassend zu vertiefen.

Neben der fachlichen Seite ist es jedoch auch unerlässlich, den beteiligten Mitarbeitern ausreichend Standvermögen zu vermitteln, das auch unter großem äußeren und wirtschaftlichen Druck Grenzen aufrecht erhalten werden.

Neue Techniken, Anlagen und Maschinen werden immer komplexer. Mess- und Überwachungsmöglichkeiten immer umfassender, trotzdem kann gelegentlich der Eindruck nicht von der Hand gewiesen werden, dass Qualität und Nutzungsdauer von Asphaltstraßen insbesondere der Deckschichten sich trotz des Nutzens modernster Technik nicht verbessert hat. Hier sind künftig alle Instrumente für Schulung, Ausbildung, Weiterbildung besser zu nutzen.

4 Herausforderungen für die Zukunft

Auch wenn die Entwicklungen im Asphaltstraßenbau in den letzten Jahren an Dynamik zugenommen haben, sind noch viele Herausforderungen zu meistern. Ideen gibt es viele, in jedem Monat wird ein neues „Wundermittel“ in Form von Additiven zur Verbesserung der Bitumeneigenschaften angeboten. Einige sind nützlich, viele sind das Geld nicht wert, dass sie kosten. Unser Problem ist es, zu definieren, welche Stoffe sinnvoll sind und wie dies im Vorfeld prüftechnisch ausreichend beurteilt werden kann.

Wie erwähnt sind die Möglichkeiten der Bitumenmodifizierung bei weitem nicht ausgeschöpft, Ideen gibt es vielfältig, vor einem Einsatz müssen neue Produkte jedoch umfassend geprüft werden. Einzelne Prüfinstitute verfügen hier über langjährige praktische Erfahrungen mit speziellen Prüfverfahren, die jedoch nicht genormt sind und nicht der gesamten Branche zu Verfügung stehen. Hier besteht Bedarf zu Vereinheitlichung, um neue Produkte vergleichbar beurteilen zu können.

Das Thema Wiederverwendung bleibt auf der Agenda. Die maschinentechnischen und produkttechnischen Details sind erprobt und bewährt, Zugabemengen bis zu 100 % sind möglich, im Fokus stehen derzeit die Alterungsverhalten, gemessen als EP RuK, und damit verbunden der Einsatz von „Verjüngungsmitteln“.

Eine erhöhte Prozesssicherheit in den Baustellenablauf zu bringen, wird weiterhin eine große Herausforderung bleiben, insbesondere auch unter Einbeziehung neuer digitaler Möglichkeiten. In diesem Zusammenhang darf aber nicht vergessen werden, dass Straßenbau nicht nur aus großen Maßnahmen besteht, sondern gerade die kleinen oder auch Erneuerungsmaßnahmen, die unter widrigen Umständen stattfinden, besondere Beachtung verdienen.

5 Resümee

In den letzten Jahren wurde im Rahmen der Möglichkeiten vieles erreicht und in die Praxis umgesetzt, auch wenn manches nur langsam voran gekommen ist. Zusammenfassend muss man aber darlegen, dass innovative Themen im Asphaltstraßenbau im Rahmen der Aktivitäten der Arbeitsgruppe „Asphaltbauweisen“ durchaus eine Erfolgsgeschichte haben. Nach wie vor hat die Asphalttechnologie in Deutschland einen hohen Stand und Stellenwert.

Im Rahmen dieses Vortrages konnten nur einige Themen angerissen werden, jedem Thema könnte ein eigener Vortrag gewidmet werden. Es zeigt sich aber wieder einmal, dass auch im Asphaltstraßenbau noch ein erhebliches Innovationspotenzial steckt, welches die Bauweise stärken kann, wenn die Herausforderungen konsequent und effektiv angenommen werden.

In der Zukunft sollte unter Berücksichtigung von Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten und fairer Risikoverteilung das Umsetzen neuer Ideen, die Anwendung neuer Produkte und Verfahren mutiger angegangen und schneller umgesetzt werden.

Wenn dies mit Augenmaß, Ingenieurverstand und Verantwortungsbewusstsein geschieht, dürfte es auch in Zukunft möglich sein, die immer vorhandenen Innovationspotenziale zu nutzen, den Herausforderungen aus zunehmender Verkehrsbelastung und aus Klimaveränderungen zu begegnen und den Asphaltstraßenbau weiter zu entwickeln.