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 1  Zeitliche Entwicklung der lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten aus SMA LA, AC D LOA und PMA

Mit Überführung der EU-Umgebungsrichtlinie ins nationale Regelwerk im Jahr 2005 gewannen die lärmarmen Asphaltdeckschichten immer mehr an Bedeutung, da sie eine Möglichkeit darstellen, das Reifen-Fahrbahn-Geräusch direkt an der Quelle zu reduzieren. So wurde im Jahr 2005 die erste Erprobungsstrecke SMA LA auf der BAB A 93 bei Schwandorf gebaut und der Lehrstuhl für Verkehrswegebau der Ruhr-Universität entwickelte im Auftrag der Stadt Düsseldorf die AC D LOA, damals noch unter dem Namen LOA 5 D. Die ersten AC D LOA-Strecken wurden im Jahr 2007 in Düsseldorf eingebaut. Im Jahr 2009 wurden die ersten PMA-Strecken gebaut. Durch das Konjunkturpaket II wurde der Einbau der lärmmindernden Asphaltdeckschichten in ganz Deutschland sehr schnell vorangetrieben.

Im Jahr 2014 wurden die „Empfehlungen für die Planung und Ausführung von lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten aus AC D LOA und SMA LA“ (E LA D) veröffentlicht und die Asphaltmischgutsorten AC D LOA und SMA LA somit ins Regelwerk aufgenommen. Hierbei flossen auch die Erkenntnisse aus dem Verbundprojekt Leiser Straßenverkehr 3 (LeiStra 3) zur Optimierung der Mischgutzusammensetzung der Asphaltmischgutsorte AC D LOA mit ein. Das AP PMA (Arbeitspapier für die Ausführung von Asphaltdeckschichten aus PMA) erschien im Jahr 2015. Bis zum jetzigen Zeitpunkt sind für die drei Asphaltmischgutsorten keine DStro-Werte definiert. Der zeitliche Verlauf ist nochmal im Bild 1 zusammengefasst.

Bild 1: Historie der Lärmarmen Asphaltdeckschichten

2 Lärmtechnisch optimierte Asphaltdeckschichten für den kommunalen Straßenbau

2.1 Bautechnische Aspekte

2.1.1 Allgemeines

In der Tabelle 1 ist eine Übersicht über die Zuordnung geeigneter Asphaltmischgutarten/-sorten in Abhängigkeit von der zulässigen Höchstgeschwindigkeit gegeben. Für Asphaltdeckschichten aus AC D LOA liegen Erfahrungen bis Bk32 vor, Asphaltdeckschichten aus SMA LA und PMA sind für alle Belastungsklassen nach RStO12 geeignet (FGSV 2014), (FGSV 2015).

Tabelle 1: Zuordnung geeigneter Asphaltmischgutarten/-sorten (Radenberg 2014)

Unter anderem folgende Besonderheiten sind bei der Planung von lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten zu berücksichtigen (FGSV 2014):

–  Auswahl eines längeren zusammenhängenden Straßenabschnittes mit stetigem Verkehrsfluss,

–  Vermeidung von kurzen Einbaufeldern,

–  nach Möglichkeit auch Erneuern der Unterlage zur Erhöhung der Ebenheit andernfalls Feinfräsen der Unterlage,

–  nicht geeignet in Bereichen mit hohen Schub- und Torsionsbeanspruchungen und Verkehrsflächen mit vielen Einbauten,

–  Reduzierung der Handeinbauflächen auf ein Minimum,

–  Vermeidung von Aufgrabungen,

–  Ausführung eines Probefeldes, wenn keine Erfahrungen mit lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten vorliegen.

2.1.2 SMA LA

Die erste Erprobungsstrecke mit dem Asphaltmischgut SMA LA mit einem Größtkorn von 5 mm und 8 mm wurde 2005 auf der BAB A 93 bei Schwandorf ausgeführt. Ziel war es, den Splittmastixasphalt (SMA) lärmtechnisch zu optimieren und dabei die Nachteile des offenporigen Asphaltes (höherer Aufwand und reduzierte Lebensdauer) zu vermeiden. Eine Lärmminderung für Pkw konnte nachgewiesen werden und nach Ermüdungsversuchen, durchgeführt an der TU Dresden, kann eine ca. 60 %ige höhere Nutzungsdauer gegenüber einer Asphaltdeckschicht aus PA 8 erreicht werden. (Ripke 2011), (Gärtner 2014)

Die Richtwerte für Asphaltmischgut SMA LA nach (FGSV 2014) sind in der Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2: Richtwerte für Asphaltmischgut SMA LA (FGSV 2014)

 2.1.3 AC D LOA

Die erste Strecke mit dem Asphaltmischgut AC D LOA, damals noch unter der Bezeichnung LOA 5 D, wurde im April 2007 in Düsseldorf auf der Mecumstraße eingebaut. Da die Ergebnisse dieser Erprobung durchweg positiv ausfielen, folgte im Sommer die Erneuerung des Kennedydamms. Auch diese Baumaßnahme verlief durchweg positiv, sodass weitere Städte, wie z. B. Essen, Mülheim an der Ruhr und Dortmund, auf die Bauweise aufmerksam wurden und ebenfalls bei der Erneuerung von Straßen mit hoher Lärmbelästigung anwendeten. Aufgrund der geringen Schichtdicken von 2,0 bis 2,5 cm und dem damit verbundenen schnelleren Auskühlen des Asphaltmischgutes wurden zum Teil jedoch zu geringe Verdichtungsgrade (< 97 %) festgestellt. Im Rahmen des Verbundprojektes LeiStra 3 wurde diese Problematik im Teilvorhaben VI-II „Optimierung der lärmtechnischen und bautechnischen Wirksamkeit und Nutzungsdauer dichter Asphaltdeckschichten“ aufgegriffen und das Verdichtungsverhalten des Asphaltmischgutes optimiert. Das Verbundprojekt LeiStra 3 wurde finanziert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und unterstützt vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI). Die Projektleitung lag bei der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt). Die größte Verbesserung des Verdichtungsverhaltens konnte dabei durch die Verwendung von Natursand mit einem Fließkoeffizient < 30 s als feine Gesteinskörnung 0/2 mm festgestellt werden. Der Einfluss dieser Optimierung auf die Texturparameter wurde ebenfalls überprüft und diese lagen weiterhin im akustisch günstigen Bereich (Beckenbauer, Root et al. 2017).

Die Richtwerte für das Asphaltmischgut AC D LOA nach (FGSV 2014) sind in der Tabelle 3 aufgeführt. Bei Einhaltung dieser Richtwerte und der allgemeinen Baugrundsätze (s. Kapitel 2.1.1) konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden.

Tabelle 3: Richtwerte für Asphaltmischgut AC 5 D LOA (FGSV 2014)

Die erste Probestrecke wird weiterhin beobachtet, so z. B. die Entwicklung der Oberflächentextur (Bild 2). Nach ca. 5 Jahren Nutzungsdauer konnte lediglich ein Abfahren des Bitumenfilms festgestellt werden. Im Jahr 2014 wurde ein Schadensfall in Form von Rissbildung in der AC D LOA-Deckschicht untersucht und es wurde festgestellt, dass die Rissbildung in erster Linie auf die inhomogene Zusammensetzung der Binderschicht mit zu geringem Bindemittelanteil und zu geringer Einbaudicke zurückzuführen ist. Ab dem sechsten Jahr wurden vereinzelte Kornverluste festgestellt (Bild 2 nach 84 Monaten).

Bild 2: Entwicklung der Oberflächentextur vor der Lichtsignalanlage Mecumstraße nach dem Einbau, nach 10 Monaten und nach 19 Monaten (Gogolin 2010) und nach 84 Monaten (Radenberg 2014)

2.1.4 PMA

Die lärmmindernde Asphaltdeckschicht PMA entstand aus der Weiterentwicklung des klassischen gewalzten Gussasphalts (MA). Die Vorteile des klassischen MA liegen in seiner langen Nutzungsdauer, seiner Griffigkeit und seiner Eignung für Strecken unter höchster Belastung. Jedoch ist er aufgrund des nachträglich aufgebrachten Abstreusplittes sehr rau und daraus folgend weist er höhere Lärmpegel auf. Diese Nachteile sollten bei der Entwicklung des PMA ausgeschlossen werden. Durch die Erhöhung des Anteils der groben Gesteinskörnung auf 70 M.-% konnte im oberflächennahen Bereich eine grobraue Textur ohne Abstreuung erreicht werden. Im unteren Bereich der Schicht setzt sich der feinkörnige, bindemittelreiche Mörtel  in den Hohlräumen des Splittgerüstes ab, sodass dort eine dichte Struktur vorliegt (Bild 3) (Jannicke 2010). Die Prozesssicherheit ist bei diesem Asphaltmischgut noch nicht hinreichend gewährleistet, so kam es bei verschiedenen Baumaßnahmen zu Mörtelanreicherungen an der Oberfläche und damit verbunden zur Einschränkung der akustischen Wirksamkeit. Im Rahmen des LeiStra 3 Teilvorhabens VI-II wurde der Einfluss der Asphaltmischgutzusammensetzung auf die Hohlraumverteilung untersucht und vertiefte Strukturanalysen mittels computergestützter Bildauswertung (CT) durchgeführt (Beckenbauer, Root et al. 2017). Die Ergebnisse flossen auch in die Richtwerte für Asphaltmischgut PMA (FGSV 2015), Tabelle 4, mit ein.

Tabelle 4: Richtwerte für Asphaltmischgut PMA 8 und PMA 5 (FGSV 2015)

Bild 3: PMA Hohlraumverteilung (Radenberg 2014)

Zurzeit wird am Lehrstuhl für Verkehrswegebau der Ruhr-Universität Bochum das BASt-Forschungsvorhaben FE 07.0280/2014/EGB bearbeitet, welches die „Entwicklung einer Prüfsystematik für Porous Mastic Asphalt (PMA)“ anstrebt, siehe Abschnitt 2.3.

2.2 Akustische Eigenschaften

Die lärmtechnische Wirkung der zuvor beschriebenen Asphaltmischgutarten erfolgt in erster Linie über die lärmtechnisch günstige Textur „Plateau mit Schluchten“. „Die konkave Gestalt führt bei gleichem Größtkorndurchmesser des Gesteinskörnungsgemisches aufgrund der geringeren lokalen Kontaktdrücke und der geringeren, den Reifen radial anregenden Schlagenergien, zu tendenziell leiseren Reifen-Fahrbahn-Geräuschen als die konvexe Gestalt“ (Beckenbauer 2008). Im Bild 4 sind die beiden Texturformen dargestellt. Die konkave Form wird gekennzeichnet durch auf einem Plateau liegende Texturspitzen mit verschieden ausgeprägten Schluchten. Diese Textur ist typisch für gewalzte Asphalte wie Splittmastixasphalt, Asphaltbeton. Bei der konvexen Form hingegen sind die Texturspitzen unterschiedlich stark ausgeprägt und dazwischen liegen „Täler“. Dies ist bei abgestreuten Asphalten, wie z. B. dem Gussasphalt, der Fall. Beschreiben lassen sich diese Texturformen durch den sogenannten Gestaltfaktor. Oberflächen mit einem Gestaltfaktor g zwischen 60 % und 90 % haben eine konkave Texturgestalt und abgestreute Flächen einen Gestaltfaktor zwischen 20 % und 60 %, wie im Bild 4 rot markiert. (Beckenbauer 2003), (Beckenbauer 2008)

Bild 4: Definition des Gestaltfaktors g zur Kennzeichnung der unterschiedlichen Gestalt von Texturen nach (Beckenbauer 2003)

Die Textur eines Gussasphaltes MA 8 S im Vergleich zur lärmoptimierten Asphaltdeckschicht AC 5 D LOA ist im Bild 5 zu sehen.

Bild 5: Texturaufnahmen MA 8 S und AC 5 D LOA (Gogolin 2012)

Auf der Mecumstraße wurden im Auftrage der Stadt Düsseldorf durch den TÜV jährlich CPX-Messungen durchgeführt und die Entwicklung der lärmtechnischen Eigenschaften überprüft. Die Ergebnisse sind im Bild 6 dargestellt. Die letzten Messungen des TÜV stammen aus dem Jahr 2013. Im Vergleich zum Ausgangszustand vor der Erneuerung (Messwert 03/2007) können auch nach einer sechsjährigen Nutzungsdauer weiterhin signifikante Pegelminderungen festgestellt werden.

Bild 6: CPX-Messergebnisse Mecumstraße (Radenberg 2014)

Bei den Demonstratoren (AC D LOA und PMA) des LeiStra 3-Projektes, durch deren Untersuchung Zusammenhänge zwischen der lärmmindernden Wirkung und der Textur sowie der Asphaltmischgutzusammensetzung ermittelt werden und Eingangsdaten für das Geräuschprognosemodell SPERoN 2020 gewonnen werden sollten, wurden CPB-Messungen durchgeführt. Die Vorbeirollpegel für drei verschiedene Reifen (Eco Contact, Winter Contact und Slick) sind im Bild 7 zu sehen, dabei wird AC D LOA als LOA 5 D bezeichnet. Die PMA-Varianten weisen im Vergleich zum LOA 5 D 1 bis 2 dB höhere Vorbeifahrpegel auf. Rückschlüsse auf ein optimales Bindemittel sollten basierend auf diesen Ergebnissen nicht getroffen werden, da die Unterschiede sehr gering sind. (Beckenbauer, Root et al. 2017)

Bild 7: Interpolierte Funktion des Vorbeirollpegels in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (Beckenbauer, Root et al. 2017)

2.3 Aktuelle Forschung

Zurzeit werden am Lehrstuhl für Verkehrswegebau der Ruhr-Universität Bochum zwei Projekte zum Thema lärmmindernde Asphaltdeckschichten bearbeitet. Das erste im Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur, vertreten durch die BASt, unter FE 07.0280/2014/EGB laufende Forschungsvorhaben hat – entsprechend des Titels – die „Entwicklung einer Prüfsystematik für Porous Mastic Asphalt (PMA)“ als Ziel. Mit dieser Prüfsystematik soll eine zielsichere Mischgutoptimierung erreicht werden. Dabei wird insbesondere die temperaturabhängige Mörtelsteifigkeit betrachtet, um den Effekt der Mörtelsedimentation beim Einbau hinreichend prozesssicher zu erreichen. Das zweite Projekt, welches im Auftrage von Versorgungsträgern bearbeitet wird, beschäftigt sich mit dem Verschließen von Aufgrabungen in Asphaltdeckschichten aus AC D LOA. Zurzeit werden Aufgrabung häufig mit Gussasphalt verschlossen, wodurch die lärmmindernde Wirkung wieder herabgesetzt wird, oder es wird von den Kommunen eine großflächige Erneuerung der Asphaltdeckschicht mit AC D LOA gefordert. Da letzteres mit höheren Kosten verbunden ist, soll eine Alternative gefunden werden, die ein Verschließen der Aufgrabung ähnlich wie beim Gussasphalt ermöglicht, aber zugleich die lärmmindernde Wirkung erhält.

Literaturverzeichnis

Beckenbauer, T. (2003): Reifen-Fahrbahn-Geräusche – Minderungspotenziale der Straßenoberfläche, Plenarvortrag zur DAGA, Aachen

Beckenbauer, T. (2008): Physik der Reifen-Fahrbahn-Geräusche, Geräuschentstehung, Wirkungsmechanismen und akustische Wirkung unter dem Einfluss von Bautechnik und Straßenbetrieb, 4. Informationstage Geräuschmindernde Fahrbahn in der Praxis – Lärmaktionsplanung 11. – 12.6.2008, Gelsenkirchen

Beckenbauer, T.; Root, V.; Radenberg, M.; Nytus, N.; Drewes, B.; Hübner, R.; Recknagel, C.; Stöckert, U.; Gottaut, C. (2017): Teilvorhaben VI-II Optimierung der lärmtechnischen und bautechnischen Wirksamkeit und Nutzungsdauer dichter Asphaltdeckschichten. Leiser Straßenverkehr 3 – Gemeinsamer Schlussbericht, Schriftenreihe der BASt (wird voraussichtlich in Kürze veröffentlicht)

Forschungsgesellschaft für Straßenund Verkehrswesen (2014): Empfehlungen für die Planung und Ausführung von lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten aus AC D LOA und SMA LA (E LA D), Ausgabe 2014, Köln, FGSV 739

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (2015): Arbeitspapier für die Ausführung von Asphaltdeckschichten aus PMA (AP PMA), Ausgabe 2015, Köln, FGSV 738

Gärtner, K. (2014): Neues zu AC D LOA und SMA LA, Auf dem Weg ins Regelwerk, Asphalt, 49, 3, Giesel Verlag GmbH, Hannover,10–12

Gogolin, D. (2010): Lärmtechnisch verbesserte Bauweisen (LOA, SMA LA), VSVI NRW Seminar Nr. 15, Krefeld

Gogolin, D. (2012): Rheologische Kennwerte bitumenhaltiger Bindemittel zur Charakterisierung akustischer Eigenschaften von Asphaltdeckschichten, Schriftenreihe Lehrstuhl für Verkehrswegebau, Ruhr-Universität Bochum, Band 24

Jannicke, B (2010): Eine Erfolgsgeschichte: PMA-Gussasphalt mit offenporiger Oberfläche und ohne Abstreusplitt, Straße und Autobahn, 61, 8, Kirschbaum Verlag GmbH, Bonn, 583–584

Peschel, U.; Reichert, U.; Bartolomaeus, W.; Ripke, O.; Stöckert, U.; Zöller, M. (2014): Lärmmindernde Fahrbahnbeläge – Ein Überblick über den Stand der Technik, Umweltbundesamt, Dessau-Roßlau

Radenberg, M. (2014): Neue Entwicklungen bei lärmarmen Fahrbahndecken, Straßen- und Brückenerhaltung mit System, Fachtagung am 10. April 2014 in Germersheim, Veranstalter VSVI Rheinland-Pfalz und Saarland e.V., Kirschbaum Verlag, Deutsches Straßenmuseum

Ripke, O. (2011): Lärmmindernder Splittmastixasphalt, Straßenbau Heft S 68, Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen, Wirtschaftsverlag NW, Verlag für neue Wissenschaft GmbH, Bremerhaven