Die Gründe, sich mit der Herstellung und Verarbeitung von Asphalt bei niedrigeren Temperaturen zu beschäftigen, sind vielfältiger Art. Neben wirtschaftlichen Interessen, die nicht nur auf der Auftragnehmerseite zu suchen sind, spielen heute vor allem umwelt- und arbeitsschutzrelevante Aspekte eine große Rolle. Schon zu Beginn der 90er Jahre wurden verfahrenstechnische Ansätze entwickelt, die darauf beruhten, vor allem durch eine steuerungstechnisch differenziertere Zugabe der Mineralstoffe und Bindemittelkomponenten eine ausreichende Umhüllung der Mineralstoffe bei niedrigeren Temperaturen sicherzustellen. Die weitere Umsetzung und Austestung wurden jedoch nicht konsequent fortgeführt, da diese Verfahren die wirtschaftlichen Erwartungen seinerzeit nicht erfüllen konnten. Auf Grund der zwischenzeitlich geänderten Rahmenbedingungen werden diese Verfahren heute aber weiter erforscht. Nachgewiesen wurde, dass es möglich ist, Walzasphaltmischgut mit diesen Verfahren temperaturabgesenkt qualitativ hochwertig herzustellen. Der weitere, noch durchzuführende Teil des Forschungsprogramms soll abklären, ob so hergestelltes Mischgut auch bei den üblicherweise herrschenden Randbedingungen zuverlässig eingebaut und verdichtet werden kann. Mit sehr gutem Erfolg wird seit Mitte der 90er Jahre auch die Zugabe von organischen und anorganischen Zusätzen ausgeprüft. Während die Zugabe eines anorganischen Zeolithes in erster Linie die Einbauwilligkeit des Asphaltes durch eine Vergrößerung des Bindemittelvolumens infolge dosierter Wasserfreigabe erhöht und damit eine Absenkung der Herstell- und Verarbeitungstemperaturen ermöglicht, verändern organische, auf Wachs basierende Zusätze zum Bindemittel die Bitumenviskosität, welche neben einer Absenkung der Herstell- und Verarbeitungstemperaturen auch eine Verbesserung der Wärmestandfestigkeit bewirkt. Mit beiden Arten der Additivzugabe wurden schon erfolgreich mehrere zehntausend Quadratmeter Asphalt hergestellt und eingebaut. Diese Asphalte befinden sich in der Phase einer Langzeitbewährung.

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

Die Gründe, sich mit der Herstellung und Verarbeitung von Asphalt bei niedrigeren Temperaturen zu beschäftigen, sind vielfältiger Art. Neben wirtschaftlichen Interessen, die nicht nur bei der Auftragnehmerseite zu suchen sind, spielen vor allem umweltrelevante Aspekte eine große Rolle. Dazu gehört nicht nur die für die notwendige Erhitzung des Asphaltgemisches einzusetzende Energie, die in der Regel durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe gewonnen wird und zu einer CO₂-Freisetzung führt, sondern auch die derzeitige Diskussion um die Dämpfe und Aerosole aus Bitumen. Hierauf näher einzugehen würde aber bedeuten, den Rahmen der Vortragsreihe zu sprengen. Betroffen von der Diskussion über die Dämpfe und Aerosole sind aber zurzeit primär die Herstellung und Verarbeitung von Gussasphalt; dementsprechend groß sind deshalb die Aktivitäten, hier zu einer deutlichen Emissionsverringerung zu kommen.

Bei der Betrachtung der Walzasphalte wird es schon schwieriger, über entsprechende Aktivitäten zu berichten. Das heißt nicht, dass es hier keine Aktivitäten gibt, aber der große Druck, der auf der Betrachtung von Emissionen an der Baustelle und einem möglicherweise vorhandenen Gefährdungspotenzial der Asphaltarbeiter basiert, liegt nun einmal auf dem Gussasphalt, bzw. um es deutlich herauszustellen: Die durch den Unterausschuss V des Ausschusses für Gefahrstoffe (AGS) festgelegten Grenzwerte für Dämpfe und Aerosole aus Bitumen werden bei der Verarbeitung von Walzasphalt weitestgehend eingehalten. Was also spricht dafür, sich dennoch mit einer Temperaturabsenkung bei der Herstellung und Verarbeitung von Walzasphalten auseinanderzusetzen?

Hierfür sprechen die folgenden Überlegungen:

1. Temperaturabsenkung bedeutet eine mögliche Energieeinsparung sowie eine Absenkung des CO₂-Ausstoßes.
2. Jede Absenkung der Mischguttemperatur um 10 °K bedeutet eine Halbierung der Dämpfe und Aerosole aus Bitumen; dies gilt selbstverständlich auch für den Walzasphalt.
3. Die Möglichkeit der Temperaturabsenkung bedeutet im Umkehrschluss eine größere Verdichtungswilligkeit des Materials bei „normalen bzw. herkömmlichen“ Temperaturbereichen für die Herstellung und Verarbeitung, was Vorteile in der ungünstigen Jahreszeit und bei Problemflächen (Handeinbau) mit sich bringen kann.
4. Temperaturabsenkung bedeutet bei kritischen Unterlagen ggf. auch eine bessere Handlingfähigkeit bei der Verarbeitung und Verdichtung, z. B. bei der Verarbeitung von standfesten Belägen auf Brücken.
5. Temperaturabsenkung bedeutet eine qualitätsmäßige Schonung des Bindemittels Bitumens (keine thermische Überbeanspruchung).

Die ersten Überlegungen, die Mischguttemperaturen beim Walzasphalt zu reduzieren, entstanden vor über zehn Jahren, verständlicherweise unter der Betrachtung wirtschaftlicher Aspekte, und bezogen sich auf verfahrenstechnische Variationen bei der Herstellung des Mischgutes.

Durch die stärkere Beschäftigung mit dem Thema der Temperaturabsenkung in den letzten Jahren kamen auch Additivzugaben in den Fokus der Überlegungen, die nicht nur im Gussasphalt, sondern auch im Walzasphalt eine viskositätsbeeinflussende Wirkung auf die verwendeten Bindemittel ausüben. Hierzu gehören neben organischen Zusätzen auch die Zugabe anorganischer Stoffe, die durch eine gezielte permanente Wasserfreisetzung eine physikalische Herabsetzung der Bindemittelviskosität bewirken können.

Im Weiteren werden drei Ansätze zur Temperaturabsenkung näher betrachtet, die sich

• mit den verfahrenstechnischen Ansätzen beschäftigen,
• die auf die Zugabe von organischen Zusätzen eingehen, welche direkten Einfluss auf den Chemismus des Bitumens haben,
• und die physikalische Wirkungsweise von anorganischen „Wasserspendern“ erläutern.

Die verfahrenstechnischen Ansätze

Die bisher verfolgten verfahrenstechnischen Ansätze gehen von der Überlegung aus, dass eine deutliche Reduzierung der Herstelltemperaturen ohne weitere Maßnahmen neben einer Erhöhung der Viskosität des Bindemittels vor allem eine mangelhafte Umhüllung der Mineralstoffe bewirkt bzw. dass die Affinität des an das Gestein gebrachten Bitumens nicht ausreicht, um das so hergestellte Asphaltgemisch dauerhaft gegen Luft und Wassereinflüsse widerstandsfähig zu machen. Diese schlechte Adhäsion des Bitumens zum Mineralstoff tritt dabei vor allem bei den gröberen Mineralstoffanteilen auf.

Die beiden Verfahren der „2-Phasen-Umhüllung“ und der gezielten Steuerung der Zugabereihenfolge, auch unter dem Stichwort KGO-Verfahren bekannt, wollen in erster Linie eine ausreichende Benetzung der Mineralstoffoberflächen der groben Mineralstoffe des Asphaltgemisches sicherstellen. Während das 2-Phasen-Verfahren hierfür den Weg beschreitet, das zuzugebende Bindemittel in eine viskositätsniedrige erste Phase zur Erzielung einer guten Umhüllung und eine viskositätshöhere Phase als Ergänzung und zur Einstellung der geforderten resultierenden Bindemittelviskosität aufzuspalten (Bild 1), geht das Zugabereihenfolgeverfahren davon aus, dass zur guten Umhüllung der Mineralstoffoberflächen bei niedrigeren Temperaturen stets ein Bindemittelüberschuss vorhanden sein muss. Daher werden zuerst nur die Splittfraktionen mit dem Bitumen vermischt, bevor die oberflächenreichen Sand- und Füllerkomponenten gezielt und dosiert zugegeben werden (Bild 2). Auch bei der Zugabe der feineren Fraktionen wird darauf geachtet, dass an der Zugabestelle im Mischer möglichst immer ein Bitumenüberschuss zum Zeitpunkt der Zugabe vorhanden ist. Neben einer Modifikation der zeitlichen Steuerung der einzelnen Mineralstofffraktionen können hierbei auch bauliche Veränderungen an der Mischanlage in Bezug auf den Einlauf des Füllers im Mischer der Asphaltanlage erforderlich werden. Auch eine zeitliche Streckung der Sandzugabe kann bauliche Veränderungen in der Ausführung der Auslaufklappen der Mineralwaage bedingen.

Bild 1: 2-Phasen-Verfahren

Bild 2: Zugabereihenfolge-Verfahren

Für die Anwendung des 2-Phasen-Verfahrens ist es steuerungs- und anlagentechnisch notwendig, dass innerhalb eines Mischerspiels an der Chargenmischanlage die beiden Bitumenkomponenten nacheinander getrennt zu verwiegen und zuzugeben sind.

Erste Versuche mit beiden Verfahren wurden zu Beginn der 90er Jahre durch die DEUTAG GmbH & Co. KG durchgeführt. Hierbei wurden sowohl Asphaltdeck- und Binderschichten als auch Asphalttragschichten mit und ohne Asphaltgranulat ausgeprüft. Mit beiden Verfahren konnte großtechnisch bis zu einer abgesenkten Herstelltemperatur von 130 °C, in einigen Fällen auch von 120 °C, ein optisch gutumhülltes, homogenes Asphaltmischgut hergestellt werden. Eine systematische Austestung der äußeren Randbedingungen hat aber nicht mehr stattgefunden, da sich unter wirtschaftlichen Rahmenbedingungen keine Vorteile für die Anwendung der beiden Verfahren ergab. So konnten die seinerzeit erkennbaren Energieeinsparungen beim 2-Phasen-Verfahren in einer Größenordnung von ca. 10 % den Mehraufwand für die beiden jeweils einzusetzenden Bitumenkomponenten nicht ausgleichen; losgelöst von den ggf. noch zusätzlich notwendigen Investitionen an der Asphaltmischanlage. Eine ähnliche Aussage ergab sich für das seinerzeit als Zugabereihenfolgeverfahren ausgeprüfte KGO-Mischverfahren, wobei hierfür in der Regel umfangreichere Änderungen an der Mischanlage notwendig sind, wenn das Verfahren optimal angewendet werden soll. Unter den heute diskutierten Randbedingungen hinsichtlich der Dämpfe und Aerosole aus Bitumen sowie einer drohenden CO₂-Abgabe können sich allerdings durchaus zukünftig auch wirtschaftliche Vorteile ergeben.

Der Einbau des Materials erfolgte mittels Fertiger und schwerer Glattmantelwalzen, wobei auch unter durchaus kritischen Randbedingungen die notwendige Verdichtung erzielt wurde. Nicht erarbeitet wurde seinerzeit aber, wie schon zuvor angedeutet, ob die beiden Mischverfahren auch die Verdichtbarkeit des Mischgutes beeinflussen oder ob die im Rahmen der Erprobungsstrecken erzielten Verdichtungsleistungen nur auf entsprechend gutes und schweres Einbaugerät zurückzuführen waren. So konnte die Prüfung der Verdichtbarkeit nach Arand hierüber keine Aussage treffen, da dieses Verfahren nur die relative Verdichtbarkeit, ohne Berücksichtigung der zu erzielenden erforderlichen absoluten Endverdichtung, bewertet. Es ergaben sich keine Unterschiede in Abhängigkeit des Mischverfahrens und der Herstelltemperatur. Aussagen darüber, ob die Verarbeitbarkeit positiv beeinflusst wird, soll das derzeit durchgeführte AJF-Forschungsprojekt „Möglichkeiten und Grenzen der Temperaturabsenkung bei Herstellung und Einbau von Walzasphaltmischgut“ bringen, wobei im Rahmen einer Erprobungsstrecke systematisch
die Randbedingungen für verschiedene Mischgutsorten abgeprüft werden sollen. Dabei ist auch festzustellen, ob sich die untere vertretbare Temperaturgrenze, bis zu der verdichtet werden kann, durch die beiden Mischverfahren nach unten verschiebt. Dies wird aber eher unwahrscheinlich sein. Sollte dann aber die erforderliche Verdichtungsleistung der eines herkömmlich hergestellten Mischgutes entsprechen, wird das für die Verdichtung zur Verfügung stehende Zeitfenster deutlich verkürzt. Die Ausprüfung dieses Aspektes ist noch von größter Bedeutung für die weitere Anwendbarkeit der Verfahren. Dementsprechend wurden die beiden verfahrenstechnischen Ansätze zur Absenkung der Herstelltemperaturen innerhalb der Bearbeitergruppe des AK 7.6.9 „Temperaturabsenkung“ der FGSV als noch nicht reif für die Aufnahme in ein FGSV-Arbeitspapier erachtet. Hier sind erst die Ergebnisse des AIF-Forschungsprogramms abzuwarten.

Der erste Teil des Forschungsprogramms hat die schon zu Beginn der 90er Jahre gewonnenen Erkenntnisse bei der Herstellung bestätigt (Tabelle 1). Der nun folgende zweite Schritt soll die Randbedingungen bei der Verarbeitung des temperaturabgesenkten Asphaltmischgutes ausloten. Dies soll im Rahmen einer Erprobungsstrecke erfolgen, die jetzt im Herbst bzw. im kommenden Winter angelegt werden soll und alle drei Schichten des Asphaltoberbaus umfasst. Der schematische Aufbau der Erprobungsstrecke im Bild 3 umfasst noch weitere mit auszutestende Varianten, auf die im Folgenden noch eingegangen wird.

Tabelle 1: AIF-Forschungsprogramm „Möglichkeiten und Grenzen der Temperaturabsenkung bei Herstellung und Einbau von Walzasphaltmischgut“, Stufe A: Herstellung an der Mischanlage (Verfahrenstechnik)

Bild 3: AIF-Forschungsprogramm „Möglichkeiten und Grenzen der Temperaturabsenkung bei Herstellung und Einbau von Walzasphalt“

Die organischen Zusätze

In einer Reihe von Veröffentlichungen wurde schon über den Einsatz von Asphaltverflüssigern berichtet, u. a. unter dem Schlagwort des „intelligenten Füllers“. Hierbei handelt es sich um Zusatzstoffe zum Bitumen, die auf fossilen bzw. industriell hergestellten Wachsprodukten basieren. Insofern ist die Bezeichnung des „intelligenten Füllers“ vielleicht ein wenig irreführend.

Zugaben in geringer Menge zum Bitumen bewirken eine deutliche Viskositätserniedrigung in dem für die Verarbeitung des Asphaltes relevanten Temperaturbereich > 100 °C. Die Zugabemengen liegen bei etwa 2,5 bis 3,0 M.-% bezogen auf das Bitumen. Gleichzeitig bewirkt der Auskristallisationsvorgang dieser Produkte bei Temperaturen unter 100 °C eine zusätzliche Vernetzungsstruktur innerhalb der im Asphalt vorhandenen Bitumenfilme. Diese Struktur übt im Gebrauchstemperaturbereich des Asphaltes eine versteifende Wirkung aus. Im Bild 4 ist der Einfluss auf die Viskosität grafisch dargestellt. Die organischen Zusätze zum Bitumen scheinen ideal dafür geeignet, die Problematiken des Gussasphaltes auf Grund seiner hohen Herstell- und Verarbeitungstemperaturen lösen zu können. Dementsprechend wurden durch die Bearbeitergruppe „Organische Zusätze“ des Arbeitskreises 7.6.9 bzw. den Vorläufer des Arbeitskreises, die Arbeitsgruppe „Temperaturabsenkung“ des DAV, die ersten umfangreichen Untersuchungen an Gussasphalten für den Innenraumbereich durchgeführt.

Aber auch für den Walzasphalt wurden Laboruntersuchungen und Praxiserprobungen mit Erfolg umgesetzt. Ansatzpunkt war hierbei neben der Möglichkeit, die Herstell- und Verarbeitungstemperaturen abzusenken, vor allem auch der Gedanke, die günstige Viskositätsbeeinflussung des Bindemittels im Gebrauchstemperaturbereich des Asphaltes, also bei Temperaturen deutlich innerhalb des Schmelzpunktes der Wachsmodifikatoren, zu nutzen, um Asphaltbinder- und -deckschichten hinsichtlich ihrer Standfestigkeit zu optimieren (Bild 5).

Bild 4: Einfluss von wachshaltigen „Asphaltverflüssigern“ auf die Bitumenviskosität

Bild 5: Einfluss der Zugabe organischer Zusätze auf die Standfestigkeit am Beispiel Asphaltan B

Selbst im Vergleich zu polymermodifizierten Bitumen konnten teilweise mindestens genauso gute Werte bei Standfestigkeitsuntersuchungen im Spurbildungstest ermittelt werden. Untersuchungen des Kälteverhaltens ergaben, dass die Kälte- und Qualitätseigenschaften der mit Wachs modifizierten Bitumen nur gering beeinflusst werden und daher die Eigenschaften des Basisbitumens für das Kälteverhalten maßgebend bleiben. Eine Befürchtung, dass es hier durch die Zugabe der Wachse zu einer negativen Beeinflussung kommen könnte, scheinen bislang unbegründet. Diese Befürchtungen resultieren zum Teil aus den Diskussionen, die sich am natürlichen Paraffingehalt von Rohölen bzw. Bitumen entzündet haben. Im Gegensatz zu den bitumeneigenen Paraffinen weisen aber die für die Temperaturabsenkung eingesetzten Wachse eine gänzlich andere Molekularstruktur auf. Eindeutige Klarheit werden hier die Langzeitbeobachtungen bringen.

Auch das Verdichtungsverhalten der modifizierten Asphalte stellt sich deutlich günstiger dar; Temperaturabsenkungen für die Herstellung von 20–30 °C, je nach Mischgutsorte, können ohne weiteres vorgenommen werden (Bilder 6 und 7). Die gute Verdichtbarkeit der temperaturabgesenkten Asphalte wurde in einer Reihe von Praxiserprobungen zwischenzeitlich eindeutig nachgewiesen. Teilweise musste sogar der Bindemittelgehalt zurückgenommen werden, um die Gefahr einer Überverdichtung zu vermeiden. Der für die Verdichtung zur Verfügung stehende Zeitraum wird aber nicht unbedingt verlängert, da bei einer Verschiebung der Herstelltemperatur nach unten sich nicht unbedingt die untere Grenze der Verdichtungstemperatur adäquat verschiebt. Auf Grund der Auskristallisation der Wachsmoleküle und der sich bildenden Vernetzungsstruktur sollte der Verdichtungsvorgang bei einer Temperatur von 100 °C abgeschlossen sein. Gleichzeitig ist es wichtig, dass sich die Vernetzungsstruktur in Ruhe ausbilden kann. Ein entsprechender Zeitraum bis zur Verkehrsfreigabe ist daher zwingend einzuhalten.

Bild 6: Einfluss der Zugabe organischer Zusätze auf die Verrichtbarkeit am Beispiel Asphaltan B (Verdichtungswiderstand)

Bild 7: Einfluss der Zugabe organischer Zusätze auf die Verrichtbarkeit am Beispiel Asphaltan B (Hohlraumgehalt)

Bei allen diesen guten Erfolgen mit organischen temperaturabsenkenden Zusätzen sind aber auch einige Punkte anzusprechen, die bei der Anwendung dieser Produkte zu berücksichtigen sind:

• Teilweise werden die organische Zusatzstoffe als Additiv und teilweise als raffinerieseitig hergestellte Abmischungen mit Bitumen angeboten. Erfahrungen mit einigen Produkten haben gezeigt, dass es bei der Herstellung von Walzasphalten auf Grund der kurzen Mischzeiten je Charge von unter einer Minute zu Problemen mit der homogenen Verteilung der Additive kommen kann. Hier ist die vorherige Abmischung der Additive mit dem Bitumen sicherlich von Vorteil.
• Gleichzeitig spricht ein weiterer Grund für die raffinerieseitige Herstellung eines modifizierten Bitumens: Wie schon zuvor kurz angesprochen, bilden die Wachse nicht nur physikalisch eine „Verstärkung” innerhalb der Bitumenfilme, sondern beeinflussen auch chemisch die Kolloidalstruktur des Basisbitumens. Dabei ist es für das Langzeitverhalten des Bitumens von größter Nichtigkeit, dass die innere Stabilität – das ausgewogene Verhältnis zwischen öliger und fester Phase – nicht so verändert wird, dass es langfristig zu einer nachteiligen Beeinflussung der Bitumeneigenschaften kommt. Während der Bitumenproduzent hier entsprechende Untersuchungen durchführen und die zu verwendenden Bitumenprovenienzen festlegen kann, ist dies an der Asphaltmischanlage nicht zu gewährleisten.
• Eine weitere kritische Anmerkung ergibt sich zur Verdichtungwilligkeit des hergestellten Asphaltes. Auf Grund des deutlich abgesenkten Verdichtungswiderstandes kann es, z. B. bei höheren Lufttemperaturen in der wärmeren Jahreszeit, zu einer Überverdichtung kommen, wenn nicht seitens der Mischanlage und der Einbaukolonne entsprechend sensibel hierauf reagiert wird. Hier besteht ein großer Schulungsbedarf auch der Einbaukolonnen! Eine Gegensteuerung an der Mischanlage durch eine Absenkung des Bindemittelgehaltes kann dabei keine zielführende Lösung sein, da wir zur Gewährleistung der Dauerhaftigkeit unserer Asphaltgemische gerade bei den standfesten Asphaltbindern und Splittmastixasphalten auf ausreichend dicke Bindemittelfilme an den Mineralstoffkörnern angewiesen sind.

Die anorganischen Zusätze

Der dritte hier beschriebene Weg zur Absenkung der Asphaltmischguttemperaturen besteht durch die Verwendung anorganischer Zusätze, die eine wasserfreisetzende Wirkung bei den auftretenden Misch- und Verarbeitungstemperaturen haben. Im Rahmen des o. g. AIF-Forschungsprojektes wurden daher auch Testversuche mit der Verwendung von verschiedenen künstlichen und natürlichen anorganischen Mineralstoffen durchgeführt, die gebundenes Wasser enthalten. Hierzu gehören Gipse und Betongranulate mit hohen Feuchtigkeitsanteilen, aber auch die Zugabe feuchter Sande direkt in den Mischer (Tabelle 2). Durch die dann stattfindende Wasserfreisetzung soll ein Schaumeffekt zu einer deutlichen Vergrößerung des Bindemittelvolumens analog der Herstellung von Schaumbitumen stattfinden, welcher die Herstellung und den Einbau des Asphaltes bei niedrigeren Temperaturen positiv beeinflusst. Da die Zugabe dieser Stoffe in den Mischer erst nach der Bitumendosierung erfolgt, beginnt der Schaumeffekt erst dann, wenn das Bitumen schon homogen auf den Mineralstoffoberflächen verteilt ist. Negative Inhomogenitäts-Effekte, wie sie teilweise aus der Verwendung von reinem Schaumbitumen bekannt sind, sind daher nicht zu befürchten. Die ersten Ergebnisse lassen erwarten, dass ebenso wie bei den zuvor beschriebenen mechanischen Verfahren zwar die temperaturabgesenkte Herstellung von Asphalten mit ausreichender Umhüllung möglich erscheint, es aber fraglich ist, ob der positive Einfluss der beobachtbaren Volumenvergrößerung der Bindemittelkomponente, der die Grundlage für eine ausreichende Verdichtung bei den niedrigeren Temperaturen darstellt, auch noch bis zum Einbau und zum Abschluss der Verdichtung anhält. Die Idealvorstellung für ein solches Verfahren wäre die gezielte und zeitlich dosierte Freisetzung von feinstverteiltem Wasser, um eine langanhaltende Volumenvergrößerung der Bindemittelmenge bis zum Abschluss des Einbaus sicherzustellen. Ein solcher, hierfür geeigneter „idealer Wasserspender“ ist ein Zeolith. Zeolithe, die in einer Vielzahl von Arten, natürlich gewonnen oder synthetisch hergestellt, für verschiedenste Anwendungszwecke eingesetzt werden, sind chemisch betrachtet Alumosilikate, in denen Kristallwasser chemisch und physikalisch eingebunden ist. Dieses gespeicherte Kristallwasser wird in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 200 °C langsam freigesetzt (Bild 8). Der Name Zeolith stammt aus dem Griechischen und bedeutet übersetzt so viel wie „Siedestein“. Die erste systematische Austestung der Anwendung von Zeolithen zur Temperaturabsenkung bei der Asphaltmischgutherstellung erfolgte im Rahmen eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit geförderten und von der Mitteldeutschen Hartsteinindustrie beantragten und durchgeführten Forschungsprogramme, welches von 1997 bis 2002 ausgeführt wurde. Hierbei wurde ein für die Walzasphaltherstellung geeignetes Zeolith ermittelt, welches eine Absenkung der üblichen Walzasphalt-Herstelltemperaturen um 20 bis 30 °C ermöglicht. Das Zeolith wird dabei wie ein Fremdfüller zudosiert, wobei die Dosiermenge bei 0,3 M.-%, bezogen auf das Asphaltgemisch, liegt. Im Rahmen dieses Forschungsprogramms wurden mehrere tausend Quadratmeter Walzasphalt von der Asphalttragschicht bis zur Deckschicht verlegt. Gleichzeitig wurden die Energieverbräuche und Emissionen an der Mischanlage sowie die Dämpfe und Aerosole auf der Baustelle und im Labormaßstab gemessen. Hierbei wurden Energieeinsparungen zur Erhitzung der Mineralstoffe von bis zu 30 % ermittelt, welche ein entsprechendes Potenzial der CO₂-Reduzierung beinhalten. Die auf den Baustellen parallel zu ebenfalls angelegten Referenzstrecken ermittelten Einbaurandbedingungen ergaben, dass der benötigte Aufwand für den Einbau und die Verdichtung vergleichbar ist. Die gleiche Aussage trifft auch auf die ermittelten Asphaltmischguteigenschaften zu. Die Befürchtung, durch das austretende Kristallwasser könnte der Schichtenverbund zwischen den einzelnen Schichten beeinträchtigt werden, erwies sich bislang als unbegründet. 

Tabelle 2: AIF-Forschungsprogramm „Möglichkeiten und Grenzen der Temperaturabsenkung bei Herstellung und Einbau von Walzasphaltmischgut“, Stufe A: Herstellung an der Mischanlage (anorganische Zusätze)

Bild 8: Typischer Verlauf der Wasserabgabe eines Zeoliths bei 150 °C

Der Zeolithzusatz bewirkt ausschließlich die Möglichkeit, die Herstell- und Verarbeitungstemperaturen bei Walzasphalten abzusenken; die Bindemittelviskosität im Gebrauchszustand sowie die innere Kolloidalstruktur des verwendeten Bitumens werden im Gegensatz zu den zuvor betrachteten organischen Zusatzstoffen, die dem Bitumen zugegeben werden, nicht beeinflusst. Daher ist die Anwendung des Zeolithes auch für alle im Straßenbau angewendeten Bitumenprovenienzen und -sorten ohne weitere Voruntersuchungen zur Verträglichkeit möglich.

Im Frühjahr 2003 werden im Rahmen von Erweiterungsarbeiten auf der BAB A5 bei Grünberg in Hessen von insgesamt 100 000 t Walzasphalt 50 000 t temperaturabgesenkt hergestellt. Neben einer umfangreichen messtechnischen Begleitung auf der Baustelle durch die Bau-Berufsgenossenschaft in Bezug auf Dämpfe und Aerosole sowie kontinuierlichen Emissionsmessungen an der Mischanlage wird die Baustoff- und Bodenprüfstelle Wetzlar umfangreiche asphalttechnologische Untersuchungen durchführen.

Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, gibt es mehrere Ansätze für die Absenkung der Misch- und Herstelltemperaturen beim Walzasphalt. Einige dieser Verfahren haben dabei schon ihre erste Bewährung hinter sich. Momentan werden Langzeiterfahrungen gesammelt.

Generell muss darauf hingewiesen werden, dass die bislang sich in der Erprobung befindlichen Verfahren einen Mehraufwand sowohl an der Asphaltmischanlage als auch infolge der Kosten für die Zusatzstoffe bedeuten. Während wir beim Gussasphalt auf Grund arbeitsschutzrechtlicher Belange in Zukunft wahrscheinlich temperaturabgesenkte Asphalte herstellen müssen, ist dieser Zwang – zumindest auf absehbare Zeit – bei der Walzasphaltherstellung noch nicht vorhanden. Der Einsatz entsprechender Verfahren für temperaturabgesenkten Walzasphalt hängt daher von der Bereitschaft einzelner Interessensvertreter – sowohl auf Auftraggeber- als auch auf Auftragnehmerseite – ab. Im heute praktizierten reinen Billigst-Bieterverfahren haben daher Verfahren zur Temperaturabsenkung nur dann eine Chance, wenn die Gedanken einer Umweltschonung mehr Raum greifen und Ausschreibungen entsprechend gestaltet werden.

Abschließend soll noch einmal die nachfolgende Überlegung dargestellt werden: Der Anstoß für die Beschäftigung mit den Möglichkeiten einer Temperaturabsenkung bei der Herstellung und Verarbeitung von Asphaltmischgut stammt im Wesentlichen aus der Industrie. Waren es anfänglich vor allem wirtschaftliche Überlegungen, so kamen sehr schnell auch umwelt- und arbeitsschutzrelevante Aspekte hinzu. Vor allem die Belange des Arbeitsschutzes haben hierbei u. U. existenzielle Bedeutung für die langfristige Zukunft der Asphaltbauweise. Dementsprechend logisch und zwingend war es, die Möglichkeiten der Temperaturabsenkung innerhalb des Deutschen Asphaltverbandes systematisch zu sammeln, zu bewerten und auf ihre Gebrauchstauglichkeit zu testen. Daher wurde 1998 der DAV-Arbeitskreis „Temperaturabsenkung“ gegründet und systematische Industrieaktivitäten seitens der Mischgutindustrie, der Additivhersteller, der Bitumenindustrie und der Verbände/Beratungsstellen entwickelt.

Die Bedeutung der Absenkung der Herstell- und Verarbeitungstemperaturen für die zukünftige Entwicklung der Asphaltbauweise hat aber einen so hohen Stellenwert, dass die weiteren Aktivitäten von allen am Asphaltstraßenbau Beteiligten zu schultern sind. Hier spreche ich insbesondere die Vertreter der Bauverwaltungen an. Für die künftige Sicherstellung einer leistungsfähigen und absolut notwendigen Infrastruktur Straße ist die qualitativ hochwertige Asphaltbauweise unverzichtbar. Zur langfristigen Sicherung der Zukunft dieser Bauweise kann es daher nicht allein Aufgabe und Risiko der Bauindustrie und der mischgutherstellenden Industrie sein, zukunftssichernde Verfahren und Produkte zu entwickeln. Zur Austestung solcher Produkte ist ein gemeinsames Vorgehen von Industrie und Verwaltung unverzichtbar; die Überführung des Arbeitskreises „Temperaturabsenkung“ des DAV in einen Arbeitskreis der FGSV war daher logisch und stringent. Neben einer aus Sicht des Verfassers notwendigen finanziellen Beteiligung der Verwaltung an Mehrkosten für den Bau und die Begleitung von Erprobungsstrecken, muss auch die Problematik angesprochen werden, überhaupt Erprobungsstrecken zur Verfügung zu bekommen, wobei es nicht sein kann, dass, wenn die Bereitschaft besteht, neue Produkte und/oder Verfahren zuzulassen, das hierbei unzweifelhaft bestehende Risiko einer langfristigen Bewährung alleine der Bauindustrie aufgebürdet wird; dies mit dem Hinweis: die Industrie profitiere ja schließlich auch an der Anwendung neuer Produkte und Verfahren. Profitieren werden alle, die langfristig die Zukunft der Asphaltbauweise sichern: die Bauindustrie, die Straßenbauverwaltungen und nicht zuletzt der Bürger unserer mobilen Gesellschaft.