Das Forschungsvorhaben FE 03.0546/2016/LRB ist Teil eines von der Bundesanstalt für Straßenwesen initiierten Projektes zur „Entwicklung von Handlungsempfehlungen zur anforderungsgerechten Beseitigung von Ölspuren auf Verkehrsflächen“ und beinhaltet hier die Laboruntersuchungen. Im Labormaßstab wurden Untersuchungen mit dem Trockenreinigungsverfahren durchgeführt und das Nassreinigungsverfahren mit Wasserhochdruck simuliert.

Beim Trockenreinigungsverfahren wurden mittel- sowie grobkörnige Ölbindemittel verwendet. Beim Nassreinigungsverfahren wurden die Reinigungsgeschwindigkeit sowie die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit variiert. Weiterhin wurde der Einfluss von Tensiden untersucht. Eine systematische Variation der o. g. Parameter bei den beiden Reinigungsverfahren wurde an im Laboratorium hergestellten Asphalt-Probeplatten durchgeführt. Eine erste Validierung erfolgte an Altasphalten (Bohrkernen). Die Untersuchungen wurden mit den Betriebsmitteln Motoröl und Diesel sowie einzelne Versuche mit Hydrauliköl durchgeführt.

Der Reinigungserfolg im Hinblick auf die Gewährleistung einer ausreichenden Verkehrssicherheit wurde anhand von Griffigkeitsmessungen mit dem SRT-Pendel bestimmt. Neben der Ermittlung des Reinigungserfolges wurde weiterhin noch untersucht, welchen Einfluss die Einwirkzeit des Betriebsmittels auf ein mögliches Anlösen des Bitumens hat. Weiter wurden mittels der Gaschromatographie noch Rest-Betriebsmittelmengen bestimmt.

Die Untersuchungsergebnisse können wie folgt kurz zusammengefasst werden:

Der Einsatz eines mittelkörnigen Ölbindemittels kann im Vergleich zu einem grobkörnigen Ölbindemittel als vorteilhafter für den Reinigungserfolg eingestuft werden.

Als „optimale“ Nassreinigung wurde eine Hochdruckreinigung mit folgenden Parametern definiert: Reinigungsgeschwindigkeit 0,75 km/h, Temperatur der Reinigungsflüssigkeit 21 °C, kein Einsatz von Tensiden.

Mit diesen Parametern wurde bei den Laborversuchen der höchste Reinigungserfolg ermittelt; auch mit anderen Parametern ist ggf. eine ausreichende Griffigkeit im Hinblick zur Wiederherstellung der Verkehrssicherheit zu erzielen.

Im Hinblick auf den Reinigungserfolg ist anhand der im Labormaßstab durchgeführten Versuche, das Trocken- und Nassreinigungsverfahren zur Ölspurenbeseitigung als gleichwertig einzustufen

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

1 Einleitung

Die hier vorgestellten Ergebnisse zum Thema Beseitigung von Ölspuren auf Verkehrsflächen basieren auf Laborversuchen, die im Rahmen des Forschungsvorhabens FE 03.0546/2016/LRB, das ein Teil eines von der Bundesanstalt für Straßenwesen initiierten Projektes zur „Entwicklung von Handlungsempfehlungen zur anforderungsgerechten Beseitigung von Ölspuren auf Verkehrsflächen“ ist, durchgeführt wurden.

Die Untersuchungen wurden im Labormaßstab unter möglichst praxisnahen Randbedingungen mit dem konventionellen Trockenreinigungsverfahren mit Ölbindemitteln durchgeführt sowie das Nassreinigungsverfahren mit Wasserhochdruck-Saug-Technik mithilfe einer Sonderprüfmaschine simuliert. Mit dem Ziel unterschiedliche Einflussgrößen bei dem Nassreinigungsverfahren, insbesondere auf den Reinigungserfolg aber auch auf die Struktur der Oberfläche zu erfassen, um daraus die Reinigungstechnik für die Praxis zu optimieren, wurden diese systematisch variiert. Weiterhin wurden die mit dem Nassreinigungsverfahren erzielten Ergebnisse vergleichend mit Ergebnissen der Untersuchungen bei Anwendung des Trockenreinigungsverfahrens gegenübergestellt.

2 Untersuchungsmethodik

2.1 Untersuchte Oberflächen

Die Untersuchungen wurden überwiegend an im Laboratorium mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät nach TP Asphalt-StB, Teil 33 hergestellten Asphalt-Probeplatten durchgeführt.

Es wurden Asphalt-Probeplatten aus drei im Laboratorium hergestellten Asphaltdeckschichtmischgütern der Sorten Offenporiger Asphalt PA 8, Splittmastixasphalt SMA 11 S und Asphaltbeton AC 11 D S gemäß TL Asphalt-StB 07/13 untersucht. Bei allen Asphaltsorten wurde als Gesteinsart Gabbro sowie Kalksteinfüller verwendet. Als Bindemittel wurde für den SMA 11 S sowie für den AC 11 D S ein polymermodifiziertes Bindemittel der Sorte 25/55-55 A und für den PA 8 ein polymermodifiziertes Bindemittel der Sorte 40/100-65 A eingesetzt.

Um den an der Oberfläche der Platten vorhandenen Bindemittelfilm, der auch in situ bei einem Neubau vorhanden ist und zunächst „abgefahren“ werden muss, zu entfernen, wurden die Asphalt-Probeplatte im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit maschinell, in einer automatischen Durchlaufstrahlanlage ca. 30 Sekunden mit Korund-Kugeln (Ø 0,8 - 1,0 mm), behandelt.

Für alle Platten wurde an der trockenen Oberfläche als Referenzgröße der SRT-Wert bestimmt. Der SRT-Wert „trocken“ der hier untersuchten Platten aus Splittmastixasphalt (SMA-Platten) beträgt im Mittel 89 SRT-Einheiten und der Platten aus Offenporigem Asphalt (PA-Platten) im Mittel 91 SRT-Einheiten.

An Platten, bei denen das Betriebsmittel auf eine feuchte Oberfläche aufzubringen war, wurde weiterhin der SRT-Wert „feucht“ bestimmt. Der mittlere SRT-Wert „feucht“ der hier untersuchten SMA-Platten beträgt 55 SRT-Einheiten und der PA-Platten 57 SRT-Einheiten.

Die jeweils trocken und feucht ermittelten SRT-Werte dienen als Referenz für den Vergleich der verunreinigten mit den gereinigten Oberflächen.

2.2 Kontamination

Für die Kontamination (Simulation der „Ölspur“) wurden drei unterschiedliche Betriebsmittel verwendet: Diesel, Motoröl sowie (Maschinen-)Hydrauliköl, wobei die beiden letztgenannten Öle jeweils Altöle sind, die mindestens aus dem zweiten Öl-Wechselintervall stammen. Für alle Untersuchungen im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes wurde die jeweils gleiche Probencharge (Öle) bei Raumtemperatur verwendet. Die Kontaminationen mit Diesel und Motoröl decken erfahrungsgemäß den größten Teil der Schadensfälle ab.

2.3 Reinigungsverfahren

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden im Laboratorium Versuche zur Simulation des Trockenreinigungsverfahrens mit Ölbindemittel sowie das Nassreinigungsverfahren mit Wasserhochdruck, wofür eine spezielle Sonderprüfmaschine eingesetzt wurde, durchgeführt.

2.3.1 Trockenreinigung

Die Trockenreinigung erfolgt mit dem Einsatz von Ölbindemitteln in Granulatform. Das Grundmaterial der eingesetzten Ölbindemittel ist Moler/ Diatomeenerde. Für die Untersuchungen wurden zwei handelsübliche, derzeit gängige Ölbindemittel bzw. Korngrößen ver-wendet; es wurde ein mittelkörniges (0,5 bis 1,0 mm) und ein grobkörniges (1,0 bis 3,0 mm) Ölbindemittel eingesetzt.

2.3.2 Nassreinigung

Zur Simulation des Nassreinigungsverfahrens wurde eine Sonderprüfmaschine (Bild 1) eingesetzt.

Bild 1: Sonderprüfmaschine zur Simulation der Nassreinigung

Die Reinigung mit der Prüfmaschine erfolgt nach dem Prinzip der „Hochdruck-Saug-Technik“. Zur Simulation des maschinellen Nassreinigungsprozesses erfolgt die Reinigung mit einem beweglichen Reinigungsschlitten mittels Wasserhochdruck und anschließendem Absaugen der Reinigungsflüssigkeit (siehe Bild 2). Dabei wird mittels zwei an einem rotierenden Arm angebrachten Flachstrahldüsen (Düsenwinkel 30 °) das Wasser mittels Hochdruck aufgebracht (siehe grüne Markierung im Bild 3). Das anschließende Absaugen erfolgt durch einen Industriestaubsauger über zwei Öffnungen am Ende des Reinigungsschlittens (siehe blaue Markierung im Bild 3). Im Prüfstand können Probe-Platten mit Abmessungen von 12,5 x 27,0 cm oder Bohrkerne mit einem Durchmesser von 15 cm eingebaut werden

Bild 2: Reinigungsschlitten

Bild 3: Unterseite Reinigungsschlitten

Bei dem Prüfstand können u. a. der Betriebsdruck (einstellbar bis 200 bar bzw. 20 MPa) und die Saugleistung (max. 3.700 l/min mit einem Unterdruck von 240 mbar), die Geschwindigkeit des Reinigungsschlittens (bis ca. 2,5 km/h) sowie die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit (bis zu 60 °C) variiert werden.

2.4 Vorgehensweise

Das Untersuchungsprogramm umfasste insgesamt elf Arbeitsschritte, die teilweise aufeinander aufbauten (siehe Bild 4).

Bild 4: Ablaufschema Untersuchungen (Arbeitsschritte)

Im ersten und zweiten Arbeitsschritt wurden zunächst – ohne Anwendung eines Reinigungsverfahrens – der Einfluss der Einwirkzeit eines Betriebsmittels auf die Bitumenverbindungen im Asphalt untersucht bzw. die Kontaminationsmenge „Eingriffsschwelle“, ab der eine Reinigung im Labormaßstab erforderlich ist, anhand der Verschmutzungsintensität ermittelt. Unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten Einwirkzeit und „Eingriffsschwelle“ wurden im dritten Arbeitsschritt Untersuchungen mit dem Trockenreinigungsverfahren durchgeführt. Parallel dazu wurden in den Arbeitsschritten 4 bis 7 Untersuchungen im Hinblick auf eine Optimierung des Nassreinigungsverfahrens durchgeführt. Dabei wurden der Aufprall- und der Saugdruck sowie der Einfluss von Tensiden (Anwendung bei manueller Vorbehandlung sowie in der Reinigungsflüssigkeit), der Reinigungsgeschwindigkeit und der Reinigungstemperatur untersucht.

Im Anschluss wurde die Restölmenge nach Trockenreinigung sowie nach optimierter Nassreinigung im Arbeitsschritt 8 ermittelt.

Im Arbeitsschritt 9 erfolgte eine erste Validierung der Ergebnisse an Ausbauproben mittels optimierter Reinigungsverfahren.

Abschließend wurden im Arbeitsschritt 10 die optimierten Reinigungsverfahren noch an mit Hydrauliköl kontaminierten Proben angewendet.

Im abschließenden Arbeitsschritt 11 wurden ergänzend noch Untersuchungen zur Ermittlung der Langzeitwirkung durchgeführt.

2.5 Untersuchungsmethoden

2.5.1 Einaxialer Zugversuch

Einaxiale Zugversuche werden gemäß TP Asphalt-StB, Teil 46 A durchgeführt (vgl. Bild 5). Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde für tastweise durchgeführte Zugversuche eine Prüftemperatur von 5 °C gewählt, da bei einer Prüftemperatur von 5 °C i. d. R. Unterschiede von Material- bzw. Festigkeitsveränderungen des Asphalts gut zu erkennen sind.

Bild 5: Prüfvorrichtung für Zugversuche mit eingebauten Probekörpern

2.5.2 Ermittlung der Griffigkeit mit dem SRT-Pendel

Die Griffigkeitsmessungen wurden nach TP Griff-StB (SRT) mit dem SRT-Pendelgerät (Skid Resistance Tester) durchgeführt (vgl. Bild 6).

Bild 6: SRT-Pendelgerät

Abweichend von den TP Griff-StB (SRT), wo vor jeder Messung die Oberfläche angenässt wird, wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes die Messungen ohne vorheriges Aufbringen von Wasser durchgeführt.

Weiterhin wurde bei Untersuchungen, wo die Kontamination auf eine nasse Oberfläche aufzubringen war, vorab auch der SRT-Wert der nassen nicht kontaminierten Oberfläche bestimmt. Wobei auch hierbei von der Vorgehensweise der TP Griff-StB (SRT) abgewichen wurde. Statt vor jeder Einzelmessung die Oberfläche anzunässen, so dass ein geschlossener Wasserfilm entsteht, wurde die Oberfläche einmalig „beregnet“ bis sich ein geschlossener Wasserfilm gebildet hatte und anschließend die Platte für ca. zwei Sekunden senkrecht auf die längere Kante gestellt, so dass das Wasser ablaufen konnte. Anschließend wurde der SRT-Wert gemessen.

Für die Messungen mit dem SRT-Pendelgerät wurde jeweils ein Messfeld mit Abmessungen von 8,5 cm x 13,5 cm (114,75 cm²) bei den im Laboratorium hergestellten Platten untersucht. Bei den Ausbauproben (Bohrkernen, Ø 150 mm) betrug die Messfeldgröße 8,5 cm x 12,5 cm (106,25 cm²).

2.5.3 Gaschromatographie zu Ermittlung mobiler Kohlenwasserstoffe

Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurde ein Flammenionisationsdetektor (FID) verwendet. Dabei wird die zu analysierende Substanz mit dem Trägergas in eine Knallgasflamme (Wasserstoff) transportiert und ionisiert. Die bei der Ionisierung frei werdenden Elektroden werden aufgefangen. Gemessen wird die Ionisierungsspannung, die hier abhängig vom Kohlenstoffgehalt ist. In Chromatogrammen lassen sich die Kohlenwasserstoff-Signale darstellen. Da sowohl das im Bitumen im Asphalt als auch die untersuchten Betriebsmittel Kohlenwasserstoffe enthalten, ist die Herkunft zu differenzieren. Die Bilder 7 und 8 zeigen Chromatogramme aus Vorversuchen, wobei hier jeweils in Grün das Kohlenwasserstoff-Signal des Betriebsmittels, in Blau das Signal einer Asphalt-Referenzprobe und in Rot das Signal einer kontaminierten und gereinigten Asphalt-Probe, die möglicherweise noch Rest-Betriebsmittel enthält, dargestellt ist. An dieser Stelle sei darauf hinzuweisen, dass die Kohlenwasserstoff-Signale von Diesel im Gegensatz zum Motoröl mit dem Bitumen des Asphaltes praktisch keine Überlappung der Kohlenwasserstoffsignale aufweisen, was eine eindeutige Signaltrennung und bessere Qualifizierung ermöglicht.

Bild 7: Chromatogramm – Motoröl (grün), SMA Referenzprobe (blau), SMA kontaminiert mit Motoröl und mit Ölbindemittel gereinigt (rot)

Bild 8: Chromatogramm – Diesel (grün), SMA Referenzprobe (blau), SMA kontaminiert mit Diesel und mit Ölbindemittel gereinigt (rot)

2.6 Mathematisch-statistische Auswerteverfahren

Zur Interpretation der Versuchsergebnisse wurden mathematisch-statistische Verfahren angewendet. Die Auswertung erfolgt nach den von Sachs [1] beschriebenen statistischen Methoden. Um mögliche signifikante Unterschiede zwischen Prüfergebnissen verschiedener untersuchter Varianten erkennen zu können, wurden einfache Varianzanalysen mit nachgeschaltetem modifizierten LSD-Test (Least Significant Difference Test) sowie Mittelwertvergleiche durchgeführt.

3 Ergebnisse (Auszüge)

3.1 Einwirkzeit

Im Rahmen des Arbeitsschritts 1 wurde der Einfluss der Einwirkzeit eines Betriebsmittels auf das Anlösen der Bitumenverbindung im Asphalt untersucht. Neben einer visuellen Begutachtung wurden tastweise Einaxiale Zugversuche gemäß TP Asphalt-StB, Teil 46 A bei einer Prüftemperatur von 5 °C (doppel-belegt) durchgeführt. Die Ergebnisse der Einaxialen Zugversuche sollen Rückschlüsse über mögliche (Zug-) Festigkeitsabnahmen bedingt durch ggf. angelöste Bitumenverbindungen geben. Für die Untersuchungen wurden prismatische Probekörper (mit Abmessungen von 40 mm x 40 mm x 160 mm) benötigt, die aus Asphalt-Probeplatten (oder Bohrkernen) herausgesägt wurden.

In diesem Arbeitsschritt wurden Untersuchungen an Probekörpern aus Asphalt-Probeplatten aus Asphaltbeton (AC), Splittmastixasphalt (SMA) und Offenporigem Asphalt (PA) durchgeführt. Im Arbeitsschritt 9 (vgl. Abschnitt 2.4) wurden noch ergänzend Zugversuche an Altasphalten (AC und SMA) durchgeführt.

Als Betriebsmittel wurden Diesel sowie Motoröl verwendet. Auf die Oberfläche der prismatischen Probekörper wurden in einem Bereich mit Abmessungen von 40 mm x 100 mm jeweils 3 ml Betriebsmittel aufgebracht (entspricht 750 ml/m²). Aus rechnerischen Nachweisen ist bekannt, dass bei dieser Menge die Rautiefe der Oberfläche (Textur) praktisch vollständig abgedeckt ist. Diese Menge ist vergleichbar mit einer extrem starken Verschmutzung, wenn sehr viel eines Betriebsmittels auf einer sehr kleinen Fläche ausläuft.

Als maximale Einwirkungsdauer (Szenario „unentdeckte Ölspur übers Wochenende“), entspricht einer ungünstigen Annahme für die Fahrbahn, wurden drei Tage (72 Stunden) angesetzt und mit dieser Einwirkzeit die Versuchsreihe gestartet. Ob eine weitere Reduzierung der Einwirkzeit zu untersuchen ist, war ergebnisabhängig zu entscheiden.

Parallel zu Einaxialen Zugversuchen an kontaminierten Probekörpern wurden Zugversuche an Probekörpern ohne Kontamination (Referenzproben) durchgeführt.

Unter Berücksichtigung der Ergebnisse der statistischen Mittelwertvergleiche kann die Aussage getroffen werden, dass bei keiner der drei hier untersuchten Asphaltsorten (AC, SMA, PA) es durch die Kontamination mit Motoröl oder mit Diesel nach einer Einwirkzeit von drei Tagen zu einer signifikanten Reduzierung der Zugfestigkeit bei 5 °C kommt. Weiterhin ist bei keiner der drei Asphaltsorten eine signifikante Veränderung der Bruchdehnung nach Kontamination mit Motoröl sowie Diesel und 3-tägiger Einwirkzeit zu konstatieren. Ergänzend ist dennoch zu den Ergebnissen am Offenporigen Asphalt PA anzumerken, dass hier nach Kontamination bei tendenziell geringeren Zugfestigkeiten die Zugdehnungen tendenziell zugenommen haben, was ein Indiz dafür sein kann, dass das Bitumen weicher geworden ist.

Aus dem Arbeitsschritt 1 kann abschließend entnommen werden, dass es nach einer Einwirkungszeit von drei Tagen (Annahme: maximale Zeit bis eine Reinigung erfolgt; Szenario "unentdeckte Ölspur übers Wochenende") nach visueller Begutachtung kein Anlösen des Bitumenfilms an der Oberfläche zu konstatieren ist. Auch anhand der Ergebnisse der Zugversuche ist keine signifikante Abnahme der Zugfestigkeit festzustellen, woraus geschlossen werden kann, dass es praktisch zu keiner strukturellen Veränderungen unter den genannten Randbedingungen kommt.

Bild 9: Zugfestigkeiten bei 5 °C für AC, SMA und PA

Aus diesen Erkenntnissen wurde für die folgenden Arbeitsschritte abgeleitet, dass die Länge der Einwirkzeit für die nachfolgenden Untersuchungen als vernachlässigbar anzusehen ist. Für die weiteren Arbeitsschritte wurde eine angenommene Mindesteinwirkzeit von 20 Minuten (Szenario „Einsatzzeit Feuerwehr“) angenommen.

3.2 Ermittlung Kontaminationsmenge („Eingriffsschwelle“)

Der Arbeitsschritt 2 diente der Ermittlung der Kontaminationsmenge „Eingriffsschwelle“, ab der eine Reinigung im Labormaßstab erforderlich ist. Zur Bewertung der Verkehrssicherheit im Labormaßstab wurde als Messgröße der SRT-Wert herangezogen. Als Anforderungswert wurde ein SRT-Wert von mindestens 55 festgelegt. Ein SRT-Wert von 55 entspricht gemäß M BGriff dem Zustandswert „Warnwert“. Im Rahmen der Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) werden Zustandsmerkmale (z. B. die Griffigkeit) anhand einer Zustandsgröße (z. B. der SRT-Wert für die Griffigkeit) erfasst und mithilfe einer Normierungsfunktion in dimensionslose Werte von 1,0 (sehr gut) bis 5,0 (sehr schlecht) überführt. Der „Warnwert“ (Note 3,5) charakterisiert dabei einen Zustand, dessen Erreichen Anlass zur Analyse der Ursachen für die Zustandsverschlechterung und zur Planung von geeigneten Maßnahmen gibt.

Für die Ermittlung der „Eingriffsschwelle“ wurden jeweils vier unterschiedliche Betriebsmittelmengen (etwa 15 ml/m², 30 ml/m², 45 ml/m², 60 ml/m²), wobei die Mengen eher im oberen Bereich in der Praxis bekannter Kontaminationsmengen liegen, auf eine Fläche von 114,75 cm² (Messfeld) aufgebracht. Zur Umrechnung in Massen wurden dafür zunächst die Dichten für den verwendeten Diesel mit 0,828 g/cm³ und für das Motoröl mit 0,856 g/cm³ messtechnisch bestimmt. Bei den Untersuchungen wurden dann noch die tatsächlich aufgebrachten Mengen erfasst.

Zur Ermittlung der „Eingriffsschwelle“ wurde zunächst der SRT-Wert der kontaminierten Oberfläche (nach 20 Minuten Einwirkzeit) ermittelt. Im Anschluss wurde die Platte zur Simulation eines Starkregenereignisses mit 30 l/m² geflutet, wobei dafür das Wasser mit einer Gießkanne zügig über der Platte ausgegossen wurde. Anschließend wurde der SRT-Wert unmittelbar erneut gemessen. Den ermittelten SRT-Werten liegen je mindestens fünf Einzelwerte zu Grunde.

An dieser Stelle sei darauf hinzuweisen, dass bei den Versuchen im Labormaßstab nicht ausgeschlossenen werden kann, dass ggf. durch das Fluten der Platte an der Oberfläche vorhandenes Betriebsmittel auch abgespült wird, was jedoch auch in der Praxis bedingt durch das Längs- und Quergefälle bei einem Regenereignis beobachtet werden kann.

Die Untersuchungen wurden doppelbelegt (an je zwei unterschiedlichen Platten) durchgeführt. Im Bild 10 sind die Ergebnisse für eine Kombinationen mit Diesel auf einer SMA-Oberfläche zur Ermittlung der „Eingriffsschwelle“ grafisch dargestellt. In der grafischen Darstellung sind in roter Farbe die Ergebnisse der Messungen an den kontaminierten Platten dargestellt und in Blau die Ergebnisse, ermittelt an den kontaminierten Platten und nach Flutung. Die schwarze, unterbrochene Linie ist der für die „Eingriffsschwelle“ angenommene SRT-Wert von 55 SRT-Einheiten.

Bild 10: Ermittlung der "Eingriffsschwelle" für SMA, kontaminiert mit Diesel

Aus den Ergebnissen ist zu entnehmen, dass mit zunehmender Menge des aufgebrachten Betriebsmittels der SRT-Wert abnimmt, d. h. die Griffigkeit reduziert ist. Dieser Zusammenhang ist auch nach Flutung der kontaminierten Platten zu erkennen. Mathematisch kann dieser Zusammenhang näherungsweise über eine Gerade beschrieben werden (siehe Bild 10) Dem Bild 10 kann auch die mathematischen Funktionen sowie das zugehörige Bestimmtheitsmaß entnommen werden.

Zur Ermittlung der „Eingriffsschwelle“ wurde jeweils das Szenario (kontaminiert oder kontaminiert und nach Flutung) als maßgebend angenommen, bei dem ein SRT-Wert von 55 bei der zugehörigen geringeren Betriebsmittelmenge erreicht wird („worst case“). Der Tabelle 1 können die so ermittelten „Eingriffsschwellen“ entnommen werden. Weiterhin ist das zugehörige, maßgebende Szenario in der Tabelle 11 genannt. Für die weiteren Arbeitsschritte wurde vorsorglich die doppelte Menge, der hier ermittelten Mengen, für die „Eingriffsschwelle“ aufgebracht. 

Tabelle 1: „Eingriffsschwellen“

An dieser Stelle sei anzumerken, dass erfahrungsgemäß in der Praxis durchschnittliche Kontaminationsmengen von 5 bis 10 ml/m² beobachtet werden können. Bei den hier ermittelten und nochmals verdoppelten Mengen (Risikozuschlag) handelt es sich somit bereits um eher unüblich hohe Mengen („worst case“). Der Havariefall als „worst case“ ist somit bei den weiteren Untersuchungen bereits mit erfasst worden.

3.3 Einfluss Reinigungsgeschwindigkeit und Vorbehandlung mit Tensid

Im Bild 11 (Kontamination auf trockener Oberfläche) und im Bild 12 (Kontamination auf feuchter Oberfläche) sind die Ergebnisse des Einflusses der Reinigungsgeschwindigkeit und Vorbehandlung mit Tensid grafisch dargestellt. Als Säulen sind die SRT-Werte nach Reinigung bzw. die SRT-Werte nach Flutung der gereinigten Platten dargestellt. Weiterhin ist der mittlere SRT-Wert „trocken“ der SMA-Platten als graue Linie und der als Anforderung angenommene SRT-Wert von 55 als rote Linie eingetragen. Die mittleren SRT-Werte der mit Motoröl bzw. mit Diesel kontaminierten SMA-Platten auf trockener bzw. auf feuchter Oberfläche (Mittelwert der in allen Arbeitsschritten untersuchten Platten) sind als gelbe Linien dargestellt.

Bei der zweiten Messreihe, bei der die Kontamination auf die feuchte Oberfläche aufgebracht wurde (siehe Bild 12), ist weiterhin der Mittelwert der SRT-Werte der feuchten Oberflächen der SMA-Platten als blaue Linie eingetragen.

Im Bild 11 ist der Reinigungserfolg ohne Vorbehandlung (blaue Säulen) und mit Vorbehandlung mit Tensid (rote Säulen) zu entnehmen. Weiterhin sind die Ergebnisse, erzielt mit unterschiedlichen Reinigungsgeschwindigkeiten, gegenübergestellt. Dabei ist tendenziell mit zunehmender Geschwindigkeit der Reinigungserfolg (SRT-Wert) geringer. Unter den gewählten Randbedingungen im Labormaßstab wird dabei nach Reinigung mit Geschwindigkeiten von 0,75 und 1,5 km/h ein SRT-Wert größer 55 ermittelt. Bei einer Reinigungsgeschwindigkeit von 0,75 km/h sind die SRT-Werte der Messungen ohne Vorbehandlung tendenziell höher gegenüber den SRT-Werten der Messungen mit Vorbehandlung mit Tensid, bei den Geschwindigkeiten 1,5 und 2,5 km/h ist die Tendenz umgekehrt

Bild 11: Nassreinigung ohne/mit Vorbehandlung mit Tensid – SMA (trockene Oberfläche)

Aus Bild 12 können noch die Ergebnisse der Untersuchungen mit einer Kontamination auf feuchter Oberfläche entnommen werden. Anhand der Ergebnisse für die SRT-Werte kann erkannt werden, dass Reinigungserfolge in ähnlicher Größenordnung wie bei den Versuchen mit einer Kontamination auf trockener Oberfläche erzielt werden können.

Um abschließend beurteilen zu können, ob es zwischen den untersuchten Reinigungsgeschwindigkeiten und/oder zwischen den Ergebnissen ohne Vorbehandlung und mit Vorbehandlung mit einem Tensid im statistischen Sinne Unterschiede bei den ermittelten SRT-Werten (nach Reinigung) gibt, wurden einfache Varianzanalysen mit nachgeschaltetem LSD-Test (Least Significant Difference) durchgeführt.

Bild 12: Nassreinigung ohne Vorbehandlung – SMA (feuchte Oberfläche)

Basierend auf den mit dem Nassreinigungsverfahren ermittelten Ergebnissen zum Reinigungserfolg (SRT-Wert) können die nachfolgenden Aussagen getroffen werden.

Je geringer die Reinigungsgeschwindigkeit, desto größer ist der Reinigungserfolg. Anhand der statistischen Auswertung kann jedoch weiterhin konstatiert werden, dass der Reinigungserfolg der im Laboratorium untersuchten Reinigungsgeschwindigkeit von 0,75 und 1,5 km/h sich in den meisten Messreihen nicht voneinander unterscheiden und somit als gleichwertig eingestuft werden können. Beim Einsatz eines Tensids zur Vorbehandlung werden tendenziell geringere SRT-Werte im Vergleich zu den Varianten ohne Vorbehandlung gemessen. Beim Einsatz eines Tensides in der Reinigungsflüssigkeit werden sogar signifikant geringere SRT-Werte gegenüber den Ergebnissen ohne Tensid festgestellt, die vermutlich auf Rückstände des Tensids an der Oberfläche zurückzuführen sind.

3.4 Untersuchungen an „Alt-Asphalten“

Im Rahmen der Untersuchungen an „Alt-Asphalten“ sollte geprüft werden, ob die in den vorangegangenen Arbeitsschritten gewonnenen Erkenntnisse an im Laboratorium hergestellten Platten sich auch auf Altasphalte übertragen lassen oder sich diese anders verhalten.

Zur Vergleichbarkeit der mit dem Trocken- und Nassreinigungsverfahren an einem Altasphalt (AC) erzielten Ergebnisse zum Reinigungserfolg (SRT-Werte) wurden die nach Flutung der gereinigten Oberflächen ermittelten SRT-Werte gegenübergestellt (siehe Bild 13) Aus dem Bild 13 geht hervor, dass nach Trockenreinigung tendenziell höhere SRT-Werte der gereinigten und gefluteten Oberflächen als mit dem Nassreinigungsverfahren erzielt werden können.

Zur abschließenden Bewertung der tendenziell erkannten Unterschiede wurde noch mittels eines direkten Mittelwertvergleichs geprüft, ob sich für die drei Altasphalte (DSK-Alt, AC-Alt, SMA-Alt) die SRT-Werte nach Trocken- und Nassreinigung (und anschließender Flutung) signifikant voneinander unterscheiden oder ob die Werte einer Grundgesamtheit angehören. Anhand des Ergebnisses des einfachen Mittelwertes kann konstatiert werden, dass der Unterschied der SRT-Werte (Reinigungserfolg) nach Trocken- und Nassreinigung nur beim AC-Altasphalt und einer Kontamination mit Motoröl signifikant ist.

Bild 13: Vergleich Nassreinigung und Trockenreinigung – AC-Altasphalt

4 Zusammenfassung und Interpretation der Ergebnisse

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden im Labormaßstab Untersuchungen mit dem konventionellen Trockenreinigungsverfahren mit Ölbindemitteln durchgeführt sowie das Nassreinigungsverfahren mit Wasserhochdruck mithilfe einer Sonderprüfmaschine simuliert.

Beim Trockenreinigungsverfahren wurden Versuche mit mittel- sowie grobkörnigem Ölbindemittel durchgeführt.

Beim Nassreinigungsverfahren wurden die Reinigungsgeschwindigkeit (0,75, 1,5 und 2,5 km/h) sowie die Temperatur der Reinigungsflüssigkeit (21°C, 60 °C) variiert. Weiterhin wurde untersucht, welchen Einfluss die Vorbehandlung mit einem Tensid sowie die Zugabe von Tensid in die Reinigungsflüssigkeit haben.

Die Wasserhochdruckreinigung (Nassreinigung) wurde mit 200 bar (Betriebsdruck) durchgeführt, was einem durchschnittlichen Druck in der Praxis üblicher Geräte für die Ölspurbeseitigung entspricht. Anhand von im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durchgeführten Untersuchungen an im Laboratorium „frisch“ hergestellten Platten konnte dieser Druck als unschädlich im Hinblick auf strukturelle Schädigungen (Herauslösen von Gesteinskörnern aus dem Bitumenbett sowie Veränderung/Ablösen des Bitumenfilms) eingestuft werden. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass es bei höheren Drücken zu Veränderungen bzw. Schädigungen der Asphaltoberflächen kommt.

Der Reinigungserfolg im Hinblick auf die Gewährleistung einer ausreichenden Verkehrssicherheit wurde anhand von Griffigkeitsmessungen mit dem SRT-Pendel bestimmt.

Eine systematische Variation der o. g. Parameter bei den beiden Reinigungsverfahren (Trocken- und Nassreinigung) wurde an im Laboratorium hergestellten Asphalt-Probeplatten durchgeführt und untersucht. Basierend auf den an Asphalt-Probeplatten gewonnenen Erkenntnissen (bei Kontamination auf trockener sowie feuchter Oberfläche) wurde anschließend an Altasphalten (Bohrkernen) eine erste Validierung vorgenommen.

Die Untersuchungen wurden überwiegend mit den Betriebsmitteln Motoröl und Diesel durchgeführt. Für einzelne Versuche (z. B. „optimierte“ Nassreinigung oder Trockenreinigung mit mittelkörnigem Ölbindemittel) wurde ergänzend noch Hydrauliköl verwendet.

Anhand der Untersuchungen mit dem Trockenreinigungsverfahren kann konstatiert werden, dass der Einsatz eines mittelkörnigen Ölbindemittels im Vergleich zu einem grobkörnigen Ölbindemittel als vorteilhafter im Hinblick auf den Reinigungserfolg (SRT-Wert) einzustufen ist. In drei von vier untersuchten Messreihen mit der Trockenreinigung werden mit mittelkörnigem Ölbindemittel signifikant höhere SRT-Werte als bei Einsatz eines grobkörnigen Ölbindemittels bestimmt.

Basierend auf den mit dem Nassreinigungsverfahren unter Variation der o. g. Parameter ermittelten Ergebnisse zum Reinigungserfolg (SRT-Wert) können die nachfolgenden Aussage getroffen werden.

Je geringer die Reinigungsgeschwindigkeit, desto größer ist der Reinigungserfolg. Anhand der statistischen Auswertung kann jedoch weiterhin konstatiert werden, dass der Reinigungserfolg der im Laboratorium untersuchten Reinigungsgeschwindigkeit von 0,75 und 1,5 km/h sich in den meisten Messreihen nicht voneinander unterscheiden und somit als gleichwertig eingestuft werden können.

Eine Erhöhung der Temperatur der Reinigungsflüssigkeit von 21 auf 60 °C bringt keinen Vorteil im Hinblick auf den Reinigungserfolg. Beim Einsatz eines Tensids zur Vorbehandlung werden tendenziell geringere SRT-Werte im Vergleich zu den Varianten ohne Vorbehandlung gemessen.

Beim Einsatz eines Tensides in der Reinigungsflüssigkeit werden sogar signifikant geringere SRT-Werte gegenüber den Ergebnissen ohne Tensid festgestellt, die vermutlich auf Rückstände des Tensids an der Oberfläche zurückzuführen sind.

Auf Grundlage der o. g. an im Laboratorium hergestellten Platten aus Splittmastixasphalt ermittelten Ergebnisse wurde als „optimale“ Nassreinigung eine Hochdruckreinigung mit folgenden Parametern definiert: Reinigungsgeschwindigkeit 0,75 km/h, Temperatur der Reinigungsflüssigkeit 21 °C, kein Einsatz von Tensiden (weder zur Vorbehandlung noch als Zusatz in der Reinigungsflüssigkeit). Bei den genannten Parametern handelt es sich lediglich um diejenigen, mit denen im Rahmen der Laborversuche in diesem Forschungsvorhaben der höchste Reinigungserfolg (SRT-Werte) nachgewiesen werden konnten. An dieser Stelle sei noch zu erwähnen, dass auch mit abweichend gewählten Parametern bei der Nassreinigung eine ausreichende Griffigkeit im Hinblick auf die Wiederherstellung der Verkehrssicherheit erzielt werden kann.

Aus den an im Laboratorium hergestellten Platten ermittelten Ergebnissen kann noch erkannt werden, dass hier nach Kontamination und anschließender Reinigung, höhere SRT-Werte als der SRT-Wert „feucht“ (ohne Kontamination) der Platten erzielt werden. Eine mögliche Ursache hierfür ist, dass es durch die Wasserhochdruckreinigung zu einem Nachschärfen im Bereich der Mikrotextur kommt, die dann zu einer Erhöhung des Reibwertes (SRT-Wertes) führt. Es ist davon auszugehen, dass die Oberfläche der „frischen“ Gesteinskörnung gebrochen ist und somit Angriffsfläche bietet weiter zu brechen bzw. geschärft zu werden. Das Nachschärfen übt aber keinen Einfluss auf die Performanceeigenschaften eines Asphalts aus.

An den untersuchten Altasphalten konnte nach „optimierter“ Nassreinigung der zuvor beschriebene Effekt nicht beobachtet werden. Mit einer Ausnahme, konnte bei den Altasphalten der SRT-Wert „feucht“ nicht wieder erreicht werden. Bei den untersuchten Altasphalten kann davon ausgegangen werden, dass durch Witterung und Befahren der Nachschärfungsprozess bereits abgeschlossen ist und die Oberflächen der Gesteinskörnung soweit poliert sind (Endpolierwert), dass diese keine Angriffspunkte für ein weiteres Nachschärfen/ Brechen bei der Wasserhochdruckreinigung bieten können.

Abschließend wurde noch der Reinigungserfolg nach Trockenreinigung (mit mittelkörnigem Ölbindemittel) und nach der „optimierten“ Nassreinigung vergleichend beurteilt und abschließend hinsichtlich signifikanter Unterschiede statistisch bewertet:

Zur Vergleichbarkeit der mit dem Trocken- und Nassreinigungsverfahren erzielten Ergebnisse zum Reinigungserfolg (SRT-Werte) wurden die nach Flutung der gereinigten Oberflächen ermittelten SRT-Werte gegenübergestellt.

Bei den im Laboratorium hergestellten Platten aus Splittmastixasphalt können bei keinem der drei hier untersuchten Betriebsmittel (Motoröl, Diesel, Hydrauliköl) signifikante Unterschiede zwischen den SRT-Werten nach Trocken- und Nassreinigung erkannt werden.

Bei den drei untersuchten Altasphalten (SMA-Alt, AC-Alt, DSK-Alt) und Kontaminationen mit Motoröl und Diesel werden zwar, mit einer Ausnahme, tendenziell höhere SRT-Werte nach Trockenreinigung im Vergleich zur Nassreinigung ermittelt, allerdings sind hier nur für einen von sechs Vergleichen signifikante Unterschiede zu konstatieren.

Im Hinblick auf den Reinigungserfolg ist anhand der im Labormaßstab durchgeführten Versuche und unter Berücksichtigung der genannten Parameter, das Trocken- und Nassreinigungsverfahren zur Ölspurenbeseitigung als gleichwertig einzustufen.

Weiter sei zu ergänzen, dass mittels der durchgeführten „Flutung“ weder visuell erkennbar, noch messbar nachgewiesen werden konnte, dass es bei den hier durchgeführten Laborversuchen zu sogenannten „Nachblutungseffekten“ kommt.

Neben der Ermittlung des Reinigungserfolges (SRT-Wert) wurde weiterhin noch ermittelt, welchen Einfluss die Einwirkzeit des Betriebsmittels auf ein mögliches Anlösen des Bitumens (Asphalt) hat. Hierfür wurden nach 3-tägiger Einwirkzeit der Kontamination Zugfestigkeiten und Bruchdehnungen ermittelt. Es kann konstatiert werden, dass anhand der Zugfestigkeitswerte sowie Bruchdehnungen, sowohl an den im Laboratorium hergestellten Asphalten sowie an den untersuchten Altasphalten, keine signifikanten Veränderungen der genannten Kennwerte im Vergleich zu einer „unbeanspruchten“ Referenzprobe ohne Kontamination festzustellen ist, woraus geschlossen werden kann, dass es praktisch zu keiner strukturellen Veränderungen des Asphaltes nach drei Tagen gekommen ist. Zu den Ergebnisse für den Offenporigen Asphalt PA ist noch anzumerken, dass, hier nach Kontamination, bei tendenziell geringeren Zugfestigkeiten die Zugdehnungen tendenziell zugenommen haben, was ein Indiz dafür sein kann, dass das Bitumen weicher geworden ist.

Weiterhin wurden an ausgewählten Varianten im Anschluss noch die Rest-Betriebsmittelmengen nach Reinigung mittels der Gaschromatographie bestimmt.

Anhand der Ergebnisse an im Laboratorium hergestellten SMA-Platten kann konstatiert werden, dass sowohl bei einer Kontamination mit Motoröl als auch bei einer Kontamination mit Diesel die Rest-Betriebsmittelmenge nach der Nassreinigung geringer ist, als nach Trockenreinigung mit mittel- sowie grobkörnigem Ölbindemittel. Tendenziell sind die Rest-Betriebsmittelmengen beim Aufbringen der Kontamination auf eine feuchte Oberfläche größer als bei Kontamination einer trockenen Oberfläche.

Beim exemplarisch untersuchten SMA-Altasphalt wurde bei einer Kontamination mit Motoröl auf einer trockenen Oberfläche die gleiche Tendenz wie bei den SMA-Platten festgestellt. Bei einer Kontamination mit Diesel auf trockener Oberfläche sind nach Trocken- und Nassreinigung jedoch Restmengen in ähnlicher Größenordnung zu konstatieren.

Aus den abschließend durchgeführten Langzeitversuchen kann aus dem Vergleich der Ergebnisse für eine Kontamination mit Diesel und anschließender Trockenreinigung mit mittelkörnigem Ölbindemittel aus Arbeitsschritt 8 (Ermittlung der Rest-Betriebsmittelmenge unmittelbar nach Reinigung) und aus Arbeitsschritt 11 (Langzeitversuche, Ermittlung der Rest-Betriebsmittelmenge nach zwei Monaten) noch konstatiert werden, dass nach zwei Monaten die RestBetriebsmittelmenge sich um 25 % reduziert hat.

Anhand der Langzeitversuche kann weiter festgehalten werden, dass es auch nach einer Einwirkzeit von zwei Monaten (bei Diesel) zu keiner Reduzierung der Gebrauchstauglichkeit des Asphaltes (Zugfestigkeit und Bruchdehnung) kommt. Weiterhin werden sowohl bei einer aufgebrachten eher geringen Dieselmenge (ohne Reinigung) sowie nach Trockenreinigung nach einer Einwirk-/Liegezeit von zwei Monaten wieder praktisch die ursprünglichen SRT-Werte der Referenzprobe erreicht.

Literaturverzeichnis

1 Sachs, Lothar (1984): Angewandte Statistik, Anwendung statistischer Methoden, 6. Auflage, Springer-Verlag, 1984