Offenporige Asphaltbeläge besitzen mit 22 % Hohlraum im Belag und einer groben Kornstruktur an der Oberfläche einen wesentlich anderen Aufbau als dichte Beläge. Nach vorliegenden Erfahrungen und Ergebnissen von durchgeführten Untersuchungen erfordern die Belagseigenschaften der offenporigen Asphaltbeläge eine andere Anwendung von Tausalz. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führte in den vergangenen Jahren gemeinsam mit der Firma KOMMZEPT-Ingenieurbüro Hausmann umfangreiche Untersuchungen zum Salzeinsatz auf offenporigen Belägen durch. Dazu gehörten Laborversuche, Messungen zur Verweil- und Wirkungsdauer von Tausalz auf diesen Belägen und Auswertungen der Beobachtungen von Autobahnmeistereien in Bayern, Brandenburg und Niedersachsen. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die offenporigen Beläge teilweise winterdienstlich anders behandelt werden müssen als die dichten Beläge. Die Offenporigen Asphalte besitzen im Vergleich zu dichten Belägen eine deutlich rauere Oberflächenstruktur. In den Poren des Belages fließt Wasser nicht vollständig ab. Durch Kapillarwirkungen lagert sich Wasser im Belag ähnlich wie in einem Schwamm ab. Dieses Wasser im Belag kann durch den Verkehr sogar wieder zur Oberfläche gesaugt werden, an der es bei Temperaturen unter 0 °C vor allem nachts zu einer Eisschicht kommen kann. Aufgrund der größeren gebundenen Wassermengen muss mehr Salz auf offenporige Asphalte gestreut werden. Ausgebrachtes Tausalz bleibt länger in den Oberflächenporen oder im Belag haften. Es wird im Vergleich zu dichten Belägen durch den Verkehr fast nicht zur Seite verweht. Vorbeugend ausgebrachtes Feuchtsalz dringt langsam in die Oberfläche ein. An den eigentlichen Kontaktflächen zum Reifen bleibt wenig haften. Deshalb ist der Einsatz von Tausalzlösungen bei Reifglätte oder geringer Feuchte (Nieselregen) wirkungsvoller. Für die ausreichende Wirkung bei zu erwartendem höherem Niederschlag hat sich auch der Einsatz von Kombistreuern bewährt. Neben Feuchtsalz für die Tiefenwirkung verteilen sie gleichzeitig Tausalzlösung an der Oberfläche, die dort gut haftet. Aufgrund der größeren Wassermengen im und auf dem Belag sind größere Mengen Salz auszubringen.

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

1 Einleitung

Verkehrslärm stellt häufig eine hohe Belastung von Anwohnern an stark befahrenen Straßen dar. Eine Möglichkeit zur deutlichen Lärmreduzierung stellt der Einbau von offenporigen Belägen dar. Diese Beläge führten durch ihren schallschluckenden Hohlraumgehalt (meist 22 %) im Vergleich zu herkömmlichen Belägen immer wieder zu Problemen im Winter. Sie sind aufgrund der abweichenden Eigenschaften winterdienstlich anders zu behandeln.

Vorliegende Erkenntnisse zum Winterdienst sahen betroffene Straßenbauverwaltungen als nicht ausreichend an. Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führte daher in den vergangenen Jahren gemeinsam mit dem KOMMZEPT-Ingenieurbüro Hausmann umfangreiche Untersuchungen zum Winterdienst auf offenporigen Belägen durch. Ziel waren erweiterte Erkenntnisse zum effektiven Winterdienst auf offenporigen Belägen zu bekommen.

2 Erfahrungen aus der Praxis

In einem ersten Schritt hat die BASt einen Fragebogen an die Straßenbauverwaltungen der Länder versandt. Dazu sollten vorliegende Erfahrungen erkundet werden. Im insgesamt hohen Rücklauf wurden die Fragen häufig unterschiedlich beantwortet. Verwaltungen mit kurzzeitigen Erfahrungen gaben tendenziell öfters an, dass sie den Winterdienst nur wenig anders im Vergleich zu herkömmlichen Belägen durchführen. Verwaltungen, die bereits längere Zeit offenporige Beläge winterdienstlich behandeln müssen, berichteten überwiegend von einem Mehraufwand. Die Beobachtungen zeigten unterschiedliche Zustände an Nahtstellen zwischen offenporigen und geschlossenen Belägen bei gleichartigem Winterdienst. Im Bild 1 sind die Unterschiede deutlich zu erkennen. In den Fragebögen gingen die Angaben zu Streudichten oder Umfang der Einsätze allerdings recht weit auseinander. Eine nachträgliche Bewertung der einzelnen Handlungen unter den jeweiligen Bedingungen war nicht möglich.

Bild 1: Ergebnisse des Winterdienstes an der Trennstelle zwischen OPA (im Vordergrund) und dichtem Asphalt (Quelle: Regierungspräsidium Tübingen) 

3 Ergebnisse von Laborversuchen

Laborversuche sollten das Verhalten von aufgetragenem Wasser auf den Oberflächen von offenporigen Belägen beurteilen lassen. Mit Hilfe eines maschinengeführten Sprühventils konnten sehr geringe definierte Wasserfilme auf verschiedene Beläge gleichmäßig aufgetragen werden. Es standen Bohrkerne von ausgebauten älteren Belägen aber auch im Labor hergestellte Beläge zur Verfügung. Der Wasserauftrag konnte unter anderem bei Belagstemperaturen unter 0 °C erfolgen. Damit ließ sich das Gefrieren dieser aufgetragenen Wasserfilme beobachten.

Bereits sehr dünne Wasserfilme führten im Gefrierungsfall schon zu einer subjektiv deutlich wahrnehmbaren Glätte. Ein sehr stark polierter Belag fast ohne Bitumen an der Oberfläche wurde bereits mit einer Dicke von 0,01 mm als sehr glatt beurteilt. Andere offenporige Decken wirkten im Vergleich zu herangezogenen geschlossenen Belägen bei aufgetragenen und gefrorenen Wasserfilmdicken von rund 0,02 mm glatter. Als Ursache kann die geringe Mikrorauigkeit der offenporigen Beläge angesehen werden.

Bild 2: Eisbildung auf OPA – sehr geringe Griffigkeit aufgrund polierter Oberfläche (8 Jahre Liegedauer) nach Aufsprühen von kaltem Wasser auf sehr kalten Bohrkern (-11°C)

Weitere Versuche im Labor bezogen sich auf den Wasserfluss im Belag. Dabei konnte festgestellt werden, dass das Wasser zwar im Belag eindringt, aber nicht vollständig über Kanäle unter der Oberfläche abfließt. Der offenporige Belag verhält sich ähnlich wie ein Schwamm. Das Wasser bleibt in den Hohlräumen haften und kann gefrieren. Das sich bildende Eis wird an der Oberfläche sichtbar. Das Bild 3 zeigt das Ergebnis eines derartigen Versuchs im Labor. Eine wesentliche Verkehrsgefährdung wäre dadurch erst mal nicht zu erwarten. Unter Verkehrseinwirkung würde dieses Eis wahrscheinlich zur Oberfläche zurückgezogen werden. In den Fragebögen und auch in Interviews mit Vertretern der Straßenbauverwaltungen wurde das Phänomen des Herauswachsens von Eis aus dem Belag häufig geschildert.

Bild 3: Aufgetragenes Wasser, das nach dem Abkühlen in den Poren gefriert 

4 Liegedauer von Tausalzen auf offenporigen Belägen

Für diese Versuche kam wie bereits bei anderen Versuchen zur Liegedauer von Salz auf geschlossenen Belägen das Spül-Saug-Verfahren nach ESG zum Einsatz [Hausmann]. Mit diesem Verfahren wird destilliertes Wasser auf die Fahrbahnoberfläche aufgebracht und anschließend wieder mit vorhandenem Salz aufgesaugt. Größere aufgesaugte Salzkörner lassen sich durch Rühren der aufgesaugten Lösung auflösen. Aus der Masse und der Leitfähigkeit der Lösung wird die Salzmenge für die auf diese Weise bearbeitete Fläche ermittelt. Mit dem eingesetzten Spül-Saug-Gerät ließ sich Salz von Flächen mit 20 cm Breite und 5 m Länge aufnehmen.

Das Verfahren wird noch am geeignetsten angesehen. Sichtbare Salzkörner oder auch abgetrocknete Salzlösungen an der Oberfläche werden sehr gut zur weiteren Analyse aufgenommen. Welche Salzmengen, die sich im Belag befinden, aufgenommen werden, kann nicht beurteilt werden.

Diese streifenartigen Aufnahmen fanden bei verschiedenen Streueinsätzen statt. Dabei wurde jeweils vor, unmittelbar nach einem Streueinsatz (ohne Verkehrseinwirkung) und nach genau erfassten Zeitpunkten nach Verkehrseinwirkung gemessen. Die Messungen wurden jeweils in der rechten Rollspur und in der Mitte des rechten Fahrstreifens auf Autobahnen vorgenommen. Zur sicheren Aussage wurden alle diese Einzelmessungen jeweils einmal wiederholt (Ergebnisse der Felder 1 und 2). Messergebnisse für verschiedene Situationen zeigen die Bilder 4 und 5.

Das Bild 4 gibt die Ergebnisse nach dem Auftragen von 10 g/m² Salzlösung wieder. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Messstreifen werden auf ein ungleichmäßiges Ausbringen der Lösungen zurückgeführt. Nach einer Stunde Verkehr gibt es fast keine Abnahme der Salzmenge. Nach dem Abtrocknen ist eine gleichmäßige Verteilung auch auf den obenliegenden einzelnen Gesteinskörnern zu erkennen. Im weiteren Verlauf nimmt der hohe Wert zwischen den Fahrstreifen deutlich ab, sinkt aber nicht unter das Niveau in den Rollstreifen. Auch nach über 20 h Verkehrseinwirkung war noch eine sehr hohe Salzmenge messbar.

Bild 4: Ergebnisse zur Liegedauer von Tausalzlösungen bei trockenen Bedingungen

Bild 5: Ergebnisse zur Liegedauer von Tausalzlösungen bei trockenen Bedingungen

Bild 6: Kombinierte FS 30 + FS 100 Streuung

Die im Bild 5 dargestellten Ergebnisse stammen von einer sogenannten Kombistreuung. Während einer Einsatzfahrt brachte das Winterdienstfahrzeug gleichzeitig Tausalzlösungen über den vorhandenen Sprühbalken (FS 100) und Feuchtsalz (FS 30) über den Streuteller aus (Bild 6).

Dieser Fall zeigt wiederum die Unterschiede unmittelbar nach der Ausbringung. Nach einer Stunde verschiebt sich die Salzmenge. Danach sinkt die nachweisbare Salzmenge kontinuierlich. Nach 24 h ist trotzdem noch eine größere Salzmenge vorhanden. Eine Verdrängung zum Seitenstreifen zeigen zum einen nicht die erfassten Messwerte. Auch die Beobachtungen lassen kein Verwehen von Salzkörnern zur Seite erkennen, wie es auf geschlossenen Belägen deutlich sichtbar wird. Salzkörner springen hin und wieder durch den Verkehr über die Fahrbahnoberfläche, um dann meist in den groben Poren hängen zu bleiben. Diese sind auch nach 60 min noch deutlich zu erkennen. Es ist davon auszugehen, dass ein Großteil des sich im Laufe der Zeit auflösenden Salzes in die Poren eindringt.

Ähnliche Ergebnisse ließen sich auch beim Austragen von Feuchtsalz FS30 ohne zusätzliche Lösung beobachten. Hier fehlt allerdings eine Haftung von Salz auf den oben liegenden einzelnen Gesteinskörnern, die hauptsächlich die Kontaktflächen mit den Reifen bilden. Dies ist besonders bei geringen Niederschlägen (z. B. Nieselregen) ein Nachteil. 

5 Temperaturverhalten von offenporigem Asphaltbelägen im Winter

In der Literatur werden häufig deutlich tiefere Temperaturen an der Oberfläche von offenporigen Belägen im Vergleich zu geschlossenen Belägen genannt. Bei den Untersuchungen in diesem Projekt waren Unterschiede nicht mit einer deutlichen Größenordnung nachweisbar.

Zum einem fanden manuelle Messungen mit Infrarot-Thermometer unmittelbar nach der Sperrung des ersten Fahrstreifens an der Nahtstelle zwischen geschlossenen und offenen Belägen statt. Die Messungen erfolgten im Abstand von ca. 10 m zur Nahtstelle. In allen Fällen waren trotz unterschiedlichen Bewölkungsverhältnissen die Unterschiede der Temperaturen zwischen Rollspuren und Rändern des gleichen Fahrstreifens größer als die Differenzen zwischen den Temperaturen auf beiden Belägen im gleichen Querschnitt. Alle Differenzen waren nicht größer als ein Kelvin.

Stationäre Messungen lagen von einer Glättemeldeanlage an einer Nahtstelle auf den BAB A 9 vor (GMA-Standort Bayreuth Süd im Bereich der AM Trockau). Dort sind gleichartige Bodensonden unter anderem für die Fahrbahnoberflächentemperatur jeweils in beiden Belägen im gleichen Querschnitt eingebaut.

Das Bild 7 gibt den Messwertverlauf von zwei Sensoren im gleichen Querschnitt wieder. Im Diagramm sind auch die Lufttemperatur am Standort der GMA und die Differenz zwischen beiden Fahrbahnoberflächentemperaturen dargestellt.

Bild 7: Verlauf der Fahrbahnoberflächentemperaturen an einer Nahtstelle zwischen geschlossenen und offenporigen Belägen innerhalb einer Woche

Bei der Abkühlung unter der schwächer werdenden Sonneneinstrahlung am Nachmittag zeigt sich einen etwas schnelleren Rückgang der Fahrbahnoberflächentemperatur auf dem offenporigen Belag. Die Differenz steigt in keinem Fall über ein Kelvin. In der Nacht verlaufen die Temperaturen auf beiden Belägen fast gleich. Bei der Sonneneinstrahlung am Vormittag steigt die Fahrbahnoberflächentemperatur der Bodensonde im offenporigen Belag schneller. 

6 Beobachtungen bei unterschiedlichen Verschmutzungsgraden

Unterschiedliche Eigenschaften von offenporigen Belägen können sich durch Verschmutzungen ergeben. Im Laufe der Zeit setzen sich die Poren zu. Zunächst trifft dies den Seitenstreifen. Dort fließt meist schon nach kurzer Liegezeit kein Wasser mehr nach unten ab. Beim Ausgießen großer Mengen Wasser (> 50 l) auf dem rechten Fahrstreifen konnte trotz der geschlossenen Oberfläche eine Dränage durch den Seitenstreifen zum Bankett beobachtet werden. Diese Dränage erfolgte sowohl auf einen zwei- und einen sieben Jahre liegenden Belag recht langsam. Mit einem Abtransport von Tausalz im Belag muss also bei Niederschlag auch bei oberflächlich geschlossenen Seitenstreifen gerechnet werden.

In den Fahrstreifen bleibt dagegen durch den Verkehr die Offenporigkeit meist erhalten. Allerdings konnte in einem Fall bei einem mäßigen Regen auf einen über 10 Jahre liegenden Belag beobachtet werden, dass kein oder weniger als durch den Niederschlag hinzukommendes Wasser im Belag abfloss. Aufgrund der sehr groben Oberflächenstruktur bleibt viel Wasser an der Oberfläche stehen (Bild 8). Im Gefrierungsfall bedeutet dies, dass auch mehr Salz auf die Fahrbahn gebracht werden muss, um das Gefrieren vollständig zu verhindern.

Bild 8: Wasserstand auf alten offenporigen Belag bei mäßigen Regen 

7 Schlussfolgerungen aus den Beobachtungen und Messungen

Offenporige Asphaltbeläge besitzen mit 22 % Hohlraum im Belag und einer groben Kornstruktur an der Oberfläche einen anderen Aufbau als dichte Beläge. Nach vorliegenden Erfahrungen und Ergebnissen von durchgeführten Untersuchungen erfordern die Belagseigenschaften der offenporigen Asphaltbeläge eine andere Anwendung von Tausalz:

• Ausgebrachte Tausalzkörner setzen sich in den vorhandenen großen Poren an der Oberfläche ab. Aufgrund der groben Kornstruktur der offenporigen Asphaltbeläge gibt es relativ große Flächen zwischen Fahrbahn und Reifen, auf denen sich Salzkörner (sowohl trocken als auch angefeuchtet) kaum halten. Diese Kontaktflächen führen daher bei Reif und überfrierender Nässe schneller zur Kraftschlusssenkung.
• Bedingt durch die Poren binden offenporige Asphaltbeläge an und unter der Oberfläche wesentlich mehr Wasser in Form von Schnee, Eis, Wasser oder Salzlösung als dichte Beläge (schwammartiges Verhalten). Die bei der Tausalzausbringung auf dichten Belägen ausgebrachten Streudichten reichen daher nicht aus, um Glättebildung auf offenporigen Asphaltbelägen zu vermeiden.
• Je stärker ein Niederschlag, umso schneller löst sich Tausalz auf und wird in die Poren eingeschwemmt. An der Oberfläche ist kaum Salz für weiteren Niederschlag vorhanden. Ein häufigeres Streuen ist gegebenenfalls erforderlich.
• Die Zeit für den Wasserabfluss unter der Oberfläche kann infolge Verschmutzung und daraus resultierender Ablaufbehinderung sehr unterschiedlich sein. Durch Saugwirkung der Reifen kann ein Teil des Wassers im Belag zur Oberfläche zurückgezogen werden. Dieses gefriert an der unterkühlten Oberfläche und führt zum öfter beobachteten Herauswachsen von „Eispilzen“ aus dem Belag.
• Im Vergleich zu dichten Belägen verweht Tausalz nur im geringen Umfang seitlich von befahrenden Fahrstreifen mit einem offenporigen Asphaltbelag. Eine zusätzliche Streuung des Seitenstreifens kann deshalb erforderlich sein.
• Ein wesentlich anderes Temperaturverhalten von offenporigen Belägen im Vergleich zu dichten Belägen konnte nicht beobachtet werden. Die offenporigen Beläge kühlen aufgrund der offenen Struktur (geringeres Wärmespeichervermögen) geringfügig etwas schneller ab (gemessen bis ca. 0,5 °C Vorlauf). Sie müssen aufgrund der möglichen schnelleren Abkühlung innerhalb des Streckennetzes ähnlich wie z. B. eine Stahlbrücke genauer beobachtet und entsprechend zeitlich früher behandelt werden.

8 Empfohlene Streudichten auf offenporigen Asphaltbelägen

Aus den Beobachtungen und Messergebnissen werden folgende Empfehlungen zur Art der Tausalzausbringung mit dazugehörigen Mindeststreudichten abgeleitet:

• Vermeidung von Reifglätte und Eisglätte (überfrierende Feuchte):
  FS 100: 15 g/m² oder
  FS 30: 15 g/m².

Dem Einsatz von FS 100 (Natriumchlorid-Lösung) sollte der Vorzug gegeben werden, da die Lösung die Oberfläche des offenporigen Asphalts wesentlich vollständiger als Feuchtsalz FS 30 benetzt.

• Vermeidung von Eisglätte (überfrierende Nässe, wegen zurückliegender Niederschläge befindet sich besonders viel Flüssigkeit im Belag):
  FS 30: 1,5 bis 2-fache Menge der Werte von dichten Fahrbahndecken bei Nässe.

Die angegebenen höheren Mengen sind bei offenporigen Belägen mit einer starken Ablaufbehinderung anzuwenden (Dränage eingeschränkt oder funktionslos). Bei größeren zeitlichen Abständen zwischen den Streuungen, vor allem bei Winterbeginn oder nach Zeiten ohne Streuungen aber höheren Niederschlägen über dem Gefrierpunkt, sind ebenfalls größere Mengen notwendig.

• Vermeidung von Glatteis und Schneeglätte:
  FS 30 + FS 100 kombiniert:   5 g/m² FS 30 + 10 g/m² FS 100
                                                 (nur bei vorbeugendem Einsatz)
  FS 100:                                   ≥ 30 g/m² (nur bei vorbeugendem Einsatz)
  FS 30:                                     ≥ 20 g/m² (max. 40 g/m²)

Vor dem Niederschlag wird die gleichzeitige Ausbringung von Feuchtsalz und Lösung empfohlen (FS 30 + FS 100, Verhältnis 1:2).

Während eines stärkeren Niederschlags mit sichtbarem Wasserfilm oder Schnee auf der Oberfläche ist der Einsatz von FS 100 nicht sinnvoll.

Die vorgenannten Empfehlungen gelten nur bei Temperaturen um -1 °C.

Bei tieferen Temperaturen müssen die Streudichten über das Niveau der angegebenen Basiswerte bis zu maximal 40 g/m² gesteigert werden.

Zusammenfassend ist zu sagen, dass für den Winterdienst auf offenporigem Asphalt ein höherer Salzeinsatz notwendig ist. Bei der Wahl der Streudichte und der Streutechnologie muss jedoch auch dabei in Abhängigkeit von den Wetterbedingungen sehr differenziert entschieden werden. Zur Vermeidung von Reif- und Eisglätte hat sich die Ausbringung von Tausalzlösungen (FS 100-Verfahren) als sehr wirksame und salzsparende Methode erwiesen. Übersicht der Tagungsbände zum FGSV-Kolloquium „Straßenbetrieb“

Tagungsberichte veröffentlicht im FGSV Verlag (Auszug)

FGSV 002/59: Straßenbetriebsdienst 1997, 7. / 8. Oktober 1997 in Darmstadt

FGSV 002/68: Straßenbetriebsdienst 1999, 5. / 6. Oktober 1999 in Darmstadt

FGSV 002/73: Straßenbetriebsdienst 2001, 17. / 18. Oktober 2001 in Darmstadt

FGSV 002/77: Straßenbetriebsdienst 2003, 9. /10. September 2003 in Karlsruhe

FGSV 002/84: Straßenbetriebsdienst 2005, 27. / 28. September 2005 in Karlsruhe

FGSV 002/89: Straßenbetriebsdienst 2007, 25. / 26. September 2007 in Karlsruhe

FGSV 002/94: Straßenbetriebsdienst 2009, 15. / 16. September 2009 in Karlsruhe

FGSV 002/100: Straßenbetrieb 2011, 13. / 14. September 2011 in Karlsruhe

FGSV 002/107: Straßenbetrieb 2013, 17. / 18. September 2013 in Karlsruhe