Seit 2006 liegt mit dem „Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt“ [1] in Verbindung mit der Erfahrungssammlung über die Verwendung von Fertigprodukten und Zusätzen zur Temperaturabsenkung von Asphalt [2] erstmals ein Technisches Regelwerk zur Temperaturabsenkung bei der Herstellung und beim Einbau von Asphalt vor. Dieser Beitrag soll einen Überblick zum Stand der Technik der Temperaturabsenkung sowie deren Anwendung in der Praxis geben.

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

1    Hintergrund und Entstehung der Temperaturabsenkung von Asphalt

Die Spanne der niedrigsten und höchsten zulässigen Temperaturen des Mischgutes reicht bei Asphalten laut der in den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt“ (ZTV Asphalt-StB) [3] enthaltenen Tabelle in Abhängigkeit vom verwendeten Bindemittel bei Walzasphalten von 120 bis 190 °C, bei Gussasphalten von 200 bis 250 °C. Hierbei gelten die unteren Grenzwerte für das abgeladene Mischgut beim Einbau, die oberen für das Mischgut beim Verlassen des Mischers bzw. des Silos. Unter temperaturabgesenkten Asphalten werden Asphalte verstanden, die bei einer Temperatur von 20 bis 30 K unter diesen regulären Temperaturen hergestellt und eingebaut werden.

Hierbei darf zunächst natürlich die Frage gestellt werden, aus welchem Grund überhaupt die Temperaturen abgesenkt werden sollten. Diese Frage nach dem Warum ist recht einfach zu beantworten. Unnötige Emissionen, die unter Umständen das Tragen von Atemschutzausrüstung beim Einbau erforderlich machen, passen einfach nicht zum umweltfreundlichen und ökologisch vorbildlichen Baustoff Asphalt und mit einer Absenkung der Temperatur können wir dem sehr wirkungsvoll begegnen. Bereits eine Absenkung der Temperatur um 10 K führt zu einer Halbierung der Dämpfe und Aerosole aus dem Bitumen. Eine Absenkung um 30 K bedeutet folglich eine dreimalige Halbierung der Emissionen, was bedeutet, dass dann nur noch 12,5 % der ursprünglichen Arbeitsplatzemissionen auftreten. Bei diesen beeindruckenden Zahlen liegt es auf der Hand, dass die Temperaturabsenkung den Königsweg für den Arbeits- und Gesundheitsschutz darstellt. Dies veranschaulicht das Bild 1, welches die Arbeitsplatzexpositionen für die einzelnen Beschäftigten beim maschinellen Gussasphalteinbau zeigt. Diese Grafik wurde dem Sachstandsbericht 2006 des Gesprächskreises Bitumen [4] entnommen. Rot dargestellt die Expositionen für normalen Asphalt, grün für den temperaturabgesenkten Asphalt.

Bild 1: Arbeitsplatzexposition beim maschinellen Einbau von Gussasphalt

Darüber hinaus führt die Verringerung des Energieeinsatzes bei der Produktion von Asphalt zu einer Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Ohnehin ist die Asphaltbauweise die ökologischste Bauweise für hoch beanspruchte Verkehrsflächen. Dies veranschaulicht sehr eindrucksvoll das Bild 2, das die CO₂-Emissionen je Quadratmeter Verkehrsflächenbefestigung zeigt und dabei Asphalt- und Betonbauweise gegenüberstellt. Variante 1 zeigt die Gegenüberstellung ohne Recyclingbaustoffe, Variante 2 enthält Recyclingbaustoffe und bei Variante 3 sind Recyclingbaustoffe und CEM III Zemente berücksichtigt.

Bild 2: Vergleich der Treibhausgasemissionen je Quadrat-meter Verkehrsflächenbefestigung (Asphalt/Beton)

Ein weiterer Effekt der Temperaturreduzierung ist, dass sich die oxidative Bitumenalterung bei der Produktion von Asphalt maßgeblich verringert. Verantwortlich hierfür ist ein Grundgesetz der Chemie, welches besagt, dass sich die Geschwindigkeit exothermer Reaktionen, bei ansonsten gleichbleibenden Randbedingungen, verdoppelt, wenn sich die Temperatur um 10 K erhöht.

Bestrebungen zur Temperaturabsenkung sind nicht gänzlich neu. Bereits Anfang der 90iger Jahre initiierte das Deutsche Asphaltinstitut (DAI) ein Forschungsvorhaben, welches die Möglichkeiten zur Verringerung der Misch- und Einbautemperaturen von Asphalt untersuchen sollte. Dieses Vorhaben wurde seinerzeit bei Prof. Huschek an der TU Berlin durchgeführt. In der Folge war es der Deutsche Asphaltverband (DAV), der den Arbeitskreis Temperaturabsenkung ins Leben gerufen hat. Später wurde dann aufgrund der zunehmend größer werdenden Bedeutung des Themas Temperaturabsenkung über die Asphaltindustrie hinaus dieser Arbeitskreis bei der Forschungsgesellschaft als Arbeitskreis 7.6.9 angesiedelt, der dann auch mit der Erarbeitung eines Merkblattes zur Temperaturabsenkung beauftragt wurde. Beschleunigt wurde dieser Erarbeitungsprozess durch zunehmenden politischen Druck, der sich durch die Einführung des inzwischen aufgehobenen Grenzwertes für Dämpfe und Aerosole am Arbeitsplatz bei der Heißverarbeitung von Bitumen aufbaute. Unter diesem Druck wurde dann im Jahr 2004 zusätzlich zum Arbeitskreis 7.6.9 die Ad-hoc-Gruppe Temperaturabsenkung bei der Forschungsgesellschaft ins Leben gerufen, welche die Aufgabe hatte, den Einführungsprozess des Merkblattes zu beschleunigen. Das M TA konnte dann auch 2005 fertiggestellt werden und ist seit vergangenem Jahr verfügbar. Damit ist nunmehr der Zugang zum Technischen Regelwerk des Straßenbaus für temperaturabgesenkten Asphalt gegeben. Ergänzt wird dieses Merkblatt durch eine im Internet verfügbare Erfahrungssammlung, welche konkrete Produkte zur Absenkung der Temperatur von Asphalt empfiehlt.

2   Das Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt

Das „Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt“ kann beim Verlag der FGSV (www.fgsv-verlag.de) bezogen werden. Nach einem allgemeinen Teil (Abschnitt 1) werden darin die Verfahren zur Temperaturabsenkung mit viskositätsveränderten Bindemitteln und organischen Zusätzen (Abschnitt 2) sowie die Verfahren mit viskositätsverändernden mineralischen Zusätzen (Abschnitt 3) erläutert. Abschnitt 4 gibt Hinweise zu Abnahme, Mängelanspruch und Abrechnung und im Abschnitt 5 sind die Technischen Regelwerke zusammengefasst. Darüber hinaus enthält das Merkblatt zwei Anhänge, wobei sich der erste mit ergänzenden Prüfungen für temperaturabgesenkte Walzasphalte im Rahmen der Eignungsprüfung beschäftigt, und der zweite ergänzende Prüfungen zum Verarbeitungsverhalten von Gussasphalt im Rahmen der Eignungsprüfung enthält.

Im Abschnitt 1 sind die üblichen Begriffsbestimmungen, eine Erläuterung der verschiedenen Anwendungsgebiete, Baugrundsätze, Hinweise zur Herstellung, Lagerung und Beförderung des Mischgutes sowie Ausführungsgrundsätze für die Vorbehandlung der Unterlage sowie das Herstellen der fertigen Schicht zusammengefasst.

Im Abschnitt 2 werden die Verfahren mit viskositätsveränderten Bindemitteln oder organischen Zusätzen erläutert. Hierbei werden unter viskositätsveränderten Bindemitteln Fertigbindemittel verstanden, die mit organischen Zusätzen wie sie im Abschnitt 2.1.2 behandelt werden, ab Werk modifiziert worden sind. Falls keine solchen Fertigbindemittel verwendet werden, sind die organischen Zusätze in einem zusätzlichen Arbeitsschritt in das Bindemittel oder in das Asphaltmischgut einzuarbeiten. Bezüglich der Herstellung der Asphaltschicht wird im „Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt“ lediglich der Hinweis gegeben, dass bei temperaturabgesenkten Walzasphalten die Abstumpfung der Oberfläche unmittelbar nach dem ersten Walzenübergang erfolgen sollte. Im Abschnitt 2.3 werden wichtige Hinweise zur Eignungs-, Eigenüberwachungs- und Kontrollprüfungen gegeben. Beispielsweise dass der Erweichungspunkt Ring und Kugel viskositätsveränderter Bindemittel teilweise deutlich über 70 °C liegen und zur vertragsrechtlichen Beurteilung im Rahmen der Kontrollprüfung nicht herangezogen werden kann.

Abschnitt 3 erläutert die Verfahren mit viskositätsverändernden mineralischen Zusätzen. Hier wird im Wesentlichen die Anwendung von Zeolithen behandelt, die sich derzeit auf den Einsatz des Produktes aspha-min beschränkt, da dieses Verfahren durch die beteiligten Firmen patentrechtlich geschützt wurde. Bezüglich Abnahme, Mängelanspruch und Abrechnung wird im Merkblatt auf die Bestimmungen der jeweiligen Regelwerke verwiesen. Ausnahme hierbei stellt die bereits erwähnte Sonderregelung hinsichtlich des Erweichungspunktes Ring und Kugel dar.

Die im Anhang 1 des Merkblattes erläuterte Bestimmung der maßgebenden Verdichtungstemperatur von temperaturabgesenktem Asphalt ist von besonderer Bedeutung. Es ist hierbei eine Referenzmischung mit nicht viskositätsverändertem Bitumen herzustellen und, wie üblich, bei 135 °C (bei Verwendung von Straßenbaubitumen) bzw. 145 °C (bei Verwendung von polymermodifiziertem Bitumen) im Labor zu verdichten. Mit Hilfe dieses Punktes und der von 110 bis 150 °C zu erarbeitenden Raumdichtekurve des Asphaltes mit viskositätsverändertem Bindemittel kann dann leicht die maßgebende Verdichtungstemperatur bestimmt werden. Im Falle des im Bild 3 aufgetragenen Beispiels beträgt diese 122 °C.

Bild 3: Beispielhafte Ermittlung der maßgebenden Verdichtungstemperatur von temperaturabgesenktem Asphalt

Um eine Bindemittelüberbemessung bei Asphaltdeckschichten mit besonderer Beanspruchung zu vermeiden, sind jeweils zwei Marshall-Probekörper mit dem ermittelten Sollbindemittelgehalt und bei der maßgebenden Temperatur mit zweimal 50, zweimal 75 und zweimal 100 Schlägen zu verdichten und die jeweiligen Raumdichten zu ermitteln. Mit diesen Raumdichten werden die Hohlraumgehalte am Marshall-Probekörper errechnet und gegen die Anzahl der Verdichtungsschläge grafisch aufgetragen. Bild 4 zeigt beispielhaft eine solche Hohlraumgehaltskurve. Für Asphalte mit einem erforderlichen hohen Verformungswiderstand sollte der Hohlraumgehalt bei zweimal 100 Schlägen den Wert von 2 Vol.-% nicht unterschreiten.

Der Anhang 2 des Merkblattes enthält ein Verfahren zur Prüfung des Verarbeitungsverhaltens von Gussasphalt. Es ist hierfür ein Rührgerät mit Drehmomenterfassung zur Messung des Rührwiderstandes zu verwenden. Für den Versuch ist zunächst eine homogene Gussasphaltprobe im Labor herzustellen und in den vorgeheizten Rührkessel zu geben. Der Rührer wird dann mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 25 Umdrehungen pro Minute angestellt und wenn das Mischgut auf 250 °C erhitzt wurde und der Rührwiderstand über eine Zeit von 5 Minuten konstant geblieben ist, ist der erste Wert abzulesen. Anschließend ist die Mischguttemperatur bei weiter eingeschaltetem Rührwerk gleichmäßig auf 190 °C abzukühlen.

Der Rührwiderstand ist dabei kontinuierlich zu erfassen. Nach diesem Abkühlzyklus wird das Mischgut bei gleichzeitiger Erfassung des Rührwiderstandes erneut auf 250 °C erhitzt. Dieser Abkühl-Aufheiz-Zyklus wird insgesamt dreimal durchgeführt. Mit Hilfe der in das Rührwiderstand-Mischguttemperatur-Diagramm aufgetragenen Kurve des 3. Abkühlzyklusses und der Referenzkurve des nicht temperaturabgesenkten Gussasphaltes kann dann wiederum leicht die Mindesteinbautemperatur des temperaturabgesenkten Gussasphaltes ermittelt werden (Bild 5).

Bild 4: Beispielhafte Verdichtungskurve zur Vermeidung einer Bindemittelüberbemessung

Bild 5: Beispielhafte Ermittlung der Mindesteinbautemperatur von temperaturabgesenktem Gussasphalt

3   Erfahrungssammlung über die Verwendung von Fertigprodukten und Zusätzen zur Temperaturabsenkung von Asphalt

Die Erfahrungssammlung über die Verwendung von Fertigprodukten und Zusätzen zur Temperaturabsenkung von Asphalt wird fortlaufend aktualisiert und kann auf der Homepage der Bundesanstalt für Straßenwesen unter www.bast.de kostenlos heruntergeladen werden. Derzeit ist dort der Stand vom August 2006 verfügbar.

Im Abschnitt 1 dieses Papiers wird die Veranlassung zur Herausgabe erläutert. Handelt es sich doch in diesem Stil um ein Novum in der Geschichte des Technischen Regelwerks für den Straßenbau. Es soll mit dieser konkreten Empfehlung bestimmter Produkte ein unüberschaubarer Wildwuchs auf dem Markt verhindert werden. Ob dies mit dieser Vorgehensweise erreicht werden kann, wird die Zukunft zeigen. Im Abschnitt „Vorgehensweise“ wird kurz das durch die Asphaltlabor GmbH im Auftrag der BASt bearbeitete Forschungsvorhaben vorgestellt, als dessen Ergebnis die derzeit empfohlenen Produkte angesehen werden können.

Die folgenden fünf Produkte werden im Moment in dem Papier empfohlen:

− SmB (50/70 und Sasobit)
− Sübit VR 45 (50/70 und Amidwachs)
− Sasobit (Fischer-Tropsch-Paraffin)
− Asphaltan B (Montanwachs)
− aspha-min (Zeolith).

Darüber hinaus enthält das Papier eine Tabelle mit den entsprechenden Erprobungsstrecken, dem Baujahr und der Bauklasse der jeweiligen Strecke, der Mischgutart der Deckschicht und dem zur Temperaturabsenkung verwendeten Produkt. Eine weitere Tabelle enthält die Untersuchungsergebnisse der im Rahmen des bereits genannten Forschungsvorhabens durchgeführten Labor- und Felduntersuchungen der einzelnen Erprobungsstrecken im Vergleich zur jeweiligen Referenzstrecke. Für die Strecke, in der das viskositätsveränderte Bindemittel Sübit VR 35 eingesetzt wurde, existierte keine Referenzstrecke und deshalb wurde eine Empfehlung dieses Produktes trotz ansonsten guter Ergebnisse nicht ausgesprochen.

Ein wichtiger Aspekt der Erfahrungssammlung ist die Tatsache, dass sie ständig aktualisiert und fortgeschrieben werden soll. So enthält das Papier derzeit nur Produkte für Walzasphalt, allerdings sollen entsprechende Produkte für Gussasphalt in Kürze folgen. Es müssen hierzu noch die entsprechenden Nachuntersuchungen der Erprobungsstrecken abgeschlossen werden. In der Erfahrungssammlung ist ferner das Procedere für die Aufnahme weiterer Produkte geregelt. Hierfür sind, so das Papier, positive Erfahrungen grundsätzlich in gleicher Weise nachzuweisen, wie bei den im ersten Durchgang untersuchten Produkten. Konkret sind also Laboruntersuchungen vor der Erstanwendung durchzuführen, Versuchs- bzw. Erprobungsstrecken einschließlich Referenzstrecke anzulegen und entsprechende Nachuntersuchungen durchzuführen. Bei entsprechendem Nachweis der Eignung entscheidet dann die Bundesanstalt für Straßenwesen in Zusammenwirkung mit einer Beratergruppe, welche sich im Wesentlichen aus den Mitgliedern der ehemaligen Ad-hoc-Arbeitsgruppe „Temperaturabsenkung“ zusammensetzt, über eine Aufnahme in das Empfehlungspapier. Aktuell wurde für ein neues Produkt ein Antrag auf Aufnahme in die Erfahrungssammlung bei der Bundesanstalt für Straßenwesen gestellt. Eine laufende Überprüfung der Eignung der schon aufgenommenen Produkte sieht die Erfahrungssammlung bislang jedoch nicht vor. Dies scheint im Sinn einer lebendigen Erfahrungssammlung jedoch wünschenswert.

4   Anwendung des Merkblattes und der Erfahrungssammlung

Wie bereits erwähnt, ist nunmehr für temperaturabgesenkten Asphalt mit dem Vorliegen des Merkblattes und der Erfahrungssammlung der Zugang zum Technischen Regelwerk für den Straßenbau gegeben. Die Vorteile der Anwendung temperaturabgesenkter Asphalte liegen auf der Hand, jedoch kosten diese aufgrund des technologischen Mehraufwandes sowie der zusätzlichen Materialkosten Geld. Leider sind, zumindest in Deutschland, die Auftraggeber bislang kaum bereit, diese Mehrkosten zu tragen. Dabei ist der Widerspruch offenkundig; es werden enorme Anstrengungen für den Klimaschutz unternommen und sehr viel Geld in den Umweltschutz investiert – nicht zuletzt hat Deutschland das Kyoto-Protokoll ratifiziert – aber auf der anderen Seite die ökologischen Aspekte einer Bauweise bei der Vergabe völlig unberücksichtigt lassen. Aus dieser unbefriedigenden Situation resultiert die Tatsache, dass sich die Anwendung temperaturabgesenkter Asphalte bislang größtenteils auf Sonderfälle beschränkt.

Ein Beispiel hierfür ist der Einbau temperaturabgesenkten Gussasphaltes auf einer Stahlbrücke im Zuge der Autobahn A 1 bei Leverkusen. Dort konnte durch den Einsatz temperaturabgesenkten Asphaltes einerseits die Längsdehnung der Stahlkonstruktion minimiert werden und andererseits der im Vorfeld aufgebrachte Farbanstrich an der Unterseite der Konstruktion geschützt werden. Es ist dabei gelungen den Gussasphalt bei Temperaturen von lediglich 210° C zu verarbeiten. Ein Bericht über diese Baumaßnahme ist in Ausgabe 3/2007 der Zeitschrift „asphalt“ enthalten [5]. Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von Niedrigtemperaturasphalt ist die Sanierung der Start- und Landebahn am Frankfurter Flughafen. Hier war es nur durch den Einsatz temperaturabgesenkten Walzasphaltes möglich, die Vorgaben des privaten Auftraggebers, der Fraport AG, zu erfüllen und jeweils morgens 6 Uhr eine Oberflächentemperatur von 60 °C zu garantieren. Dies ermöglichte eine Sanierung der Start- und Landebahn ohne Einschränkung des Flugbetriebes. Darüber hinaus findet temperaturabgesenkter Asphalt häufig Anwendung, um eine Verbesserung der Verarbeitbarkeit zu erreichen, was unter Umständen einen Einbau auch bei ungünstigeren Witterungsbedingungen möglich macht. Allerdings wird dabei das Potenzial zur Temperaturabsenkung nur teilweise oder gar nicht ausgenutzt.

5   Ausblick

Beim Thema Temperaturen bei der Herstellung und dem Einbau von Asphalt sowie deren Reduzierung kann derzeit das Thema „REACH“ nicht unberücksichtigt bleiben. REACH steht für Registration, Evaluation, Authorisation of Chemicals – also Anmelden, Bewerten und Zulassen von Chemikalien. Nach dem Motto „No Data, no Market“ dürfen künftig nur noch Stoffe in Verkehr gebracht werden, zu denen ein ausreichender Datensatz vorliegt, der sich in Art und Umfang in erster Linie nach dem jeweiligen Produktionsvolumen richtet. Gefordert werden Daten für alle Stoffe, die in einer Menge von mindestens 1 Tonne pro Jahr (in der gesamten EU!) produziert, oder in die EU importiert werden. Nach dem Prinzip der Beweislastumkehr überträgt REACH die Verantwortung für die Überprüfung der Chemikaliensicherheit von den nationalen Behörden auf die Hersteller und Importeure. Sie müssen künftig überzeugend darstellen, dass ihre Produkte sicher zu handhaben sind und weder die Gesundheit der Weiterverarbeiter oder Verbraucherinnen und Verbraucher noch die Umwelt über Gebühr belasten. Ihre Stoffinformationen müssen Hersteller und Importeure dann an alle Abnehmer also die nachgeschalteten Anwender weitergeben. Die Hersteller müssen dabei nachweisen, dass für sämtliche zur Zulassung beantragten Verwendungszwecke der Umgang mit dem Stoff angemessen zu beherrschen ist bzw. der sozioökonomische Vorteil ihrer Verwendung die Risiken überwiegt.

Asphalt ist in erster Linie von REACH betroffen, da Bitumen alle Kriterien erfüllt, um in den Anwendungsbereich dieser neuen EU-Verordnung zu fallen. Problematisch scheint dabei bislang, dass von Seiten der Bitumenproduzenten die Zulassung für den Stoff Bitumen nur für Anwendungen bis 200 °C beantragt wird. Dies würde bedeuten, dass sämtliche Anwendungen von Bitumen bei Temperaturen über 200 °C unzulässig sind. Eine Anmeldung und Zulassung abweichender Verwendung ist zwar auch durch den nachgeschalteten Anwender – den so genannten Downstream-User – prinzipiell möglich, erscheint jedoch äußerst schwierig. Der Grund, dass für Bitumen seitens der Hersteller lediglich eine Zulassung für Temperaturen bis 200 °C beantragt wird, ist, dass lediglich für diesen Temperaturbereich belastbares und aussagekräftiges Datenmaterial vorliegt. Allerdings hat Eurobitume, die Dachorganisation der europäischen Bitumenindustrie, angekündigt, weitere Studien für Temperaturen bis 230 °C durchführen zu lassen.

Zuständig für die Zulassung von Chemikalien ist die Europäische Agentur für Chemische Stoffe in Helsinki. Die abschließende Entscheidung über die Zulassung eines Stoffes trifft dann auf Grundlage der Empfehlung aus Helsinki die EU-Kommission in Brüssel. Die folgenden Internetseiten enthalten solide Hintergrundinformationen rund um das Thema „REACH“:

− www.reach-web.de

− www.reach-info.de

− www.reach-net.com

− http://reach.bdi.info

− www.reach-helpdesk.info.

Aufgrund der durch REACH künftig veränderten Rahmenbedingungen wird der Stellenwert der Temperaturabsenkung bei der Herstellung und der Verarbeitung von Asphalt weiter zunehmen. Für bestimmte Bauweisen könnte die Temperaturreduzierung sogar existentiell bedeutend sein. Denn selbst im Idealfall einer Zulassung der Bitumenanwendung bis 230 °C macht sich für bestimmte Gussasphaltbauweisen eine Reduzierung der Temperatur unbedingt erforderlich. Nicht zuletzt deshalb ist eine weitere Begleitung des Themas Temperaturabsenkung von Seiten der Forschungsgesellschaft und auch der Bundesanstalt für Straßenwesen unbedingt notwendig.

Literaturverzeichnis

1. Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt, Ausgabe 2006, Köln, FGSV 766
2. Erfahrungssammlung über die Verwendung von Fertigprodukten und Zusätzen zur Temperaturabsenkung von Asphalt; Bundesanstalt für Straßenwesen, 2006; bast.de
3. Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt, Ausgabe 2001/2005, Köln, FGSV 799
4. Gesprächskreis BITUMEN; Sachstandsbericht 2006; gisbau.de/bitumen.html
5. Temperaturreduzierter Gussasphalt; Zeitschrift asphalt, Ausgabe 3/2007, 23-25