Das lärmtechnische Verhalten der auf den Bundesautobahnen langjährig bewährten Deckschichtbauweise Gussasphalt (GA) wird seit etwa 15 Jahren einem Optimierungsprozess unterzogen. Die Variation der Mischgutsorten, des Größtkorns des Abstreumaterials und des Walzeneinsatzes auf einer größeren Zahl von Erprobungsstrecken ergab, dass die Verwendung einer feinkörnigen Abstreuung in Verbindung mit dem Verzicht auf einen Walzeneinsatz eine lärmmindernde Gussasphaltoberfläche erwarten lässt. Die Erfahrungen mit dieser optimierten Bauweise führten zur Aufnahme in das Straßenbauregelwerk, anfangs in Form von Hinweisen der FGSV, später durch Ergänzung von Abschnitten in den ZTV Asphalt-StB 07. Lärmtechnisch optimierter Gussasphalt stellt eine anspruchsvolle Bauweise dar, mit der es gelingen kann, Deckschichten auf dem lärmtechnischen Niveau von Walzasphalten herzustellen.

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1 Einleitung

Eine moderne Volkswirtschaft ist auf eine leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur angewiesen. In den Ballungsräumen zeigen sich jedoch vermehrt die negativen Auswirkungen steigender Verkehrsbelastungen und jeder Bewohner kommt fast unweigerlich mit den Lärmemissionen des Straßen-, Schienen- oder Luftverkehrs in Berührung. In der Bundesrepublik Deutschland muss zudem mit einem starken Anstieg der Verkehrsleistung im Straßenverkehr gerechnet werden. Neuere Studien prognostizieren einen Anstieg der Verkehrsleistung im motorisierten Individualverkehr bis 2025 um 16 % und für den Straßengüterfernverkehr um 84 % [1]. Dieser Anstieg führt zu einer Zunahme der Lärmemission. Bei deren Minderung muss, neben dem aktiven Lärmschutz mit Wänden oder Wällen, auch die Straßenoberfläche einen Beitrag leisten.

2 Entwicklung einer Bauweise

Deckschichten aus herkömmlichem Gussasphalt, das heißt gewalztem Gussasphalt, stellen eine auf den Bundesautobahnen langjährig bewährte Bauweise dar. In der Variante „nicht geriffelt“ wird sie als Referenzoberfläche der „Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen“, Ausgabe 1990 (RLS-90), betrachtet. Sie verbindet durch ihre Hohlraumfreiheit eine hohe Dauerhaftigkeit mit einer guten Griffigkeit. Die lärmtechnischen Eigenschaften waren bislang aber unbefriedigend. Die Verwendung groben Abstreumaterials z. B. 5/8 mm lässt die Reifenschwingungen ansteigen und der Walzeneinsatz in Form von Gummirad- und Glattmantelwalzen hinterlässt eine für die Lärmentstehung wiederum ungünstige Textur. Die Optimierung der Bauweise muss an diesen Punkten ansetzen:

• Einsatz von Gussasphaltmischgut mit kleinerem Größtkorn, also 5 oder 8 mm, anstelle des bislang üblichen 11 mm,
• Einbau in dünnen Schichten (2 bis 3 cm),
• Verwendung eines feinkörnigen, möglichst kubisch gebrochenen Abstreumaterials z. B. 2/3 in einer Menge von 12 kg/m²,
• möglichst Verzicht auf einen Walzeneinsatz.

Dieses Erprobungskonzept wurde im Jahre 1992 auf der BAB A 9 bei Nürnberg erstmals in Form von drei Erprobungsabschnitten umgesetzt. In den darauffolgenden Jahren folgte eine Reihe von Strecken in Nordrhein-Westfalen, u. a. 1996 eine umfangreiche Erprobung auf der BAB A 3 bei Wesel, wo 13 unterschiedliche Abstreu- und Walzvarianten zur Ausführung kamen. Ab 1997: folgten Erprobungen auf der BAB A 52, BAB A 46, BAB A 40, BAB A 3, BAB A 57, B 56 und BAB A 4. In Niedersachsen kamen an der Landesgrenze zu Hamburg die BAB A 1 und BAB A 261 hinzu. In Brandenburg südlich Berlin die BAB A 13 und in Thüringen die BAB A 38.

Von diesen insgesamt 33 Erprobungsabschnitten bildeten sich bei den sich anschließenden Lärmmessungen drei in etwa gleich große Gruppen der lärmmindernden Wirkung. Eine Gruppe zeigte kein lärmminderndes Verhalten gegenüber der Referenzoberfläche „nicht geriffelter“ GA. Die zweite wies eine Lärmminderung von weniger als 2 dB(A) auf, oder zeigte dieses Ergebnis erst nach einer Einfahrzeit. Für die dritte verbleibende Gruppe hingegen ergab sich eine Lärmminderung von 2 dB(A) oder mehr. Für das weitere Vorgehen war von Bedeutung, dass von diesen in dieser Gruppe verbliebenen 10 Abschnitten 80 % ohne Walzeneinsatz ausgeführt wurden. Daraus ließ sich ableiten, dass hier ein wesentlicher Faktor beim Einbau vorliegt. Diese Erkenntnis führte zur Verankerung der Bauweise „nicht gewalzt“ im Regelwerk, anfangs in den Hinweisen der FGSV, später in den TL und ZTV Asphalt- tB 07.

Als Baustoffe kommen in den TL Asphalt-StB 07, Tabelle 7, die Mischgutsorten MA 8 S und MA 5 S zum Einsatz. Für die Abstreuung sind die in der ZTV Asphalt-StB 07, Tabelle 3, enthaltenen Lieferkörnungen 2/3 und 2/4 vorgesehen.

3 Akustisches Verhalten

3.1 Messmethoden

Zur Einschätzung des akustischen Verhaltens einer Straßendeckschicht werden die Verfahren nach statistischer Vorbeifahrt (Statistical-Pass-By, SPB) und das Messverfahren im Nahfeld (Close-Proximity, CPX) mit dem Lärmmessanhänger verwendet.

Beim Messverfahren SPB wird ein Mikrofon in 7,5 m Abstand zur Fahrbahnachse und in 1,2 m Höhe am Straßenrand installiert. Beim Passieren des Messpunkts werden jeweils die Pegel der Fahrzeuge (Pkw oder Lkw) und deren Geschwindigkeit registriert. Mit diesen Wertepaaren wird eine Regression durchgeführt und aus der Regressionsgerade kann für eine bestimmte Geschwindigkeit, z. B. 120 km/h für Pkw, der mittlere Pegel angegeben werden. Das Verfahren ist maßgebend zur Bestimmung der D_StrO-Korrekturwerte nach den RLS-90.

Im Gegensatz dazu das Verfahren CPX mit dem Messanhänger. Hier sind Mikrofone vor und hinter den Messreifen nahe der Aufstandsfläche angebracht (Bild 1). Das Verfahren ist insgesamt recht unkompliziert und gut geeignet die Homogenität einer Strecke zu erfassen, oder Relativbetrachtungen mehrerer Abschnitte durchzuführen. Die Einschätzung der Absolutwerte hinsichtlich der D_StrO-Korrekturwerte ist jedoch nicht zulässig und auch nur bedingt möglich.

Wichtig bei der Auswertung sind, neben der Messgeschwindigkeit, die Messreifen und die Auswertemethode. Prinzipiell gibt es hier drei Verfahren:

• Pkw-Reifen nach deutscher GEStrO-92 (Verfahren zur Messung der Geräuschemissionen von Straßenoberflächen),
• Reifen A, B, C und D nach „investigatory method“ der ISO CD 11819-2,
• Reifen A (Pkw) und Reifen D (Lkw-ähnlich) nach „survey method“ der oben genannten ISO.

Letzteres ist für Anwendungen in der Straßenbauforschung gut geeignet.

Bild 1: Mikrofonanordnung im Lärmmessanhänger (Quelle: BASt)

3.2 Erprobungsstrecke BAB A 3 Siegburg

Auf dieser Erprobungsstrecke kam im ersten Fahrstreifen ein GA 0/8 S mit Abstreuung 2/4 und im zweiten und dritten Fahrstreifen ein GA 0/5 S ebenfalls mit Abstreuung 2/4 zum Einsatz. Ergänzt wurde die Strecke durch einen Abschnitt mit herkömmlichem GA 0/11 S mit Abstreuung 5/8. Auf dieser Erprobungsstrecke war geplant, lärmtechnisch optimierten Gussasphalt ohne Walzeneinsatz auszuführen. Die Witterungsbedingungen machten dies jedoch größtenteils zunichte, so dass nur ein kleiner Abschnitt nicht gewalzt wurde. Auf der Strecke wurden CPX-Pegel bei 120 km/h mit den Messreifen nach GEStrO-92 aufgezeichnet und über den jeweiligen Abschnitt gemittelt. Die Werte sind im Bild 2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Verzicht auf einen Walzeneinsatz zu einem etwa 2 dB(A) geringeren Pegel führte.

Ordnet man den Pegeln die Texturmessung der jeweiligen Abschnitte zu, so zeigt sich, dass die Reihung der Pegel auch im Wellenlängenspektrum erhalten bleibt. Der nicht gewalzte Abschnitt (Bild 2, blau) weist im Vergleich zu den gewalzten Abschnitten fast über das ganze Spektrum die kleinsten Amplituden auf.

Bild 2: Texturwellenlängenspektrum und CPX-Pegel bei 120 km/h Erprobungsstrecke BAB A 3 bei Siegburg

3.3 Weitere CPX-Messungen

Auf einer Reihe von neueren Strecken (Baujahre 2005/2006) im norddeutschen Raum wurden weitere CPX-Pegel ermittelt. Hierbei handelt es sich um die Autobahnen BAB A 1 und BAB A 261 im Großraum Hamburg und die BAB A 27 südlich von Bremen. Als Mischgut kam jeweils GA 0/5 S mit einer Abstreuung mit Größtkorn 4 mm zum Einsatz. Auf dem ersten Fahrstreifen der BAB A 1 und auf der BAB A 261 kam eine leichte Glattmantelwalze zum Einsatz.

Der Vergleich der Pegel (Bild 3) zeigt, dass durch einen Verzicht auf den Walzeneinsatz auf der BAB A 1 ein um 1 dB(A) niedrigerer Pegel erzielt werden konnte. Die ohne Walzeneinsatz gebaute BAB A 27 zeigte insgesamt den geringsten Pegel der drei Strecken und betätigt somit die Bedeutung dieses Faktors beim Einbau.

Bild 3: CPX-Pegel der Strecken BAB A 1, BAB A 261 und BAB A 27 GA 0/5 S, Abstreuung Größtkorn 4 mm

3.4 Ausprägung eines Negativprofils durch Walzeneinsatz

Schon der Einsatz von leichten Glattmantelwalzen hat einen Einfluss auf die akustischen Eigenschaften einer GA-Deckschicht. Erklärt werden kann dies, in Verbindung mit der Abstreuung mit Überschuss, durch die Ausprägung eines Negativprofils durch den Walzeneinsatz. Die in der Regel nicht hundertprozentig gleichmäßig aufgebrachte und damit ungleich dicke Schicht aus Abstreumaterial wird durch die Überrollung mit den Walzenbandagen in die Unterlage aus noch formbaren GA eingeprägt und verbleibt dort nach dem Abkehren des Überschussmaterials als Unebenheiten. Gelingt eine hundertprozentig gleichmäßige Abstreuung, wird der Walzeinfluss deutlich reduziert und auch diese Deckschichten können eine lärmmindernde Wirkung aufweisen. Die bautechnische Dauerhaftigkeit wird möglicherweise erhöht, da das Abstreumaterial besser in die Oberfläche eingebunden wird.

3.5 SPB-Messungen

Bei der Messung des Lärmpegels nach dem Verfahren SPB ist ein direktes Bewerten der lärmmindernden Wirkung beim Vergleich mit der Referenzoberfläche möglich. In der Tabelle 1 und im Bild 4 sind die Ergebnisse der Lärmmessungen auf der Erprobungsstrecke B 56 bei Düren aus dem Projekt „Leiser Verkehr 1“ und mehrere Strecken aus den Baujahren 2004 und 2005 im Vergleich zur Referenz aufgetragen. Zur Anwendung kamen sowohl GA mit Größtkorn 5 als auch 8 mm und Abstreumaterial 2/3 und 2/4.

Tabelle 1: Ergebnisse der Lärmmessung SPB Pkw 100 km/h, Erprobungsstrecke B 56 aus Projekt „Leiser Verkehr 1“

Bild 4: Lärmmessungen SPB Pkw bei 120 km/h, Strecken aus 2004/2005

Es zeigt sich, dass diese Strecken eine lärmmindernde Wirkung von 2 bis über 3 dB(A) erreichten. Vorteile für die Variante GA 0/5 mit Abstreuung 2/3 sind erkennbar.

3.6 Vergleich von Pkw- und Lkw-Pegeln

Bei der Ermittlung von SPB-Pegeln werden in der Regel die Wertepaare Geschwindigkeit/Schallpegel sowohl für Pkw als auch Lkw aufgezeichnet, so dass ein Vergleich dieser beiden Fahrzeuggruppen auf unterschiedlichen Fahrbahnoberflächen möglich wird.

Im Rahmen eines extern bearbeiteten Projektes [2] wurden solche Messungen auf GA und SMA Oberflächen durchgeführt (Bild 5).

Bild 5: Vergleich SPB Pkw- und Lkw-Pegel auf GA und SMA (Ergebnisse aus [2])

Beim Vergleich der Pkw- mit den Lkw-Pegeln ist ersichtlich, dass bei den GA-Strecken der Unterschied ca. 2 dB(A) beträgt, bei SMA hingegen ca. 4 dB(A). Auch der Vergleich der Absolutwerte für Lkw-Pegel zeigt, dass GA für diese Fahrzeuggruppe eine relativ leise Deckschicht ist, dies zudem relativ unabhängig vom Größtkorn der Abstreuung. Diese Aussagen werden auch von Messungen im Rahmen des Projekts „Sperenberg“ gestützt [3], wo eine große Anzahl von Straßenoberflächen auf der Start- und Landebahn eines ehemaligen Militärflughafens angelegt und akustisch bewertet wurden.

4 Langzeitverhalten und Griffigkeit

Lärmtechnisch optimierte GA-Deckschichten stellen einen Bruch mit der bei Philosophie des herkömmlichen gewalzten Gussasphalts dar. Ist dort das Einarbeiten einer möglichst großen Menge Abstreumaterials in die noch knetbare GA-Unterlage das Ziel, so ist man bei der lärmtechnisch optimierten Variante auf das selbstständige Einbinden einer geringeren Menge Abstreumaterials in die Mörteloberfläche angewiesen. Gelingt dies nicht, wird das Abstreumaterial durch den überrollenden Verkehr nach relativ kurzer Zeit entfernt. Dies tritt bevorzugt in den schneller abgekühlten Randzonen, das heißt im Bereich der späteren Fugen, auf (Bild 6).

Bei mangelnder Verformungsbeständigkeit des Mischgutes, das heißt großen Stempeleindringtiefen am Probekörper, kann es zu einem Einfahren des Abstreumaterials in den Rollspuren kommen. Dieses Oberflächenbild ist auf der BAB A 4 bei Kerpen zu beobachten (Bild 7). Das dort eingesetzte Mischgut GA 0/8 hatte eine Eindringtiefe von 4,0 mm. Der mit dem Einfahren des Abstreumaterials verbundene Rückgang der Makrotextur führte zu einem Anstieg des Vorbeifahrt-Pegels innerhalb von 2 Jahren um 1,5 dB(A) und zu einem Verlust der für GA typischen hohen Griffigkeitswerte, das heißt über dem Zustandswert 1,5 aus der Zustandserfassung- und Bewertung (ZEB).

Bild 6: Verlust von Abstreumaterial BAB A 40 Duisburg-Homberg. Zustand nach 2 Jahren Liegezeit

Bild 7: Eingefahrenes Abstreumaterial BAB A 4 Kerpen. Zustand nach 3 Jahren Liegezeit

Die Griffigkeit von Deckschichten aus lärmtechnisch optimiertem GA stellt sich nach Abnahme typischerweise bei einem µ_SKM bei 80 km/h von etwa 0,7 ein (Bild 8). Dieser Wert reduziert sich jedoch nach einem Jahr Liegezeit auf etwa 0,6, da eine Homogenisierung der Oberfläche in den Rollspuren stattfindet. Die Kombination große Eindringtiefe und hohe Lkw-Belastung führte auf der BAB A 4 bereits bei der Erstmessung, also kurz nach Einbau, zu einer Differenz zwischen 1. und 2. Fahrstreifen.

Bild 8: Griffigkeit µ_SKM bei 80 km/h

5 Fazit und Ausblick

Die vorliegenden Erfahrungen mit Deckschichten aus lärmtechnisch verbessertem Gussasphalt lassen insgesamt das Fazit zu, dass mit dieser Bauweise das lärmmindernde Niveau von Walzasphaltdeckschichten erreicht werden kann. Speziell für die Geräuschemission von Lkw stellen sich diese Deckschichten als günstig dar.

Für ein zielsicheres Erreichen einer lärmmindernden Wirkung ist, neben der Beachtung zahlreicher Einbauparameter, der Verzicht auf einen Walzeneinsatz notwendig. Dieser Umstand führt zur großen Witterungsabhängigkeit dieser anspruchsvollen Bauweise, da entstehende Blasen und Kanülen im Gussasphalt nicht geschlossen werden können.

Bei Betrachtung des Langzeitverhaltens und der Griffigkeit dieser Bauweise muss immer berücksichtigt werden, dass das feinkörnige Abstreumaterial nicht in die GA-Oberfläche eingearbeitet, sondern nur durch das Eigengewicht und einer Auflast aus dem Überschussmaterial eingebunden wird. Für das Einbinden ist der zur Verfügung stehende Mörtelspiegel und die Temperatur sowohl des Abstreumaterials wie die des Mischguts von Bedeutung.

Die Bauweise Gussasphalt hat noch nicht das Ende ihrer Entwicklung erreicht, sondern weist weiteres Entwicklungspotenzial auf. Ihre perfekte Wirkung als abdichtende Asphaltschicht gegen eindringendes Wasser sollte grundsätzlich weiter genutzt werden. Bei der Gestaltung der Oberfläche können jedoch möglichweise neue Wege gegangen werden. Hier ist zum einen das bereits ausgeführte Konzept „Gussasphalt ohne nachträgliches Absplitten“ des Landesbetriebs Straßenbau Nordrhein-Westfalen denkbar, zum anderen das sich im Laborstadium befindliche Konzept „Combination Gussaphalt“ der BASt. Letzteres beruht auf der Idee, auch hier auf das Abstreuen zu verzichten und nach der Einbaubohle eine vorgefertigte Oberfläche auf die noch heiße, ebene Mörteloberfläche aufzubringen. Die Klebefähigkeit und Formbarkeit werden dabei genutzt. Bei der Gestaltung der vorgefertigten Oberfläche sind natürliche, aber auch künstliche Baustoffe denkbar, die möglicherweise eine Textur ausbilden, die mit Hilfe von Reifen-Fahrbahn-Modellen lärmtechnisch optimiert wurden.

Literaturverzeichnis

1. Studie „Prognose der deutschlandweiten Verkehrsverflechtungen 2025“. ITP/BVU, München/Freiburg, November 2007
2. Köllmann, A.; Steven, H.; Haberkorn, U.: Ausprägung von Mega- und Makrotextur auf Fahrbahnoberflächen. Schlussbericht zum Projekt FE 04.175 G95A, Herzogenrath, Februar 1999
3. Beckenbauer, T., et al.: Einfluss der Fahrbahntextur auf das Reifen-Fahrbahn-Geräusch. Schlussbericht zu FE 03.293/1995/MRB. Planegg, Juni 2001