Zur fachgerechten Ausschreibung und Ausführung von Erhaltungsmaßnahmen wurden 1998 die „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen – Asphaltbauweisen“ (ZTV BEA-StB 98) eingeführt, die mittlerweile in der Fassung 2003 vorliegen. Darin werden neben punktuellen Instandhaltungsverfahren auch vollflächige Verfahren zur Instandsetzung von Verkehrsflächen bzw. die Erhaltung deren Oberflächenmerkmale beschrieben. Für die Instandsetzung von stärker belasteten Verkehrsflächen werden Dünne Schichten im Heißeinbau (DSH) und Dünne Schichten im Kalteinbau (DSK) beschrieben. Um die in den ZTV BEA-StB beschriebenen Instandsetzungsverfahren, insbesondere die Dünnschichtbeläge auf deren Langzeitwirkung hinsichtlich der Erhaltung relevanter Oberflächenmerkmale zu prüfen sowie mögliche Unterschiede zwischen den unterschiedlichen Instandsetzungsverfahren festzustellen, wurden im Juli/August 1990 auf der BAB A 659 zwischen dem Viernheimer und Weinheimer Kreuz sowohl im Fahrstreifen als auch im Überholstreifen vier Untersuchungsfelder angelegt. Darin wurden die Instandsetzungsverfahren DSH 0/5 und 0/8 sowie DSK 0/5 und 0/8 ausgeführt.

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

1    Einführung

Die Maßnahmen zur Baulichen Erhaltung des bestehenden Asphaltstraßennetzes werden in den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen – Asphaltbauweisen“ (ZTV BEA-StB) [1] beschrieben.

Darin wird neben der Erneuerung von Verkehrsflächen zwischen

• Instandhaltungsverfahren und
• Instandsetzungsverfahren

unterschieden.

Instandhaltungsverfahren beschreiben die kleinflächigen Maßnahmen zur Substanzerhaltung, die in der Regel sofort nach dem Auftreten eines lokal begrenzten Schadens händisch oder maschinell durchgeführt werden.

Instandsetzungsverfahren werden dagegen zur Substanzerhaltung oder zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften auf großen, zusammenhängenden Flächen, in der Regel in Fahrstreifenbreite, bis zu einer Dicke von 4 cm ausgeführt.

Die Instandsetzungsverfahren werden weiter unterteilt in

• Oberflächenbehandlungen (OB)
• Dünne Schichten im Heißeinbau (DSH)
• Dünne Schichten im Kalteinbau (DSK)
• Rückformen (RF)
• Ersatz einer Deckschicht (ED).

Als Dünne Schichten im Sinne der ZTV BEA-StB gelten daher

• Dünne Schichten im Heißeinbau (DSH)
• Dünne Schichten im Kalteinbau (DSK).

Die Mischgutarten und -sorten für Dünne Schichten im Heißeinbau entsprechen den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt“ (ZTV Asphalt-StB) [2] und sind in der Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1: Mischgutarten und -sorten nach den „Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt“ (ZTV Asphalt-StB ) [2]

Hinsichtlich des Einbaugewichtes wird deutlich, dass es sich um Schichten mit einer maximalen Dicke von 2 cm handelt.

Asphalt für Dünne Schichten im Kalteinbau besteht aus

• Gesteinskörnungsgemischen abgestufter Körnung (Edelsplitt, Edelbrechsand und Eigenfüller)
• polymermodifizierter kationischer Bitumenemulsion
• Zusätzen und Wasser.

Das Mischgut wird auf der Baustelle in selbstfahrenden Verlegemaschinen maschinell hergestellt und ein- oder mehrschichtig eingebaut.

2   Problemstellung und Zielsetzung

Da Anfang der 90er Jahre nur vereinzelt Kenntnisse über die einzelnen Instandsetzungsmaßnahmen vorhanden waren, wurden parallel zur Entwicklung der ZTV BEA-StB mehrere Forschungsprojekte initiiert (z. B. [3, 6, 7]), deren Zielsetzung es war, insbesondere die Dünnen Schichten im Heiß- und Kalteinbau hinsichtlich der Erhaltung relevanter Oberflächenmerkmale zu untersuchen und auf deren Langzeitwirkung zu prüfen.

Um die Dünnen Schichten auch auf höher belasteten Straßen zu untersuchen, wurde in einem Forschungsprojekt [3] eine Versuchsstrecke auf einer stark belasteten Autobahn angelegt.

3   Versuchsstrecke

Als Versuchsstrecke wurde die BAB A 659 zwischen dem Autobahnkreuz Viernheim und dem Autobahnkreuz Weinheim gewählt. Die BAB A 659 wurde in den Jahren 1966/67 gebaut und entspricht hinsichtlich der Belastung der Bauklasse SV den „Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen“ (RStO) [4].

Bild 1: Versuchsfelder auf der BAB A 659

Auf der Versuchsstrecke wurden insgesamt vier Versuchsfelder sowohl im Fahrstreifen als auch in der Überholspur angelegt.

• In zwei Feldern wurde das Instandsetzungsverfahren DSK mit den Mischgutsorten 0/5 und 0/8 ausgeführt.
• Zwei weitere Felder wurden mit dem Instandsetzungsverfahren DSH mit der Mischgutart Splittmastixasphalt SMA in den Mischgutsorten 0/5 und 0/8 ausgeführt.

4  Untersuchungsprogramm

Das Untersuchungsprogramm [3] sah Folgendes vor:

• Vor und nach der Durchführung der Instandsetzungsmaßnahmen wurde eine visuelle Zustandserfassung in Anlehnung an das Arbeitspapier Nr. 9 zur „Systematik der Straßenerhaltung“ [5] sowie die Erfassung des Zustandsmerkmales „Ebenheit im Querprofil“ mit der 4-m-Latte durchgeführt.
• Die Griffigkeit wurde zum damaligen Zeitpunkt mit den Messverfahren „Stuttgarter Reibungsmesser“ (SRM) sowie mit dem kombinierten Griffigkeits- und Rauheitsmessverfahren mit dem Pendelgerät und dem Ausflussmesser erfasst.
• Durch Bohrkernentnahmen wurde der Aufbau der vorhandenen Unterlage sowie die tatsächlich eingebaute Schichtdicke nach der Durchführung der Instandsetzungsmaßnahme
• Die Durchführung der Instandsetzungsmaßnahmen wurden durch Probenahmen und durch Kontrollprüfungen
• Im Beobachtungszeitraum der Langzeitstudie [6] wurden jeweils im Frühjahr und Herbst die visuelle Zustandserfassung, die Messung der Ebenheit im Querprofil sowie die Griffigkeitsmessung wiederholt. Die Griffigkeitsmessungen wurden dabei primär mit dem Verfahren SCRIM durchgeführt, da das in der ersten Studie [3] verwendete Verfahren „Stuttgarter Reibungsmesser“ nicht in die „Technischen Prüfvorschriften für Griffigkeitsmessungen im Straßenbau“ übernommen wurde. Zusätzlich wurden die SCRIM-Messungen mit dem am FG Straßenwesen mit Versuchsanstalt der TU Darmstadt vorhandenen Verfahren SRMT (Grip-Tester) ergänzt.
• Am Ende des Beobachtungszeitraumes wurden die turnusmäßigen Untersuchungen durch Bohrkernentnahmen und asphalttechnische Untersuchungen ergänzt.

5               Untersuchungsergebnisse auf der Unterlage

Die Bohrkernentnahme auf der bestehenden Unterlage ergab folgenden Schichtenaufbau mit

• zwei Asphalttragschichten,
• zwei Asphaltbinderschichten und
• einer 2cm dicken Asphaltdeckschicht.

Die visuelle Zustandserfassung ergab Einzelrisse im Bereich des geplanten Versuchsfeldes III, in der der SMA 0/5 vorgesehen war. Auf der gesamten Länge waren Spurrinnen infolge Abriebes durch die Benutzung von Spike-Reifen bis in die Mitte der 70er Jahre, stellenweise bis zu einer Tiefe von 15 mm, vorhanden (Bild 2).

Bild 2: Untersuchungsstrecke BAB A 659 vor der Durchführung der Instandsetzungsmaßnahme im Jahr 1990; Spurrinnen infolge Abriebes durch Spike-Reifen

Die Griffigkeitsmessungen mit dem „Stuttgarter Reibungsmesser“ und dem kombinierten Messverfahren Pendelgerät und Ausflussmesser zeigten, dass kein Griffigkeitsmangel vorlag.

6    Durchführung der Instandsetzungsmaßnahmen

6.1 Dünne Schichten im Heißeinbau

Der Einbau der Dünnen Schichten im Heißeinbau (DSH) erfolgte auf der zuvor mit Haftkleber angesprühten Unterlage bei hochsommerlichen Temperaturen. Die Schichtdicke der Splittmastixasphalte 0/5 und 0/8 betrug im Mittel 1,8 bis 2,2 cm.

Während des Einbaues wurden Mischgutproben entnommen. Die Ergebnisse der Kontrollprüfungen entsprachen den vorgelegten Eignungsprüfungen sowie den geltenden Regelwerken.

Die visuelle Zustandserfassung ergab ein für Splittmastixasphalt bauweisenspezifisches Oberflächenbild (Bild 3).

Die Ebenheitsmessungen ergaben nach der Durchführung der Instandsetzungsmaßnahme Unebenheiten im Querprofil von maximal 5 mm.

Die Griffigkeitsmessungen ergaben, dass nach wie vor kein Griffigkeitsmangel vorlag.

Die Messungen der Wasserdurchlässigkeit mit dem Gerät nach Schulze ergaben, dass die verlegten DSH als wasserundurchlässig anzusehen waren.

6.2 Dünne Schichten im Kalteinbau (DSK)

Der Einbau der Dünnen Schichten im Kalteinbau erfolgte im gleichen Zeitraum auf einer nass gereinigten Unterlage. Die verlegten Schichtdicken betrugen dabei im Mittel 1,4 bis 1,8 cm.

Während des Einbaues wurden auch hier Mischgutproben entnommen, die der zum damaligen Zeitpunkt von der ausführenden Firma vorgelegten Eignungsprüfung entsprachen.

Die visuelle Zustandserfassung nach dem Verlegen der DSK ergab ebenfalls ein für DSK typisches, bauweisenspezifisches Oberflächenbild (Bild 3).

Die Ebenheit im Querprofil ergab Unebenheiten von maximal 4 mm.

Nach wie vor lag eine ausreichende Griffigkeit nach den damals geltenden Merkblättern vor.

Die Messung der Wasserdurchlässigkeit ergab, dass die verlegten DSK als wasserundurchlässig angesehen werden konnten.

Bild 3: Oberflächenaufnahmen nach der Durchführung der Instandsetzungsmaßnahmen; links: Dünne Schicht im Heißeinbau DSH; rechts: Dünne Schicht im Kalteinbau DSK

7  Untersuchungsergebnisse der Langzeitbeobachtungen

Die visuellen Zustandserfassungen der Langzeitstudie (die Schichten waren bereits 11 Jahre alt) ergaben immer noch ein typisches, bauweisenspezifisches Oberflächenbild der einzelnen Instandsetzungsverfahren. Schäden in Form von Abplatzungen, Kornausbrüchen o. Ä. waren im Verlauf der Langzeitbeobachtungen nicht festzustellen. Lediglich im Versuchsfeld III (SMA 0/5) schlugen Einzelrisse durch die dünne Schicht durch, die bereits bei der ersten Zustandserfassung im Jahr 1990 festgestellt und eingemessen wurden. Zusätzliche Rissbildungen waren jedoch nicht festzustellen.

Die Messungen der Ebenheit im Querprofil ergaben keine nennenswerten Veränderungen. Die maximale Spurrinnentiefe betrug am Ende des Beobachtungszeitraumes 5 mm.

Alle untersuchten Beläge konnten auch nach dem Untersuchungszeitraum noch als wasserundurchlässig eingestuft werden.

Zu den Griffigkeitsmessungen ist im Bild 4 exemplarisch ein Messergebnis des Messsystems SCRIM dargestellt. Die einzelnen Versuchsfelder sind ebenfalls zu erkennen. Es wird deutlich, dass die Griffigkeiten der einzelnen Messfelder alle entweder knapp unterhalb oder knapp oberhalb der Marke 0,5 liegen. Dabei weisen die Ergebnisse der Dünnen Schichten im Kalteinbau größere Schwankungen auf als die Ergebnisse der Dünnen Schichten im Heißeinbau, was auf die unterschiedliche Einbaumethodik zurückgeführt werden kann.

Bild 4: „Griffigkeitsband“ der BAB A 659 gemessen mit dem Verfahren SCRIM

Bild 5: Entwicklung der Griffigkeit im Beobachtungszeitraum der Langzeitstudie, gemessen mit dem Messverfahren SCRIM

Im Bild 5 sind die Ergebnisse aller SCRIM-Messungen der Langzeitbeobachtungen dargestellt.

Im Vergleich der Ausgangssituation der Langzeitbeobachtungen von 2001 (grüner Balken) mit den letzten Messungen (blauer Balken) ist keine Tendenz zur Abnahme der Griffigkeit festzustellen.

Betrachtet man die Ergebnisse der Griffigkeitsmessungen über die Zeit, dann sind deutliche jahreszeitliche Schwankungen zu sehen, die in der einschlägigen Literatur bereits beschrieben wurden. Besonders ausgeprägt fällt dabei die Messung im Frühjahr 2003 aus (gelber Balken). Das Jahr 2003 war geprägt von einem sehr heißen Sommer, der schon frühzeitig begann. Somit ist es auch erklärbar, dass in den zugehörigen Messergebnissen die Griffigkeit entsprechend absank und im darauffolgenden Herbst wieder anstieg.

Weiterhin ist zu erkennen, dass die Werte aller Instandsetzungsverfahren am Ende des Beobachtungszeitraumes oberhalb der in den derzeit geltenden ZTV Asphalt-StB 01 [2] definierten Abnahmekriterien liegen – und das nach einer Liegezeit von 14 Jahren und einer Verkehrsbelastung der Bauklasse SV.

Aus den Griffigkeitsmessungen können demnach folgende Ergebnisse festgehalten werden:

• Im Beobachtungszeitraum konnte in keinem Versuchsfeld eine signifikante Abnahme der Griffigkeit festgestellt werden.
• Die gemessenen Griffigkeitswerte zeigen deutlich jahreszeitlich bedingte
• Die Griffigkeit lag in allen vier Versuchsfeldern selbst nach einer Liegezeit von 14 Jahren immer noch oberhalb der in den ZTV Asphalt-StB 01 [2] definierten Abnahmekriterien für den Neubau von Asphaltstraßen.

8    Abschließende Untersuchungen

Die abschließende Beprobung der Versuchsfelder durch eine Bohrkernentnahme mit anschließenden asphalttechnischen Untersuchungen ergab Folgendes:

• Bei allen entnommenen Bohrkernen den darauf befindlichen Dünnen Schichten konnte eine deutliche Erhöhung des Erweichungspunktes Ring und Kugel festgestellt werden. Dies lässt auf eine Alterung des Bindemittels schließen. Eine Rissbildung infolge der sich andeutenden Versprödung des Bindemittels war aber in keinem Versuchsfeld festzustellen. Die einzigen festgestellten Risse waren bereits auf der Unterlage im Jahr 1990 festgestellt worden.
• Der an den entnommenen Bohrkernen geprüfte Schichtenverbund erfüllte sowohl bei den DSH, als auch bei den DSK die geltenden vorgeschlagenen Anforderungen.

9  Fazit

Was bleibt also als Fazit bezüglich der Langzeitwirkung von Dünnen Schichten hinsichtlich der Erhaltung relevanter Oberflächenmerkmale festzuhalten?

Zunächst, dass die betrachteten Instandsetzungsverfahren bei sach- und fachgerechter Ausführung geeignet sind, die Nutzungsdauer in wirtschaftlicher Weise zu verlängern.

Weiterhin, dass im gezeigten Beispiel selbst nach einer Liegedauer von 14 Jahren mit einer Verkehrsbelastung der Bauklasse SV kein Ende der Nutzungsdauer festgestellt bzw. prognostiziert werden konnte.

Außerdem zeigten die in dem dargestellten Forschungsprojekt untersuchten Instandsetzungsverfahren das gleiche Gebrauchsverhalten.

Es wurde auch deutlich, dass das positiv zu bewertende Ergebnis der Untersuchungen und somit der Erfolg einer Instandsetzungsmaßnahme wegen der Besonderheit der stofflichen Zusammensetzung (nämlich als Schichten < 2 cm) besonders von der Qualität der Ausschreibung, der verwendeten Baustoffe sowie des Fachpersonals der ausführenden Firmen abhängt.

Hinsichtlich der in den „Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen“ (RPE-Stra 01) vorgeschlagenen Anhaltswerte für die Lebensdauern der unterschiedlichen Instandsetzungsmaßnahmen (Bild 6) wird ein dringender Aktualisierungsbedarf deutlich, um deren Leistungsfähigkeit gerecht zu werden.

Bild 6: Anhaltswerte zur Abschätzung der Lebensdauer unterschiedlicher Erhaltungsmaßnahmen nach den „Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen“ (RPE Stra 01) [8]; In roter Farbe sind die Erkenntnisse des vorgestellten Forschungsprojektes dargestellt

10   Literaturverzeichnis

1. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Bauliche Erhaltung von Verkehrsflächen – Asphaltbauweisen (ZTV BEA-StB 98/03), Köln, FGSV 798
2. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 01), Köln, FGSV 799
3. Grätz, B.: Beurteilung dünner Asphaltdeckschichten im Heiß- und Kalteinbau, insbesondere in Bezug auf die Oberflächeneigenschaften, Griffigkeit und Dichtigkeit, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 649, Bonn 1993
4. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen (RStO 01), Köln, FGSV 499
5. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Arbeitspapier Nr. 9 Systematik der Straßenerhaltung, Köln, FGSV AP 9
6. Bald, J. S.; Grätz, B.; Riedl, S.: Langzeitwirkung von Dünnen Schichten bezüglich der Erhaltung relevanter Oberflächenmerkmale – Teil 2: Durchführung von Langzeitbeobachtungen, Schlussbericht des Fachgebiets Straßenwesen mit Versuchsanstalt der Technischen Universität Darmstadt zum FE 07.195 des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen vertreten durch die Bundesanstalt für Straßenwesen
7. Bald, J. S.; Grätz, B.; Riedl, S.: Langzeitwirkung von Dünnen Schichten bezüglich der Erhaltung relevanter Oberflächenmerkmale – Langzeitbeobachtungen auf der BAB A 659, Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 929, Bonn 2005
8. Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Planung von Erhaltungsmaßnahmen an Straßenbefestigungen (RPE-Stra 01), Köln, FGSV 988