Im Vorwege des sechsstreifigen Ausbaus der BAB A 2 in Niedersachsen Anfang der 90er Jahre wurde erstmalig in Deutschland im Rahmen von Planfeststellungsverfahren die Auflage erteilt, dass in großen Bereichen lärmmindernde Deckschichten mit einem Korrekturwert von D_StrO = – 5,0 dB(A) hergestellt werden müssen. Dieses Bewertungskriterium wird nur von einer offenporigen Asphaltdeckschicht (OPA) 0/8 erfüllt, die im Neuzustand einen Hohlraumgehalt von mindestens 15 Vol.-% aufweist. In der Vergangenheit gab es beim Bau von OPA's immer einen Zielkonflikt zwischen lärmtechnischer und bautechnischer Nutzungsdauer. Auf der BAB A 2 sollte ein OPA 0/8 mit einem Hohlraumgehalt von mindestens 22 Vol. -% realisiert werden. Mit diesem Konzept sollte ein ausreichendes Vorhaltemaß für eine lange lärmtechnische Nutzung geschaffen werden. Um auch eine ausreichende bautechnische Nutzung erreichen zu können, wurde die Mischgutzusammensetzung weiter optimiert. Der durchschnittliche Hohlraumgehalt beträgt in der fertigen Schicht sogar über 24 Vol.-% bei einem Verdichtungsgrad von ca. 98,5 %. Seit der Ausführung der ersten offenporigen Asphaltdeckschichten nach diesem Konzept vor 6 Jahren werden auf der BAB A 2 kontinuierlich Lärmmessungen durchgeführt. Die Lärmmessungen haben ergeben, dass die Anfangsminderung durchschnittlich bei D_StrO = – 7,5 dB(A) liegt und der für eine offenporige Asphaltdeckschicht 0/8 geforderte Wert von D_StrO = – 5,0 dB(A) erst nach 5 Jahren Liegezeit unterschritten wird. In der Zwischenzeit sind nach dem Vorbild der BAB A 2 bereits weitere Strecken mit offenporigen Asphaltdeckschichten hergestellt worden. Damit sind aber die Entwicklungstätigkeiten in diesem Bereich noch längst nicht abgeschlossen. Weitere technische Verbesserungen könnte die zweischichtige offenporige Asphaltdeckschicht (ZWOPA) liefern. Dieses Konzept soll im Jahr 2003 auf der BAB A 30 im Raum Osnabrück erstmalig auf einer größeren Fläche zum Einsatz kommen.

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

1 Einleitung

Die Anwendung der offenporigen Asphaltbauweise war bis Mitte der 90er Jahre in Deutschland nicht so verbreitet wie in einigen anderen Ländern der EU. Für das Jahr 2001 weist die Statistik des Europäischen Asphaltverbandes (EAPA) für unsere Nachbarländer Niederlande über 48 Mio. m², Frankreich über 43 Mio. m² und Italien über 13 Mio. m² offenporige Asphaltdeckschichten aus. In Deutschland liegt die Fläche bei ca. 1,5 Mio. m².

Durch den sechsstreifigen Ausbau der BAB A 2 in Niedersachsen (Bild 1) und die damit verbundene Auflage aus den Planfeststellungsbeschlüssen, lärmmindernde Deckschichten mit einem Korrekturwert von D_StrO = – 5,0 dB(A) auf weiten Strecken bauen zu müssen, rückten offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) in Deutschland schnell in den Mittelpunkt des Interesses.

Bild 1: Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt in Abhängigkeit von der Verdichtungsarbeit bei einer Verdichtungstemperatur von To = 135 °C für eine günstig zusammengesetzte offenporige Asphaltdeckschichtvariante

Erprobungsstrecken aus OPA wurden seit 1986 von der BASt im Hinblick auf Bau, Betrieb, lärmmindernde Wirkung und Nutzungsdauer systematisch beobachtet. Die bis Anfang 1990 vorliegenden Ergebnisse über die Lärmminderung bei der Anwendung offenporiger Asphaltschichten wurden in die Sechzehnte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verkehrslärmschutz-Verordnung – 16. BlmSchV) und in die „Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen“ – Ausgabe 1990 – (RLS-90) eingearbeitet [1]. Mit dem „Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau (ARS) Nr. 14/1991“ hat das Bundesministerium für Verkehr die Angaben der Tabelle B der 16. BlmSchV beziehungsweise Tabelle 4 der RLS-90 mit weiteren Beispielen (Tabelle 1) belegt und die offenporige Asphaltdeckschicht 0/8 als einzige Deckschicht mit dem Korrekturwert D_StrO = – 5,0 dB(A) versehen, sofern sie im Neuzustand einen Hohlraumgehalt von mindestens 15 Vol.-% aufweist.

Tabelle 1: Beispiele für die lärmtechnische Bewertung unterschiedlicher Straßenoberflächen bei zulässigen Höchstgeschwindigkeiten ≥ 50 km/h

Der erhebliche Lärmminderungseffekt der offenporigen Asphaltdeckschichten wird im Wesentlichen durch extrem hohe Hohlraumgehalte in der verdichteten Asphaltschicht und durch eine günstige Textur der Straßenoberfläche erzielt. Im Detail handelt es sich um eine Optimierung der Schallemissionen aus der Schwingung der Reifendecke (hierbei wird eine Straßendecke möglichst geringer Rauhtiefe gewünscht) und der aerodynamischen Schallquellen im Reifenprofil, das so genannte Air-Pumping (hierbei werden große Rauhtiefen gewünscht). Der Schall kann teilweise in die Deckschicht eindringen und wird in den miteinander verbundenen Hohlräumen weitgehend absorbiert. Die Frage, wie groß der Anfangshohlraumgehalt in der offenporigen Asphaltdeckschicht sein muss, um das gewünschte Maß der Lärmminderung über die Nutzungsdauer zu erhalten, konnte bisher nicht abschließend beantwortet werden.

Beim Bau offenporiger Asphaltdeckschichten gab es bislang immer einen Zielkonflikt zwischen lärmtechnischer und bautechnischer Nutzungsdauer. Deshalb sind offenporige Asphaltdeckschichten in Deutschland noch nie unter vergleichbaren Rahmenbedingungen eingesetzt worden.

In der Praxis bedeutete das, dass offenporige Asphaltdeckschichten mit hohen Hohlraumgehalten im Vergleich zu dichten Asphaltdeckschichten wesentlich schneller versagten. Die Ursache lag zum einen in der Überlagerung von niedrigen Bindemittelgehalten zwischen 5,0 und 5,5 M.-% und dem, wegen der großen Hohlraumgehalte, ungehinderten Zutritt von Sauerstoff in Luft und Wasser in die Schicht, der die eingesetzten Bindemittel in kurzer Zeit sehr stark verhärten ließ. Die Klebkraft des Bindemittels ließ nach und es kam zu flächenhaften Kornausbrüchen. Dieser Prozess verlief bislang doppelt so schnell wie bei konventionellen Asphaltdeckschichten und galt sowohl für Straßenbaubitumen als auch für polymermodifiziertes Bitumen gemäß TL PmB [2] bis [4]. Es wurden auch vielfach ungeeignete Edelsplitte, insbesondere mit schlechter Kornform, eingesetzt, die unter der Verkehrsbeanspruchung zerbrachen.

Halfmann [3] hat seinerzeit den Versuch unternommen, die bis dahin mit diesen offenporigen Asphaltdeckschichten der alten Generation gesammelten Erfahrungen zu gruppieren (Tabelle 2).

Tabelle 2: Einfluss des Hohlraumgehaltes auf den Effekt der Lärmminderung und auf die Nutzungsdauer für offenporige Asphaltdeckschichten der I. und II. Generation nach Halfmann [3]

Über Forschungsergebnisse und aktuelle baupraktische Erfahrungen wurde bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt berichtet [5]. Jetzt wird über die in der Zwischenzeit gesammelten Erfahrungen berichtet.

2 Entwicklung von offenporigen Asphaltdeckschichten (OPA) der III. Generation

Aufbauend auf die bisher mit offenporigen Asphaltdeckschichten bei Hohlraumgehalten von mehr als 20 Vol.-% gesammelten Erfahrungen setzen weitere Optimierungsaktivitäten ein, um den Effekt der Lärmminderung durch Realisierung der Anfangshohlraumgehalte von deutlich mehr als 22 Vol.-% über einen längeren Zeitraum als bisher möglich zu erhalten.

Hohe Hohlraumgehalte können durch Dosierung einer einzigen groben Körnung, wenig Brechsand und wenig Füller bewirkt werden; die Erhöhung der Nutzungsdauer der offenporigen Asphaltdeckschicht ist durch sorgfältige Auswahl der zu verwendenden Baustoffe und Dosierung eines höheren Bindemittelgehalts zu realisieren.

Charakteristisch für den offenporigen Asphalt ist, dass der Asphaltmörtel beziehungsweise die Mastixphase praktisch fehlt, die Last über Korn-zu-Korn-Druckübertragung abgeleitet wird und die Verklebung der Steine allein vom Bindemittel geleistet werden muss und dieses, obwohl das Bindemittel wegen der hohen Hohlraumgehalte einem besonders starken Alterungsangriff ausgesetzt ist. Wegen der typischen Wirkungsmechanismen im offenporigen Asphalt sind an das Bindemittel sowie an die Mineralstoffe und die Asphalteigenschaften besondere Anforderungen zu stellen:

Das Bindemittel muss

• alterungsbeständig,
• kältebeständig,
• affin zum Gestein sein und
• über die Nutzungsdauer klebfähig

bleiben.

Die verwendeten Edelsplitte müssen

• eine besonders günstige Kornform aufweisen,
• besonders kantenfest sein, da der hohe Verformungswiderstand durch die Verkeilung der Steine erwirkt wird,
• einen hohen Widerstand gegenüber Schlagbeanspruchung besitzen,
• griffig sein und
• einen besonders guten Polierwiderstand

aufweisen.

Das Asphaltsystem schließlich muss

• einen großen Hohlraumgehalt und
• gleichzeitig einen hohen Verdichtungsgrad besitzen.
• Das System muss ein günstiges Haltverhalten aufweisen und
• die an der Oberfläche befindlichen Splitte müssen dauerhaft verklebt

sein.

Die Verformungsbeständigkeit dieser Deckschichtart ist systemimmanent. In diesem Zusammenhang muss man sich den OPA wie einen Splittmastixasphalt mit „Luftkühlung“ vorstellen. Denn ein OPA kann sich nie so stark erwärmen wie eine dichte Deckschicht. Der OPA weist aber die gleiche Verformungsbeständigkeit auf wie eine Deckschicht aus Splittmastixasphalt, obwohl der Nachweis im Labor mit den bisher eingesetzten Prüfverfahren (z. B. Spurbildungsversuch) nicht möglich ist.

Durch die konsequente Verwendung ausschließlich hochwertiger Gesteine ist auch immer eine gute Griffigkeit beim OPA sichergestellt.

Um die Dauerhaftigkeit der Lärmminderung durch die offenporige Asphaltdeckschicht zu gewährleisten, ist es wichtig, sich ein genügend großes Vorhaltemaß gegenüber dem Hohlraumgehalt von mindestens 15 Vol.-% zu schaffen. Ein Hohlraumgehalt von 22 Vol.-% wird nach den allgemeinen Erfahrungen im In- und Ausland als geeignet angesehen.

Die Niedersächsische Straßenbauverwaltung (Tabelle 3) hat damals schon im Vorgriff auf das in Überarbeitung befindliche Merkblatt [6] eine offenporige Asphaltdeckschicht (OPA) 0/8 der neuen Generation mit einem Hohlraumgehalt von mindestens 22 Vol.-% im eingebauten Zustand ausführen lassen. Um dieses Ziel auch sicher erreichen zu können, musste bei der Eignungsprüfung am Marshall-Probekörper ein Hohlraumgehalt von mindestens 24 Vol.-% erreicht werden.

Wegen der besonderen Beanspruchung der Schicht durften nur Edelsplitte, die einen oberen Grenzwert für die Schlagzertrümmerung SZ_8/12 von 18 und einen unteren Grenzwert für die Polierresistenz PSV von 55 aufwiesen, verwendet werden. Der Anteil der Splittkörner, bei denen das Verhältnis von Länge zu Dicke größer als 3:1 ist, durfte bei der Kontrollprüfung maximal 8,0 M.-% betragen.

Tabelle 3: Anforderungen an die Zusammensetzung der offenporigen Asphaltdeckschichten auf der BAB A 2 in Niedersachsen

Der Fülleranteil durfte 6,0 M.-% nicht überschreiten und der Splittanteil musste mindestens 90 M.-% betragen. Edelsplitte der Lieferkörnung 2/5 mm durften nicht zugegeben werden.

Im Sinne einer langen bautechnischen Nutzungsdauer sollte die offenporige Asphaltdeckschicht über einen möglichst großen Bindemittelgehalt von mindestens 6,5 M.-% verfügen. Um ein Ablaufen des Bindemittels vom Gestein zu verhindern, muss der Anteil an Faserstoffen mindestens 0,5 M.-% betragen. Die Wahl eines geeigneten Bindemittels blieb anfänglich dem Auftragnehmer überlassen. Ab 1997 sollte der Brechpunkt des einzusetzenden Bindemittels kleiner als minus 15 °C sein. Zur Ableitung des Wassers aus der offenporigen Asphaltdeckschicht und zum Schutz gegen eine Durchleuchtung der Unterlage wird der Asphaltbinder mit dem gleichen Bindemittel, das auch in der offenporigen Asphaltdeckschicht eingesetzt wird, in einer Menge von 2,5 kg/m² mit einer Spritzrampe abgedichtet. Diese Vorgabe ist unbedingt notwendig, um sicherzustellen, dass hier nur ein ausreichend zähes Bindemittel eingesetzt wird, das beim Einbau der offenporigen Asphaltdeckschicht durch die Wiedererwärmung nicht unnötig hoch in die Schicht aufsteigt und Hohlräume zusetzt.

Zur Befahrbarkeit während des Einbaus der offenporigen Asphaltdeckschicht wird die Abdichtung mit 7 bis 10 kg/m² Edelsplitt 8/11 mm, der zur Reststaubbindung leicht mit Bindemittel umhüllt wird, abgestreut [5].

Die Unebenheiten der Oberfläche der offenporigen Asphaltdeckschicht durften aus lärmtechnischen Gründen innerhalb einer 4 m langen Messstrecke nicht mehr als 3 mm betragen. Der Grenzwert für den Verdichtungsgrad jeder aus der fertigen Schicht zu entnehmenden Probe wurde von anfänglich 95 % im Jahr 1997 auf 97 % angehoben.

3 Umsetzung und vorliegende Erfahrungen

3.1 Umsetzung der bautechnischen Vorgaben

Auf Grund des sehr begrenzten Einsatzes der offenporigen Asphaltdeckschichten gab es bislang für die meisten Anforderungen an die Beschaffenheit keinen oder nur einen unzureichenden Bewertungshintergrund. Somit standen alle an der Ausführung Beteiligten vor der großen
Herausforderung, diese festgelegten Vorgaben für die Herstellung offenporiger Asphaltdeckschichten einer neuen Generation in die Praxis zielsicher umzusetzen. In einem baubegleitenden Forschungsvorhaben wurden die wesentlichen Einflüsse auf die Qualität offenporiger Asphaltdeckschichten gezielt untersucht [7].

Der Einbau der offenporigen Asphaltdeckschichten erfolgte grundsätzlich über die volle Breite einer Richtungsfahrbahn. Wegen der hohen Klebkraft des Mischgutes musste die Abtastung der Höhenbezugslinie von den frisch eingebauten Bahnen immer berührungslos mit Ultraschallsensoren erfolgen.

Für die Verdichtung wurden nur Glattmantelwalzen eingesetzt. Die Glattmantelwalzen mussten ein Dienstgewicht von mindestens 8 Tonnen haben und durften nur statisch verdichten. Die Verdichtung erfolgte mit durchschnittlich 6 Walzübergängen und anschließendem Nachwalzen. Der Walzbeginn wurde in Abhängigkeit von dem Viskositätsverhalten des Bindemittels festgelegt und lag in der Regel zwischen 150 °C und 130 °C. Auf Grund der hohen Klebkraft der Bindemittel war auch stets auf eine ausreichende Wasserversorgung für die Berieselung der Walzenbandagen zu achten.

Wegen der Gefahr der schnellen Auskühlung durch Wind und bei niedrigen Temperaturen erfolgte der Einbau nach Möglichkeit immer in der günstigsten Jahreszeit bis Ende Oktober.

Die offenporigen Asphaltdeckschichten auf der BAB A 2 in Niedersachsen verfügen mit 24,23 Vol.-%, bei gewichtsmäßig nahezu gleichem Bindemittelgehalt, über den fast 6-fachen Hohlraumgehalt einer vergleichbaren Splittmastixasphaltdeckschicht (SMA) von 4,23 Vol.-%. Hierbei ist aber die Mörtelphase, die aus Bindemittel und Füller gebildet wird, nicht größer als bei einer Asphalttragschicht. Der Bindemittelanteil im Mörtel ist hier aber bei entsprechend niedrigerem Fülleranteil um gut ein Drittel größer. Dieser Zusammenhang unterstreicht sehr deutlich, dass die zu erwartende Lebensdauer der offenporigen Asphaltdeckschicht nachhaltig von der Qualität des eingesetzten Bindemittels beeinflusst wird.

3.2 Vorliegende Erfahrungen

Bereits seit 1994 liegen Erfahrungen mit der Ausführung offenporiger Asphaltdeckschichten auf der BAB A 2 im Bereich von Hannover vor [8]. Allerdings bestand die auf dem Abschnitt zwischen den Anschlussstellen Lahe und Bothfeld ausgeführte offenporige Asphaltdeckschicht aus der Körnung 0/11.

Grunderkenntnis aus diesem Abschnitt war, dass die hohen Vorgaben hinsichtlich des Bindemittelgehaltes zielsicher nur von so genannten höher polymermodifizierten Bindemitteln gemäß den jetzt gültigen Technischen Lieferbedingungen [4] und gummimodifiziertem Bitumen erreicht werden können.

Daher wurden im weiteren Verlauf der Arbeiten auf der BAB A 2 als Bindemittel von allen Ausführenden bisher in der Regel nur höher polymermodifizierte Bitumensorten eingesetzt, wie sie vom Prinzip her schon seit Mitte der 80er Jahre am Markt existierten, aber für den Einsatz auf der BAB A2 mitunter sogar noch weiterentwickelt wurden.

Die nächste wichtige Komponente bei der Konzeption von offenporigen Asphaltdeckschichten ist der Edelsplitt. In Laborversuchen konnte festgestellt werden, dass der Unterschied im Hohlraumgehalt zwischen einer Fehlförmigkeit von 0 und 15,5 beim Gabbroedelsplitt der Lieferkörnung 5/8 mm bis zu 1,9 Vol.-% am Marshall-Probekörper betragen kann. Ferner hat der Sandanteil im Unterkorn einen ebenfalls sehr starken hohlraumzusetzenden Einfluss. Daher kommt auch der Einhaltung der Vorgaben an die Fehlförmigkeit des Gesteins eine besondere Bedeutung zu. Um dies zu erreichen, ist aber bei der Edelsplittproduktion die Einschaltung einer weiteren Brechstufe mit anschließender Absiebung des Sandanteiles erforderlich.

Es ist daher dringend angeraten, im Rahmen der Tabelle 7 und des Abschnitts 4.11 der TL Min-StB [9] für diese Lieferkörnung die zulässigen Höchstwerte für den gesamten Unterkornanteil auf 10 M.-%, den Unterkornanteil <2mm auf 3,0 M.-% sowie die Fehlförmigkeit bei der Kornform auf 8 M.-% festzulegen (Tabelle 4).

Tabelle 4: Vorschlag für Anforderungen an Edelsplitt für offenporige Asphaltdeckschichten

Wegen des vorerwähnten großen Einflusses auf den Hohlraumgehalt besteht der Sandanteil daher in der Regel nur noch aus dem Unterkorn des Edelsplittes der Lieferkörnung 5/8 mm.

Gleiches gilt für die Abweichungen in der Mischgutzusammensetzung, bezogen auf die Vorgaben der Eignungsprüfung (Tabelle 5), da die Toleranzen der ZTV Asphalt-StB im Sinne der Einhaltung des Hohlraumgehaltes in diesem Fall eindeutig technisch zu groß sind. Die Spannweiten stimmen sehr gut mit den Vorschlägen zur Eingrenzung der Toleranzen der Einzelwerte für den Füller-, Sand- und Splittgehalt überein. Zusätzlich könnte noch eine Toleranzvorgabe für den Kornanteil > 5 mm bzw. > 8 mm (beim OPA 0/11) von T = 6,0 M.-% als Sicherheitsmaß, um den gewünschten Hohlraumgehalt auch zielsicher zu erreichen, gemacht werden. Beim Bindemittelgehalt kann es bei der Regelung gemäß den ZTV Asphalt-StB bleiben.

Tabelle 5: Toleranzvorschläge für die Mischgutzusammensetzung von OPA bezogen auf die Vorgaben der Eignungsprüfung

Bei der Auswertung der Hohlraumgehalte wurde festgestellt, dass die Hohlraumgehalte der Bohrkerne um 0,5 bis 3,6 Vol.-% niedriger liegen als die Hohlraumgehalte von Marshall-Probekörpern, die im Labor aus Mischgutproben hergestellt wurden. Das bedeutet, dass in der Praxis durch die statische Walzverdichtung wesentlich höhere Dichten und somit ein geringerer Hohlraumgehalt erzielt werden als bei der Laborverdichtung. Somit ist in der Eignungsprüfung ein Vorhaltemaß für den Hohlraumgehalt gegenüber der Anforderung an die fertige Schicht zwingend erforderlich.

Es hat sich gezeigt, dass die Vorgabe der Niedersächsischen Straßenbauverwaltung für die offenporige Asphaltdeckschicht 0/8 mit einem Hohlraumgehalt von mindestens 22 Vol.-% im eingebauten Zustand, der im Sinne einer langen bautechnischen Nutzungsdauer über einen möglichst großen Bindemittelgehalt von ca. 12 Vol.-% verfügen sollte – was in Abhängigkeit von Rohdichte des verwendeten Gesteins einem Bindemittelgehalt von 6,0 bis 6,5 M.-% entspricht –, in jedem Fall  erreicht werden kann, wenn man hierfür Bindemittel mit einem höheren Polymergehalt einsetzt.

Die offenporigen Asphaltdeckschichten mit höher polymermodifizierten Bindemitteln sind nach den niedersächsischen Erfahrungen gegenüber mechanischen Beanspruchungen wesentlich widerstandsfähiger als die mit gummimodifiziertem Bitumen. Hierzu zählen auch Schubbeanspruchungen durch Schwerverkehr in sehr engen Kurvenradien wie zum Beispiel durch das Einscheren im Übergangsbereich von Auffahrten in Beschleunigungsspuren.

Die Einhaltung des Grenzwertes für den Verdichtungsgrad von k = 97 % ist trotz der teilweise schwierigen Randbedingungen beim Einbau beherrschbar. Bei einem mittleren Verdichtungsgrad von 98,5 % beträgt der Hohlraumgehalt in der fertigen Schicht 24,2 Vol.-%.

3.3 Bewertung der Bisherigen Praxiserfahrungen

Der offenporige Asphalt 0/8 wird in der beschriebenen Form seit 1996 ausgeführt. Der Umgang mit diesem sehr scharf formulierten Asphalt musste von allen Beteiligten erst gelernt werden. Dennoch gab es bei der Mischgutproduktion keine nennenswerten Abweichungen. Die Mischgutzusammensetzungen entsprechen auf einem sehr hohen Niveau den jeweiligen Sollvorgaben.

Als erstes Ergebnis konnte bei der Abwicklung der Bauverträge festgestellt werden, dass sich mit dem vorgegebenen Rahmen für die Mischgutzusammensetzung, nämlich einem verhältnismäßig hohen Bindemittelgehalt und rund 90 M.-% Edelsplitt 5/8 in Abhängigkeit von der Wahl der Bindemittelsorte, offenporige Asphaltdeckschichten mit gewünschten Hohlraumgehalten von mehr als 22 Vol.-% zielsicher herstellen lassen.

Beim Bindemittel haben sich die höher polymermodifizierten Bindemittel gemäß der Tabelle 4 der TL PmB [4] gegenüber den „normalen“ polymermodifizierten Bindemitteln eindeutig durchgesetzt.

Untersuchungen an Modellgemischen aus Mineralstoffen haben gezeigt, dass Abweichungen vom Einkorngemisch, also letztlich die Größe des Über- und Unterkornanteils der Lieferkörnung, den Hohlraumgehalt in nicht zu vernachlässigende Größenordnung verändern, sodass strenge Maßstäbe an die Einhaltung der Liefertoleranzen der Körnungen zu stellen sind. Auch die Forderung nach günstig geformten Edelsplitten mit einem Anteil an Fehlkörnungen von weniger als 8 % erhöht den Hohlraumgehalt der offenporigen Asphaltdeckschicht. Die Mineralstoffindustrie hatte praktisch keine Probleme, Mineralstoffe mit der gewünschten Kornform in großen Mengen und gleichmäßiger Qualität zu liefern.

Probleme mit einem Ablaufen des Bindemittels wurden in keinem Fall festgestellt. Die relativ hohe Bindemittelmenge von 6,5 M.-% konnte bei allen überprüften Varianten zuverlässig durch den Anteil an stabilisierenden Zusätzen von 0,5 M.-% bis 0,6 M.-% in Form von organischen Faserstoffen gehalten werden.

Der für den Lärmminderungseffekt gewünschte Hohlraumgehalt darf keinesfalls über eine Minderung des Verdichtungsgrades gesteuert werden. Daher ist bereits im Rahmen der Eignungsprüfung der Zusammenhang zwischen Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt des offenporigen Asphaltdeckschichtmischguts aufzuzeichnen. Bei einem günstig zusammengesetzten offenporigen Asphalt sinkt der Hohlraumgehalt auch bei einer sehr guten Verdichtung – ausgedrückt durch einen Verdichtungsgrad von über k = 100% – nicht unter 22 Vol.-% (Bild 1). Bei einem ungünstig zusammengesetzten offenporigen Asphalt lässt sich der vorgegebene Hohlraumgehalt von 22 Vol.-% dagegen nur bei einem Verdichtungsgrad von höchstens k = 97 % erreichen. Bei einer weiteren Verdichtung, die für die Haltbarkeit der Schicht anzustreben wäre, sinkt der Hohlraumgehalt bis auf einen Wert von 18,5 Vol.-% (Bild 2).

Bild 2: Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt in Abhängigkeit von der Verdichtungsarbeit bei einer Verdichtungstemperatur von To = 135 °C für eine ungünstig zusammengesetzte offenporige Asphaltdeckschichtvariante

Bild 3: Einschichtige offenporige Asphaltdeckschicht 

Da eine offenporige Asphaltdeckschicht nicht nur unter dem Aspekt der Lärmminderung und der Fahrsicherheit optimiert werden kann, sondern auch eine möglichst lange Haltbarkeit gewünscht ist, ist Folgendes zu beachten:

Im Rahmen der Mischgutoptimierung sollte im Rahmen erweiterter Eignungsprüfungen in jedem Fall der Zusammenhang zwischen Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt über die Verdichtungsfunktion geprüft werden.

Auf Grund der Vielfalt unterschiedlicher Gesteinsrohdichten ist die Bindemittelgehaltsbemessung grundsätzlich und nicht gravimetrisch vorzunehmen.

Wegen des Zusammenhangs von Splitthaltevermögen und Verdichtungsgrad darf die untere Grenze des Verdichtungsgrades mindestens k = 97 % nicht unterschreiten.

Die in den ZTV Asphalt-StB 01 [10] angegebenen Toleranzen für die Korngrößenverteilung müssen für offenporige Asphaltbeläge eingegrenzt werden. Folgende Toleranzen auf die jeweiligen minimalen und maximalen Werte für den Einzelwert können zielsicher eingehalten werden:

• Toleranz für den Füllergehalt T = 1,5 M.-%
• Toleranz für den Sandgehalt T = 2,5 M.-%
• Toleranz für den Splittgehalt > 2 mm T = 2,5 M.-%

Für die Toleranz des Hohlraumgehaltes am Marshall-Probekörper und für den Bohrkern im eingebauten Zustand kann die Regelung der ZTV Asphalt-StB 01 für Deckschichten von T = 1,5 Vol.-% übernommen werden.

Für den Hohlraumgehalt muss daher beim Mischgut bei einer Unterschreitung des Grenzwertes von 24 Vol.-% eine Toleranz von T = 2,0 Vol.-% und an der fertigen Schicht bei einer Unterschreitung des Grenzwertes von 22 Vol.-% eine Toleranz T = 2,0 Vol.-% für den jeweiligen Einzelwert angesetzt werden.

Darüber hinaus sollte künftig in der Eignungsprüfung die Entwicklung des Verdichtungsgrades und Hohlraumgehaltes in Abhängigkeit der Verdichtungsschläge bei einer Verdichtungstemperatur von T = 135° C in Anlehnung an die Bilder 1 und 2 dargestellt werden, um das Vorhaltemaß beim Hohlraumgehalt auch richtig einschätzen zu können.

Die Verschärfung der Ebenheitsanforderung an die offenporige Asphaltdeckschicht aus Gründen der Verminderung der Lärmausbreitung von maximal 4 mm auf 3 mm Unebenheit in Längsrichtung innerhalb einer 4 Meter langen Messstrecke hat sich ebenfalls bewährt.

Eine weitere unabdingbare Voraussetzung ist ein Einbau bei der richtigen Witterung. Wegen der geringen Einbaudicke und des hohen Hohlraumgehaltes ist die Gefahr einer schnellen Auskühlung durch Windeinfluss beim Einbau besonders groß. Diesem Umstand sollten die Auftraggeber in ihren Ausschreibungen bei den Ausführungsfristen unbedingt Rechnung tragen.

Des Weiteren sollte eine 4+0 Verkehrsführung auf einer offenporigen Asphaltdeckschicht, insbesondere bei einem Einsatz einer mittigen Stahlgleitwand und der damit einhergehenden intensiven Verschmutzung dieses Bereiches, nach Möglichkeit vermieden werden. In diesem Fall bietet es sich an, wie es auf der BAB A 2 bereits mehrfach praktiziert wurde, den Verkehr auf der Asphaltbinderschicht zu führen und die offenporige Asphaltdeckschicht dann nach Abschluss aller Arbeiten separat aufzubringen. Dieses könnte beispielsweise im Rahmen einer Wochenendvollsperrung geschehen.

Seit der Ausführung der ersten OPA-Beläge nach diesem Konzept vor mittlerweile 7 Jahren werden auf der BAB A 2 auch kontinuierlich Lärmmessungen durchgeführt. Die Lärmmessungen haben ergeben, dass der für einen OPA 0/8 geforderte Wert für den Vorbeifahrtpegel von D_StrO = – 5,0 dB(A) durchschnittlich erst nach 5 Jahren Liegezeit unterschritten wird und die Anfangsminderung sogar durchschnittlich bei D_StrO = –7,5 dB(A) liegt [11]. Im aktuellen Statuspapier der Bundesanstalt für Straßenwesen werden die mit ARS Nr. 14/1991 für v > 60 km/h eingeführten
D_StrO-Korrekturen für einen OPA 0/8 für eine Betriebsdauer von mindestens 6 Jahren auf einbahnigen Straßen und auf Autobahnen ausdrücklich bestätigt [12].

Eine Lärmminderung um 3 dB(A) entspricht einer Halbierung des vorhandenen Lärmpegels. Aus den Messergebnissen zeichnet sich weiterhin ab, dass der Vorbeifahrtpegel sich einem Grenzwert nähert, der auch dauerhaft deutlich niedriger sein wird, als es durch normale Deckschichttexturen, sowohl beim Asphalt als auch beim Beton, erreicht werden kann. Somit kann festgehalten werden, dass eine offenporige Asphaltdeckschicht um die Hälfte leiser ist als die derzeitigen Betondecken.

In der Zwischenzeit sind nach dem Vorbild der BAB A 2 bereits weitere Strecken mit offenporrigen Asphaltdeckschichten wie zum Beispiel auf der BAB A 1 bei Schwerte, der BAB A 3 bei Oberhausen, der BAB A 40 bei Essen oder auf der BAB A 9 bei Bayreuth genauso erfolgreich hergestellt worden.

Bild 4: Einbau und Verdichtung der offenporigen Asphaltdeckschicht mit berührungsloser Abtastung der einzelnen Fertigerbahnen 

4 Weiterentwicklung von offenporigen Asphaltdeckschichten

Bisher wurden offenporige Asphaltschichten zur Lärmminderung in der Regel einschichtig hergestellt. Da aber noch längst nicht alle Fragen hinsichtlich der Dauerhaftigkeit der Lärmminderung beantwortet sind, könnte der zweischichtige offenporige Asphalt (ZWOPA) eine interessante Ergänzung sein. Die feinere obere Schicht wirkt hierbei als Filter gegenüber Verschmutzungen, während die untere Schicht den Resonanzraum zur Schallabsorbtion bildet. Bislang war aber der Einbau mit den konventionellen Einbaugeräten nur sehr schwer in der gewünschten Qualität zu realisieren.

Bild 5: Asphaltfestigung für Bauklasse SV mit einer zweischichtigen offenporigen Asphaltdeckschicht

Bild 6: Einbau einer zweischichtigen offenporigen Asphaltdeckschicht

Bild 7: Zweischichtige offenporige Asphaltdeckschicht von der Seite

Im Herbst 2000 wurde daher im Bereich des Rotterdamer Hafens auf einem Autobahnzubringer ein ZWOPA mit dem Kompaktmodulfertiger eingebaut. Das Gesamtsystem besteht hier in der unteren Schicht aus einem offenporigen Asphalt der Körnung 11/16 mm in einer Dicke von 5 cm und einem offenporigen Asphalt der Körnung 0/2 mm in einer Dicke von 2 cm in der oberen Schicht.

Der Hohlraumgehalt der fertigen unteren Schicht liegt zwischen 24,8 und 26,8 Vol.-% und zwischen 22,0 und 22,8 Vol.-% in der oberen Schicht. Erste Lärmmessungen bei 50 km/h haben eine Lärmminderung von 6 dB(A) ergeben. Dies ist für eine derartige Schicht ein rekordverdächtiger Wert [13]. Dieses Konzept wird im Frühjahr 2004 auf der BAB A 30 im Raum Osnabrück erstmalig in Deutschland auf einem größeren Autobahnabschnitt zum Einsatz kommen.

Bild 8: Einschichtige offenporige Asphaltdeckschicht in Kombination mit Lärmschutzwänden. Ohne offenporige Asphaltdeckschicht wären die Lärmschutzwände viel höher geworden.

5 Wirtschaftlichkeit

Vergleicht man die hohen Investitionskosten für Lärmschutzwände – der Quadratmeterpreis liegt bei rund 300 € – mit den Mehrkosten der offenporigen Asphaltdeckschichten – sie betragen rund 2 bis 3 € pro Quadratmeter gegenüber herkömmlichen Asphaltdeckschichten –, kann schon jetzt festgehalten werden, dass OPA-Beläge nicht nur eine technische Ergänzung zu den bisherigen Baukonzepten im Bereich des aktiven Lärmschutzes sind. OPA-Beläge sind vielmehr nicht nur beim Neubau eine wirtschaftliche aktive Alternative, sondern auch beim Um- und Ausbau unserer hochbelasteten Verkehrswege sowie eine sofort wirksame Maßnahme zur Lärmsanierung.

Nach den jetzt vorliegenden Erfahrungen kann für eine Fahrbahnbefestigung mit einer Deckschicht aus Splittmastixasphalt nach dem derzeitigen Standard [9] von einer Nutzungsdauer von 18 bis 20 Jahren ausgegangen werden.

Bei den offenporigen Asphaltdeckschichten hingegen muss zwischen der lärmtechnischen und der bautechnischen Nutzungsdauer differenziert werden. Bezüglich der lärmtechnischen Nutzungsdauer lassen sich über einen Zeitraum von 6 Jahren hinaus zwar zurzeit noch keine abgesicherten Angaben machen [12], jedoch werden die weiteren Messergebnisse der Langzeitbeobachtung von der BAB A 2 zusätzliche Erkenntnisse bringen. Das derzeitige Nutzungsverhalten lässt aber auf Grund des ausgefeilten bautechnischen Konzeptes sicherlich eine Nutzungsdauer von mindestens 10 Jahren erwarten.

Sofern diese Voraussetzung zutrifft, werden die Kosten für eine einschichtige offenporige Asphaltdeckschicht in einem Nutzungszeitraum von 30 Jahren bei einem sechsstreifigen Autobahnquerschnitt nur knapp 50 Prozent der Kosten betragen, die eine beidseitig um 3 m erhöhte Lärmschutzwand verursachen würde.

Noch günstiger stellt sich das Verhältnis bei zweispurigen Fahrbahnen wie zum Beispiel bei Ortsumgehungen dar. Hier betragen die Kosten gegenüber einer einseitigen Lärmschutzwand nur noch ca. 20 Prozent.

Zu diesem Thema läuft zurzeit eine weitergehende Untersuchung im Auftrag des Deutschen Asphaltverbandes.

6 Zusammenfassung

Die Optimierung der Zusammensetzung offenporiger Asphaltdeckschichten, im Sinne einer langen lärm- und bautechnischen Nutzungsdauer, ist derzeit eine der großen Herausforderungen in der Weiterentwicklung der Asphaltbauweise.

Die systematische Erfassung der das Gebrauchsverhalten von offenporigen Asphaltdeckschichten bestimmenden Einflussgrößen und die konsequente Anwendung performance-orientierter Prüfverfahren haben bei der Rezeptierung und Optimierung einer neuen Generation von offenporigen Asphaltdeckschichten Eingang gefunden.

Die Bitumen-, Mineralstoff-, Asphalt- und Bauindustrie haben alle Anstrengungen unternommen, um den hohen Anforderungen an das Produkt offenporige Asphaltdeckschicht gerecht zu werden.

Die III. Generation der offenporigen Asphaltdeckschicht liegt bereits seit über 6 Jahren auf verschiedenen Abschnitten der BAB A 2. Bis heute konnten keine Anhaltspunkte dafür gefunden werden, eine langjährige Nutzung der nach dem vorgestellten Konzept eingebauten offenporigen Asphaltdeckschicht zu bezweifeln.

Zahlreiche Anforderungen, die teilweise nur aus dem Ingenieurverstand heraus und anfänglich ohne praktische Erfahrung festgelegt wurden, konnten jetzt mit dem notwendigen Bewertungshintergrund belegt werden. Somit kann der aktuelle Stand der Technik künftig eindeutig beschrieben werden.

In der Tabelle 6 sind alle wichtigen Erkenntnisse noch einmal zusammenfassend als Vorschlag für die künftige Zusammensetzung einschichtiger offenporiger Asphaltdeckschichten dargestellt.

Tabelle 6: Vorschlag für die künftige Zusammensetzung einschichtiger offenporiger Asphaltdeckschichten

Diese Ergebnisse sollten bei der Fortschreibung des Technischen Regelwerkes unbedingt so kurzfristig wie möglich Berücksichtigung finden.

Die Ausführung der zweischichtigen offenporigen Asphaltdeckschicht wird weitere interessante Erkenntnisse bringen.

Eine offenporige Asphaltdeckschicht (ein- oder zweischichtig) kann jedoch nur gelingen, wenn alle Beteiligten die trivialen wie unabdingbaren Qualitätsfaktoren wie

• Ausführung nur in der günstigen Jahreszeit,
• Auswahl geeigneter Bindemittel und Mineralstoffe,
• Aufstellen von Eignungsprüfungen mit Zusatzuntersuchungen,
• Vorhaltemaß beim Hohlraumgehalt im Mischgut,
• zusätzliche Eingangskontrollen der Zuschlagstoffe,
• erhöhte Eigenüberwachung der Mischgutproduktion,
• absolut gleichmäßige Mischgutproduktion,
• Einbau und Verdichtung der offenporigen Asphaltdeckschicht

mit größter Sorgfalt und Verantwortungsbewusstsein im Sinne der Bauweise unbedingt einhalten.

In der Zwischenzeit konnten schon viele Fragen beantwortet werden. Jetzt müssen die offenporigen Asphaltdeckschichten noch ihre weitere Bewährung über die Lebensdauer antreten, dabei trägt jedes weitere Jahr in der Nutzung zur weiteren Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei.

Der Bürger erhält eine Straßendeckschicht mit außergewöhnlichen Eigenschaften zur Verfügung, nämlich einer großen Fahrsicherheit, einem hohen Fahrkomfort, einer hohen lärmmindernden Wirkung für die Umwelt und darüber hinaus mit einem hohen Verformungswiderstand.

Ein weiterer Vorteil der OPA-Beläge ist die bei Regen nicht vorhandene Sprühfahnenbildung. Jeder Autofahrer, der schon einmal die BAB A2 genutzt hat, weiß mittlerweile den Vorzug dieses für die Verkehrssicherheit bedeutsamen Aspektes zu schätzen (Bilder 9a und 9b).

Bild 9: a) Sprühfahnenbildung auf einer dichten Fahrbahnbefestigung unmittelbar nach einem Regenschauer
           b) die gleiche Situation auf einer offenporigen Asphaltdeckschicht – keine Sprühfahnen

Offenporige Asphaltdeckschichten sind ein wichtiger Beitrag zur Kostensenkung und zur Ästhetik im Straßenbau. Mit keiner anderen Deckschichtart können mit sofortiger Wirkung so viel Kosten für zusätzliche Lärmschutzmaßnahmen eingespart werden und überhohe Lärmschutzwände oder aufwändige Einhausungen sind kaum noch erforderlich.

Literaturverzeichnis

1. FGSV: Richtlinien für den Lärmschutz an Straßen (RLS-90), Ausgabe 1990, Köln 1990
2. Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen: Offenporige Asphaltdeckschichten auf Außerortsstraßen, Heft S 12, Bergisch Gladbach 1996
3. Halfmann, U: Offenporige Asphaltdecken, Straße und Autobahn 47 (1996) 4, S. 177–180
4. FGSV: Technische Lieferbedingungen für gebrauchsfertige polymermodifizierte Bitumen (TL-PmB), Ausgabe 2001, Köln 2001
5. Renken, P.; Schäfer, V.: Offenporige Asphaltdeckschichten – Forschungsergebnisse und aktuelle baupraktische Erfahrungen am Beispiel der BAB A 2 in Niedersachsen, Straße und Autobahn 50 (1999), Teil 1: Heft 1, S. 15–21 und Teil 2: Heft 2, S. 74–80
6. FGSV: Merkblatt für den Bau offenporiger Asphaltdeckschichten, Ausgabe 1998, Köln 1998
7. Renken, P.: Optimierung und Qualitätssicherung offenporiger Asphaltdeckschichten, Schlussbericht zum Forschungsauftrag Nr. 7.174 des Bundesministeriums für Verkehr, Braunschweig 1998
8. Schäfer, V.: Offenporiger Asphalt mit hohem Hohlraumgehalt auf der BAB A 2 zwischen der AS Lahe und AS Bothfeld, 1995, (unveröffentlicht)
9. FGSV: Technische Lieferbedingungen für Mineralstoffe im Straßenbau (TL Min-StB 94), Ausgabe 1994, Köln 1994
10. FGSV: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 01), Ausgabe 2001, Köln 2001
11. Ulrich, S.: Untersuchungen zur lärmmindernden Wirkung von offenporigen Asphaltschichten – Zwischenergebnisse aus Forschungsvorhaben, Vortrag VSVI-Seminar Niedersachsen, 2002
12. BASt: Statuspapier Offenporige Asphaltdeckschichten (OPA) vom 18.10.2001, veröffentlicht als Anlage zum Allgemeinen Rundschreiben Straßenbau Nr. 5/2002 des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen (BMVBW)
13. Schäfer, V.: Kompaktasphalt und zweilagiger-offenporiger Asphalt eingebaut mit dem Kompaktmodulfertiger, Straßen und Tiefbau, Heft 12/2001, S. 12–15