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A critical literature review on Warm Mix Asphalt technology

Literaturauswertung zur Asphaltherstellung bei reduzierter Temperatur (Warm Mix Asphalt)

Junior Professor Ph. D. Ph. D. A. C. Falchetto; J. Westerhoff, B. Sc.; Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr .techn. M. P. Wistuba, Braunschweig

Seit einigen Jahren werden Weiterentwicklungen im Straßenbauwesen verstärkt unter den Aspekten von Arbeits- und Umweltschutz vorangetrieben. Dazu zählt auch die Forcierung von Warm Mix Asphalt (WMA). WMA-Technologien werden genutzt, um Straßenbauasphalte bei deutlich reduzierten Temperaturen (ca. 20 bis 40 °C niedriger) herzustellen, als dies bei herkömmlichen Methoden der Fall ist. In den letzten Jahren wurden verschiedene WMA-Technologien vorgestellt, die eine solche Reduzierung der Herstellungstemperatur ermöglichen. Grundlegend lassen sich diese Technologien in drei Gruppen unterteilen: 1) organische Zusätze (Wachse), 2) chemische Zusätze und 3) Schaumasphalt-Technologien. Diese Recherche liefert einen Überblick hinsichtlich der verschiedenen vorgestellten WMA-Technologien. Zusätzlich werden aktuelle Studien über die meistgenutzten Zusätze, Mischgutdesigns und das resultierende Materialverhalten vorgestellt und verglichen. Ebenfalls herausgestellt werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Technologien sowie der Anreiz für zukünftige Forschungsvorhaben.

In the recent past, there has been a considerable discussion on the opportunity and possibility of structuring the entire processes associated with design and construction of road pavements under a more human health-oriented and environmental friendly conscious approach. For this purpose, Warm Mix Asphalt  (WMA) has been proposed as a solution to tackle and address these needs. WMA technologies are used to produce asphalt mixture at temperatures which are between 20 and 40 °C lower in comparison to the conventional Hot Mix Asphalt (HMA). To achieve these temperature reductions, various WMA solutions have been implemented during the past few years. In general, WMA technologies can be classified into three groups, depending on the specific additive for technology used: 1) organic additives (waxes), 2) chemical additives, and 3) foaming processes. This present work provides an overview of the distinct WMA technologies  which are used throughout the world. Additionally, several studies about the most common additives, mix design, and the resulting performance will be presented and compared. The benefits and drawbacks of the presented technologies are highlighted, as well as the new research needs for which further investigation has to be undertaken.

Ökobilanz der Herstellung von Asphaltbelägen

Life cycle assessment of the production of asphalt pavements

M. Sc. ETH T. Pohl; Prof. Dr. S. Kytzia, CH-Rapperswil

Die Ansprüche an die Umwelt steigen nicht nur für Autos und Lastwagen, sondern auch für den Asphalt, auf dem sie fahren. Deshalb wird in nord- und mitteleuropäischen Ländern immer mehr Asphalt recycelt. Die Hersteller stehen jedoch vor einem Dilemma, denn die Abluftqualität am Werksstandort verschlechtert sich durch Umstellung der Produktion auf Recyclingprodukte. Im Rahmen einer Ökobilanz über den gesamten Lebensweg verschiedener Asphaltmischungen konnten Experten der Hochschule für Technik in Rapperswil aufzeigen, dass die Gesamtbilanz von Recycling-Asphalt dennoch positiv ist: Im Vergleich der insgesamt sechs untersuchten Asphaltprodukt-Varianten wird klar: Je höher der Anteil an Sekundärrohstoffen, desto geringer die Umweltbelastung im Lebensweg von Asphaltbelägen. Den stärksten Einfluss hat das Bindemittel Bitumen, ein Nebenprodukt aus der Erdölverarbeitung. Direkt dahinter folgen die Umweltbelastungen, die durch Herstellung und Transport der Kiessande (Splitt und Brechsand) entstehen. Die anlagenspezifischen Luftemissionen hingegen sind von untergeordneter Bedeutung. Unter dem Strich lässt sich also festhalten: Obwohl bei der Produktion von Recycling-Asphalt am Werksstandort mehr Schadstoffe an die Luft abgegeben werden, sprechen die Gesamt-Ökobilanzen deutlich für das Recycling. Bei der Produktion von Asphalt aus frischen Rohstoffen wäre nur schon die Umweltbelastung dreimal höher als beim Asphalt, der zu 60 Prozent aus Sekundärrohstoffen aus dem Strassenbau besteht.

Environmental standards for motor vehicles have tightened in recent years just as well as standards for the pavements they are driving on. Currently, authorities in Northern and Middle European countries encourage asphalt recycling. Asphalt producers, however, are in the dilemma of choosing between closing  material cycles and optimizing air quality at production sites as hazardous air emissions increase when using asphalt waste in production. Experts at the University of Applied Sciences in Rapperswil investigated the environmental impacts of different asphalt mixtures during the product life-cycle. Their LCA study reveals that recycling asphalt reduces environmental impacts. For three different asphalt mixtures produced with either high or low temperature the study shows clear advantages of a higher content of secondary raw material for the overall environmental performance. The binding agent bitumen – a by-product of processing crude oil – contributes most to the product life cycles environmental impact. The environmental load from production and transportation of aggregates comes second. Air emissions at the construction, however, are of minor importance with regard to the whole life cycle of asphalt pavements. Bottom line: Even though the use of recycling asphalt leads to higher air pollution at the production site, the life cycle assessment clearly speaks in favour of recycling.

Methoden zur Bewertung des ökologischen Einflusses von Eisenhüttenschlacken

Methods how to evaluate the ecological impact of iron and steel making slags

Dr.-Ing. A. Ehrenberg, Duisburg

Jährlich werden in Deutschland ca. 14 Mio. t Eisenhüttenschlacken als Nebenprodukte der Eisen- und Stahlherstellung erzeugt und zu ca. 94 % genutzt, wobei natürliche Rohstoffe substituiert werden. Der ökologische Fußabdruck von Baustoffen gewinnt in der öffentlichen Diskussion zunehmend an Bedeutung. Daher wurden in den letzten Jahren Bewertungsgrundlagen, wie Umweltproduktdeklarationen (EPD), eingeführt. Um diese sachgemäß zu nutzen, ist es von Bedeutung, dass nicht „Äpfel mit Birnen“ verglichen werden. Daraus folgt, dass auch für industrielle Nebenprodukte eine geeignete und faire ökologische  Bewertung erfolgen muss. Der wichtigste Schlackentyp im Hinblick auf EPD ist der Hüttensand, der als Zementbestandteil oder Betonzusatzstoff etabliert ist. In diesem Fachbeitrag werden sowohl verschiedene Allokationsmodelle als auch deren Folgen für die ökologische Bewertung von Eisenhüttenschlacken beschrieben.

In Germany about 14 million tons of iron and steel making slags are produced yearly. About 94 % are used substituting natural raw materials. The ecological footprint of building materials becomes more and more important in public discussions. Therefore tools like Environmental Product Declarations (EPDs) were introduced during the last years. To use these tools seriously it is very important not to "compare apples and oranges". From this it follows that an appropriate and fair ecological evaluation also from industrial by-products must be done. The most important type of those slags with respect to EPDs is granulated blast furnace slag which is established as cement constituent or concrete addition. This paper describes as well different allocation models as their consequences for the ecological evaluation of ferrous slags.

CO2-Emissionen bei der Straßenerhaltung

Consideration of CO2-emissions in pavement management

A. Brzuska B. Eng.; Dr. rer. pol. S. Cypra; Prof. Dr.-Ing. C. Holldorb; Prof. Dr.-Ing. M. Stöckner, Karlsruhe

Schichten ohne Bindemittel (SoB) haben durch ihre Lage eine zentrale Rolle im Straßenoberbau. Ihre Hauptaufgaben sind, die Lasten aus Verkehr schadlos in den Untergrund/Unterbau weiterzuleiten und Schäden aus Witterungseinflüssen zu verhindern. Bisher erfolgt der Aufbau von SoB rein empirisch. Damit dauerhafte SoB als Fundament für die Straße im 21. Jahrhundert dienen können, müssen heute die Grundlagen für zukünftige Entwicklungen gelegt werden. Der Arbeitskreis 6.3.1 „Infiltrationsverfahren, Merkblatt für Schichten ohne Bindemittel“ stellt sich diesen Herausforderungen. Der Fachbeitrag „Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert“ ist zweigeteilt. In Teil 1 (veröffentlicht in Straße und Autobahn 8/2018) wurde neben einem allgemeinen Teil der Frage nachgegangen, wieviel Wasserdurchlässigkeit die ToB brauchen. In dem hier folgenden Teil 2 werden die Fragen behandelt „Ist der Proctorversuch noch  zeitgemäß?“ und „Reicht das Kriterium Feinkornanteil zur Beurteilung der Frostempfindlichkeit?“. Abschließend erfolgt ein Fazit über beide Teile der Veröffentlichung und darüber hinaus werden Ziele für Schichten ohne Bindemittel für die Straße im 21. Jahrhundert formuliert.

The reduction of CO2 emissions in road construction has been of great national and interna-tional importance for many years. However, the focus is often on new construction, conversion and upgrading measures rather than on maintaining the existing road network. From the detailed determination of CO2 emissions during the renewal of a district road, it can be seen that CO2 emissions also occur during the renewal of asphalt pavements, especially in the asphalt mixing plant. In this way, renewal construction methods in which the asphalt granulate produced is re-laid cold in situ can contribute to the reduction of CO2 emissions. Such a reuse strategy will be developed and evaluated in the ORRAP research project, whereby in addition to CO2 emissions further ecological, economic and social criteria in the sense of a sustainability assessment will be incorporated. In the maintenance and rehabilitation management, such more extensive assessment approaches are currently not systematically taken into account, but rather technical parameters in interaction with financial targets are taken as a basis. However, in individual maintenance management projects more far-reaching sustainability approaches are already being used, which should be taken into account in the systematic further development.

Adaptive Straßenbeleuchtung – Ein Beitrag zur CO2-Reduktion

Adaptive Road Light System – A contribution to CO2-reduction

StBDir. Dipl.-Ing. A. Buttgereit; Dipl.-Ing. A. Groot-Körmelink; Prof. Dr.-Ing. B. Hartz; R. Kersten M. Sc., Münster

Um die Ressourceneffizienz und Umweltfreundlichkeit der Straßenbeleuchtung zu steigern, hat die Stadt Münster innerhalb eines Pilotprojektes einen Geh-/Radweg mit einer adaptiven Straßenbeleuchtung ausgestattet. Diese leuchtet die Strecke nur dann, wenn sie benutzt wird, bedarfsgerecht aus. Auf zwei Abschnitten wurden ein radar- und ein infrarotbasiertes System getestet, um für weitere umzurüstende Strecken möglichst viele Erfahrungen zu sammeln. Ziel des Projektes war es, die Praxistauglichkeit zu untersuchen, mögliche Fehlschaltungen durch äußere Einflüsse festzustellen, einstellbare Parameter zu optimieren und innerhalb einer Nutzer- und Anwohnerbefragung die subjektiven Eindrücke zur adaptiven Straßenbeleuchtung abzufragen. Außerdem sollten Daten zum Energieverbrauch erhoben werden. Die Untersuchungsergebnisse fielen insgesamt positiv aus. Es konnten hohe Energieeinsparungen erreicht werden. Basierend auf den vorliegenden Erkenntnissen werden weitere Teststrecken aufgebaut.

To increase resource efficiency and eco friendliness, the city of Münster has equipped a foot and cycle path with an adaptive road light system. These road lights merely provide a needs-based level of light, when required by road users. The test included two different types of adaptive road lights. In the first section an infrared-based system was tested, while a radar-based system was reviewed in the second section, to collect as much experience as possible for future modifications. The aim of the project was to research the practicability for daily use, to determine potentially incorrect switchings due to external influences as well as to optimize the adjustable parameters. In addition, users and residents were interviewed to find out about the subjective impressions regarding the adaptive road lighting. Furthermore, the data of energy consumption was evaluated. Overall the research findings were positive. A reasonable conservation of energy was achieved. Based on these findings, more test tracks will be built.