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Lösemittel im Asphaltlabor – Aktueller Stand

Using solvents in asphalt laboratories – the status quo

Dipl.-Ing. M. Schellenberger;
Dr.-Ing. A. Alisov, Hofolding

Die Qualitätssicherung im Asphaltlabor und die Kontrollprüfung von Asphaltmischgut erfolgen seit vielen Jahren über die nachträgliche Analyse und Zerlegung des Materials in seine Einzelbestandteile mit anschließender Bestimmung der Zusammensetzung sowie ggf. weiterführender physikalischer Eigenschaften. Für diese Tätigkeiten wird Lösemittel verwendet, im überwiegenden Anteil ist dies Trichlorethen (Tri). Der Gesundheitsgefährdung von Tri wurde in der Vergangenheit dadurch Rechnung getragen, dass Prüfverfahren zum Standard entwickelt werden konnten, bei denen statt Lösemittel ungefährliches Substitut (z. B. Wasser bei der Rohdichtebestimmung) zum Einsatz kommt. Mit Aufnahme von Tri in die Kandidatenliste der besonders besorgniserregenden Stoffe der Europäischen Chemikalienverordnung REACH im Jahr 2010 begann ein Prozess, nach dessen Abschluss Tri unter Auflagen noch bis April 2023 im Asphaltlabor verwendet werden kann. Für die verbleibende Zeit bis dahin gibt es die dringende Notwendigkeit, tragfähige Alternativen zu finden und diese im Technischen Regelwerk zu verankern.

For many years, quality assurance in asphalt laboratories and the testing of asphalt mixtures have taken the form of the analysis and breaking down of the material into its constituent parts and the subsequent determination of its composition and, if necessary, any other physical properties. Solvents — predominantly trichloroethylene (TRI) — are used for such tasks. In the past, the health hazard posed by TRI was addressed by either not using TRI or replacing it with a safe substitute (e. g. with water when
determining maximum density) in those cases where it was possible. However, it is still necessary to use TRI for some processes. The inclusion of TRI on the candidate list of substances of very high concern of the EU's REACH regulation in 2010 triggered a process that culminated in the authorization to use TRI in asphalt laboratories under specific conditions until April 2023. Until then, it is a matter of great urgency to find sustainable alternatives and to underpin these alternatives with technical standards
and specifications.

 

 

 

 

Nähte und Anschlüsse in Asphaltflächen – Bedeutung, Ausführung, Instandsetzung und prüftechnische Ansprache im Labor

Seams and connections in asphalt surfaces – Denotation, construction, maintenance and test methodology

Dr.-Ing. A. Schacht, Leichlingen
Dr.-Ing. M. Buch; J. Kuhlmann, B. Sc., Siegen

Örtliche Verhältnisse oder bauprozessbedingte Randbedingungen erfordern oftmals die Herstellung von Asphaltflächen durch einen abschnitts- bzw. bahnenweisen Einbau. Erneuerungs- und Sanierungsmaßnahmen „unter dem rollenden Rad“ sind hier im Besonderen zu nennen. Dabei ist die Herstellung von dauerhaften Nähten und Anschlüssen zwischen den einzelnen (Einbau-)Abschnitten sowie beim Anschluss an Bestandsflächen oder Einbauten essenziell für die Dauerhaftigkeit und die  Gebrauchsdauer der gesamten Asphaltfläche. Eine Sensibilisierung aller Beteiligten, eine gewissenhafte Vorbereitung des Asphalteinbaus und eine entsprechende Sorgfalt bei der Ausführung von Nähten sind unbedingt erforderlich, um eine ausreichende (Einbau-)Qualität und Lebensdauer der gesamten Straßenbefestigung einschließlich der Naht- und Fugenkonstruktion sicherzustellen. Neben der Kenntnis notwendiger bautechnischer Maßnahme n und Verfahren zur Ausbildung von Nähten oder Fugen bei der Herstellung von Verkehrsflächen aus Asphalt sind auch Verfahren für die prüftechnische Ansprache von Nähten und die Prognose der Dauerhaftigkeit erforderlich. In diesem Kontext soll der vorliegende Fachbeitrag einen umfassenden Überblick über die Bedeutung von Nähten und Fugen für die Dauerhaftigkeit von Verkehrsflächen liefern. Auch werden die Vorgaben der einschlägigen Richtlinien und Vorschriften zur Umsetzung bautechnischer Maßnahmen zur Ausführung von Nähten und Fugen beim Einbau von Asphalt sowie zu möglichen Instandsetzungsverfahren beschädigter Nähte und Fugen in der Betriebsphase umfassend erläutert. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur prüftechnischen Ansprache von Asphaltnähten skizziert, welches u. a. die Herstellung von Probekörpern mit dem Walzsegmentverdichter, die Ansprache des Tieftemperaturverhaltens mit einaxialen Zug- und Abkühlversuchen sowie die Ansprache des Widerstands gegen  Verformungen bei Wärme beinhaltet. So konnte bspw.  gezeigt werden, dass insbesondere die Herstellung und die Vorbereitung der Asphaltflanke (d. h. Abkanten und die Vorbehandlung der Flanke) sowie die Sorgfalt bei dem anschließenden Asphalteinbau einen wesentlichen Einfluss auf die Dauerhaftigkeit der Naht haben.

Local conditions or building process-related boundary conditions often require the production of asphalt surfaces by a section or track-wise installation. Renewal and rehabilitation measures "under the wheel" are to be mentioned here in particular. The production of permanent seams and connections between the individual sections as well as the connection to existing surfaces or installations is essential for the durability and service life of the entire surface. A sensitization of all participants as well as a conscientious preparation and a corresponding duty of care in the execution are absolutely necessary in order to ensure a sufficient quality of the road-construction. In addition to the knowledge of necessary construction-technical measures and methods for the formation of seams or joints in the production of surfaces made of asphalt as well as methods for the technical inspection of seams are required. In this context, the present work should provide a comprehensive overview of the importance of seams and joints for the durability of asphalt surfaces. Also, the requirements of the relevant directives and regulations for the implementation of structural measures for the execution of seams and joints in the installation of asphalt as well as possible repair procedures of damaged seams and joints in the operating phase are fully explained. In addition, a method is sketched which provides first approaches, including, among other things, the production of specimens with the roller segment  compactor, the addressing of the low-temperature behaviour with uniaxial tensile and cooling tests and the addressing of the resistance to heat with the wheel tracking test. In particular, it has been shown that the production and preparation of the asphalt flank have an influence on the durability of the seam.

 

 

Geotechnische Aspekte beim Neubau der BAB A 44 auf einer 190 m tiefen Kippe im Tagebau Garzweiler

Geotechnical aspects of the construction of the motorway A 44 n on a 190 m deep dump in the Garzweiler opencast mine

Dr. M. Back, Bergheim

RWE Power fördert im Rheinischen Braunkohlenrevier jedes Jahr rund 90 Millionen Tonnen Braunkohle, die größtenteils zur Stromerzeugung genutzt werden. Braunkohle kann in dieser Dimension nur im Tagebau gewonnen werden. Entsprechend tief ist der Eingriff des Bergbaus in die dichtbesiedelte Kulturlandschaft. Die Rheinischen Tagebaue haben bisher rund 330 Quadratkilometer Land in Anspruch genommen. Davon sind bis heute etwa 235 Quadratkilometer in Form von Ackerland, Forstflächen sowie Wasser- und sonstigen Flächen wieder nutzbar gemacht worden und stehen uneingeschränkt der Folgenutzung zur Verfügung. Im Zuge des planmäßigen Fortschreitens des Tagebaus Garzweiler II wurde die durch das Abbaufeld verlaufende BAB A 44 im Jahr 2006 in Anspruch genommen. Die Verkehre der unterbrochenen Autobahn wurden seit diesem Zeitpunkt über die westlich verlaufende BAB A 61 umgeleitet, die zuvor 6-streifig ausgebaut wurde. Im Zeitraum bis zur aktuell in Anspruch genommenen BAB A 61 war es erforderlich, die BAB A 44 n als Ersatzstrecke wiederherzustellen. Am 29.8.2018 wurde diese nach etwa 10-jähriger Planungs- und Bauzeit zwischen den Autobahnkreuzen Jackerath und Holz als 6-streifige Autobahn termingerecht für den Verkehr freigegeben. Mehr als sieben Kilometer der BAB A 44 n verlaufen auf der Innenkippe des Tagebaus Garzweiler mit Mächtigkeiten von bis zu 190 m. Neben der eigentlichen 6-streifig ausgebauten Autobahn wurden fünf Brückenbauwerke, darunter eine Wildquerung unter der Autobahn, ebenfalls auf verkipptem Gelände hergestellt. Die Herausforderungen des einzigartigen Projektes waren zum einen in der großen Mächtigkeit des verkippten Abraums und zum anderem in dem sehr engen Zeitplan begründet. Die Planung und der Bau der Autobahn wurden in den letzten 10 Jahren umfangreich ingenieurmäßig und wissenschaftlich begleitet. Ziel des für die Baumaßnahme entwickelten geotechnischen Konzeptes war es, den Trassenuntergrund der geplanten Nutzung (Autobahn) im Vorfeld anzupassen, um erforderliche Baugrundverbesserungen zu minimieren und gleichzeitig eine dauerhafte Gebrauchstauglichkeit der Autobahn zu gewährleisten.

Every year, RWE Power produces about 90 million tons of brown coal in the Rhenish lignite mining area, most of which is used to generate electricity. Lignite can only be extracted in open-cast mining in this dimension. The intervention of the mining process in the densely populated cultural landscape is therefore very deep. In the course of the planned progress of the Garzweiler II mine, the former A 44, passing through the mine, was interrupted in 2006. The traffic of the broken connection since then was
redirected on the A 61 running west, which was previously expanded six-lane. In the period up to the currently used A 61 it was necessary to restore the A 44 n as a substitute route. On 29/08/2018, after about 10 years of planning and construction of the road between the interchange Jackerath and Holz, the new six-lane motorway was released on time for traffic. More than seven kilometres of the A 44 n run on the inside dump of the Garzweiler open-pit mine with depths of up to 190 m. The challenges of the unique project were due to the huge thickness of the dump and to the very tight schedule. A specially adapted dumping concept with a stepped material composition was developed to produce a stable ground for motorway construction. This could be successfully implemented in open pit mining operation by using a spreader for backfilling of the overburden. For the determination of measures for individual constructions (e. g. bridges) and track sections, a permanent engineering, scientific and mining support and the control of the measures took place. In the course of the early determined alignment of the A 44 n, it was possible to coordinate mining and engineering measures at an early stage. The application of necessary soil improvement measures could thus be limited to special areas such as the founding of bridges or areas with a short residence time of the dump.

Performanceorientierte Fahrbahnoberflächen „Top-down-Modell mit implementierter KPI – Schnittstellenkommunikation“

Performance-oriented road surfaces „Top-down model with implemented KPI interface communication“

Dr.-Ing. M. Wieland, Barbara Jungen, M. Eng., Bergisch Gladbach

Neben den Herausforderungen der Digitalisierung und den sich daraus ergebenden Chancen im Verkehrssektor, rücken aktuell die Themengebiete Ressourcenknappheit, Klimawandel und Klimaschutz in den Vordergrund. Im Bereich des Straßenbaus sind insbesondere die Kriterien „Produkt- und Prozessqualität“ in Verbindung mit den LZP „Planung und Realisierung“ anzuführen, da in diesen beiden Phasen die Qualität bzw. die Nachhaltigkeit des Straßenoberbaus maßgeblich geprägt wird. In Bezug auf die Nachhaltigkeit kann der Straßenoberfläche faktisch eine Schlüsselrolle zugeschrieben werden. Für die ganzheitliche Bewertung der Qualität im Zusammenhang mit der Nachhaltigkeit von Straßenoberflächen wurde ein vorstellbares Bewertungsmodell entwickelt. Die Performances Griffigkeit, Ebenheit, Geräuschpegel und Rollwiderstand wurden in Anlehnung an das europäische Reifenlabel sowie aufgrund ihrer signifikanten Wirkung auf die fünf Aspekte der Nachhaltigkeit gewählt und daher nahezu gleich gewichtet. Im Bereich des Betonstraßenbaus kann dieses Modell beispielweise dazu dienen, eine ganzheitliche Bewertung von Grindingtexturen vornehmen zu können. So wird derzeit eine Vielzahl verschiedener Texturen der Generation „Texturgrinding“ (Typ S und Typ S+) auf Bundesautobahnen erprobt. Dabei wird primär das Ziel verfolgt, diese zeitnah als alternative Standardtexturen für den Betonstraßenbau einzuführen. Die nachfolgende Generation (Typ A und Typ A+) verfolgt u. a. die gezielte Texturierung für eine performanceorientierte Oberflächengestaltung. In einer nächsten Texturgeneration wäre somit die Herstellung von High Performance Road Surfaces  (HPRS) möglich. Das Label besitzt die Aufgabe, den Nutzer beim Kauf über die Kriterien Rollwiderstand, Nasshaftung und Geräuschemission im Zusammenhang mit einer höheren Fahrsicherheit, weniger Umweltverschmutzung und weniger Kraftstoffverbrauch hinreichend zu informieren.

Along with the challenges of digitalisation and the resulting opportunities in the transport sector, the topics of resource scarcity, climate change and climate protection are now coming to the fore. In the area of road construction, the criteria of “Product and Process Quality” in conjunction with the LCP “Planning and Realisation” are particularly worthy of mention because the quality and sustainability of the road superstructure is strongly influenced in these phases. With regard to sustainability, a key role can effectively be assigned to the road surface. To enable the integrated evaluation of quality in conjunction with the sustainability of road surfaces, a plausible evaluation model was developed. The performances of skid-resisting properties, evenness, noise level and rolling resistance were selected in line with the European tyre label and because of their significant effect on the five aspects of sustainability and are therefore virtually identically weighted. In the area of concrete road construction, this model can be used, for example, to perform an integrated evaluation of grinding textures. For instance, a large number of different textures of the “texture grinding” (Type S and Type S+) generation is currently being tested on federal highways. The primary goal in this regard is to introduce these textures promptly as alternative standard textures for concrete road construction. The subsequent generation (Type A and Type A+) is pursuing the selective texturing, among other things, for the creation of performance-oriented surface design. The production of High Performance Road Surfaces (HPRS) in a subsequent texture generation would therefore be possible. The purpose of the label is to provide users contemplating a purchase with sufficient information about the criteria of rolling resistance, wet-road holding and noise emissions in conjunction with greater driving safety, less environment pollution and lower fuel consumption.