Jahresabonnement hier bestellen

NaHiTAs – Über die Konzeption einer Asphaltfahrbahnoberfläche mit stickoxidreduzierenden Eigenschaften

NaHiTAs – About the conception of an asphalt pavement for reducing nitrogen oxides

Prof. Dr. rer. nat. D. Stephan; Dr.-Ing. nat. S. Weigel, Berlin

Im Rahmen des Projekts NaHiTAs – Nachhaltiger HighTech-Asphalt: Schadstoff- und lärmmindernd mit neuer Verarbeitung und Überwachung wurde eine multifunktionale Asphaltfahrbahnoberfläche mit stickoxid- und lärmmindernden Eigenschaften konzipiert. Die im Fokus dieses Beitrags stehende Stickoxidreduzierung wurde durch die Erarbeitung eines photokatalytischen Granulats erreicht, das in die heiße Deckschicht eingestreut wird. Dieses Granulat besteht aus einem Ultrahochleistungsbeton  (UHPC), der über das gesamte Volumen verteilt den Photokatalysator Titandioxid enthält. In Feldversuchen konnte gezeigt werden, dass mithilfe dieses Granulats ein signifikanter Stickoxidabbau möglich ist. Zudem wurde für das erarbeitete Granulat eine hohe Dauerhaftigkeit festgestellt, wobei die photokatalytischen Eigenschaften durch das verteilte Titandioxid auch infolge von Erosionen durch Witterungs- und Verkehrsbelastungen bestehen bleiben. Nach weiteren Untersuchungen sind zudem keine negativen Auswirkungen auf das Bindemittel Bitumen zu erwarten.

In the project “Sustainable HighTech asphalt: Reducing pollutants and noise with innovative processing and monitoring”, a multifunctional asphalt pavement being able to reduce nitrogen oxides and noise was developed whereby the focus of this article was the nitrogen oxide reduction. For this reduction, a photocatalytic granulate was created for gritting in the hot top layer. The base of this granulate is an ultrahigh performance concrete (UHPC) with the photocatalyst titanium dioxide through the complete volume. With this granulate, a significant reduction of nitrogen oxides can be achieved what was verified in field tests. Furthermore, the developed granulate shows high durability even with regard to the photocatalytic properties. Because of the distribution of the titanium dioxide through the complete volume, there is always titanium dioxide on the surface of the particles despite erosions due to weather conditions or traffic load. Besides, further investigations show that no harmful effects should be expected for the binder bitumen.

 

 

 

 

Zur Ermittlung der optimalen Zugabemenge eines Verjüngungsmittels im Rahmen des Asphaltrecyclings

Determination of Optimum Rejuvenator Content during Asphalt Recycling

Univ.-Prof. Dr. Dipl.-Ing. M. P. Wistuba; M. Sc. J. Büchner, Braunschweig
Dr.-Ing. I. Isailović, Köln

Der Beitrag thematisiert eine zentrale materialtechnologische Frage beim Recycling von Asphalt: Mit welchem Zugabemittel und in welcher Zugabemenge kann ein im Ausbauasphalt enthaltenes Bindemittel, das infolge Alterung spröde und rissanfällig geworden ist, wieder verjüngt werden, sodass ein ausreichend gutes  Gebrauchsverhalten der daraus neu hergestellten Asphaltstraße resultieren kann? Dazu werden jüngste Entwicklungen zur rheologischen Ansprache von Bindemitteleigenschaften vorgestellt, die am Institut für Straßenwesen der TU Braunschweig erarbeitet wurden.

As a consequence of aging, asphalt binders from reclaimed asphalt pavements (RAP) are brittle and more susceptible to cracking than virgin binders. During recycling of RAP different additives/rejuvenators are used together with different addition rates in order to restore original asphalt binder properties and to build asphalt pavements  with good performance and high durability. This article deals with a crucial material-technological question during asphalt recycling: Which rejuvenator and which addition rate should be used? For that purpose, recent developments on the rheological asphalt binder properties in the context of asphalt recycling are presented, which are part of the research at the Braunschweig Pavement Engineering Centre (ISBS) of TU Braunschweig.

 

 

KiST-Zonen für die RSO und RDO Asphalt

KiST zones for RSO and RDO asphalt

Prof. Dr.-Ing. S. Kayser, Magdeburg; Dr. G. Augter, Dreieich

Für die KiST-Zonen-Karte der RDO und RSO Asphalt (FGSV09, FGSV19) ist ein einfaches Verfahren zur Berechnung stündlicher Werte der Fahrbahnoberflächentemperatur entwickelt worden (KiST-Methode), das mit meteorologischen Beobachtungen der Lufttemperatur, der Globalstrahlung und der Luftfeuchte arbeitet. Die Berechnungsgleichungen wurden anhand der Messwerte von Glättemeldeanlagen ermittelt. Aus den Fahrbahnoberflächentemperaturen lassen sich Schadenssummen, Maßzahlen für die langjährige Belastung der Asphaltbefestigung durch Temperatur und Verkehr, ableiten. Diese Schadenssummen, berechnet für 380 Standorte und den Zeitraum 2001 bis 2015, sind auf Gitterpunkte im Abstand von 1 km in W-O- und in N-S-Richtung unter Berücksichtigung der Höhenabhängigkeit interpoliert worden. Sie bilden die Grundlage für die flächendeckende Ausweisung von KiST-Zonen in der Bundesrepublik. KiST-Zonen sind Zonen  mit ähnlichen Schadenssummen, die sich untereinander durch die Dicke der Asphaltschicht unterscheiden, die nötig ist, um dieselbe Schadenssumme zu erreichen. Daher ist die Einteilung der Bundesrepublik in KiST-Zonen so vorgenommen worden, dass zwischen den Zonen bei Anwendung der Kalibrierasphalte der RDO und RSO Asphalt jeweils eine Schichtdickendifferenz von mindestens ± 1 cm auftritt. Die KiST-Zonen-Karte zeigt, dass die Schadenssummen, bei gleicher Verkehrsbelastung, vor allem vom Temperaturklima bestimmt werden: An den Küsten und in höheren Lagen sind die Schadenssummen niedrig, am Niederrhein, im östlichen Teil Sachsen-Anhalts und in weiten Teilen von Brandenburg und Sachsen sowie in den Tallagen der südlichen Hälfte Deutschlands sind sie höher als im Mittel, und die höchsten Summen berechnen sich für den südlichen Rheingraben bis zum Rheingau und die angrenzenden Täler. Jeder KiST-Zone ist eine repräsentative Häufigkeitsverteilung der maßgebenden Temperaturzustände zugeordnet. Soll diese für eine Dimensionierungs- bzw. Substanzwertberechnung durch eine individuelle, den Berechnungsbedingungen besser angepasste, Häufigkeitsverteilung ersetzt werden, sind die Fahrbahnoberflächentemperaturen, die für diese Anpassung benötigt werden, nicht mit der KiST-Methode zu berechnen. Stattdessen ist ein physikalischempirisches Modell (EPM) anzuwenden, das die Fahrbahnoberflächentemperatur aus der Energiebilanz an der Fahrbahnoberfläche bestimmt. Die mittleren Fahrbahnoberflächentemperaturen und die Schadenssummen, die mit den beiden Methoden berechnet werden, korrelieren sehr gut, weisen aber einen systematischen Unterschied in der Größenordnung von 10 % auf. Die Einteilung Deutschlands in KiST-Zonen ist von diesem Bias nicht betroffen.

A simple model (“KiST-Method”) has been established to calculate hourly values of road surface temperatures by means of daily values of air temperature, global radiation and air humidity. The results are used to calculate probabilities of temperature-related damages in asphalt pavements. They are the basis of the new map of “KiST-Zones”: The probabilities of 380 sites in Germany, calculated for a period of 15 years, have been interpolated to an evenly spaced grid (distance: 1 km), considering orography, geographical location and distance from the coast. The results of the KiST-Method and a refined empirical-physical model for calculating temperatures at the surface and within the superstructure are highly correlated assuming a linear relationship. The choice of the model therefore, is not affecting the spatial distribution of temperature-related damages. KiST-Zones are having similar probabilities of temperature related damages within and differ from one another in respect to the thickness of the asphalt
layer needed to achieve the same probabil-ity of temperature-related damages all over Germany. The difference in thickness between zones is about 1 cm when using calibration asphalt. Their spatial distribution is mainly determined by the spatial distribution of mean air temperature within Germany: Temperature related damages are relatively low along the coastlines and at higher altitudes. Damages above average can be found in the northern part of the Rhine valley, in Brandenburg and Saxony as
well as the eastern part of Saxony-Anhalt and in the valleys of southern Germany. Extreme damages occur in the southern part of the Rhine valley up north to the Rheingau and the adjoining valleys.

Bewertung von Straßenbaumaßnahmen in Bezug auf die Wasserrahmenrichtlinie

The evaluation of road construction measures with regard to the Water Framework Directive

Dr. U. Kasting, Hannover

Die Europäische Union (EU) verfolgt mit der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) (2000/60/EG) aus dem Jahr 2000 ein ganzheitliches Schutz- und Nutzungskonzept für die europäischen Gewässer. Die Bundesländer erstellen Bewirtschaftungspläne, in denen Maßnahmen zur Verbesserung der Gewässerqualität festgelegt werden. Ziel ist die Erhaltung (Verschlechterungsverbot) und Herstellung (Verbesserungsgebot) des guten Zustands natürlicher Fließgewässer. Das Urteil des EuGH vom 1.7.2015 hat klargestellt, dass jede Verschlechterung des Zustands eines Wasserkörpers zu vermeiden ist. Dabei ist die Genehmigung eines Vorhabens zu versagen, wenn es geeignet ist, den Zustand eines Wasserkörpers zu verschlechtern (Verschlechterungsverbot) oder die Erreichung eines guten Zustands der Oberflächenwasserkörper zu gefährden (Verbesserungsgebot). Seit einiger Zeit werden daher bei größeren Straßenbauvorhaben sogenannte Fachbeiträge Wasserrahmenrichtlinie erstellt. Diese sollen als  Prüfberichte dokumentieren und belegen, dass das Vorhaben in seiner geplanten Form, einschließlich der getroffenen Vorkehrungen zur Vermeidung von  Verschlechterungen, mit den Vorgaben der WRRL in Übereinstimmung steht. Einleitungen von Straßenabflüssen in Oberflächengewässer haben Auswirkungen auf die Konzentration von unterschiedlichen Stoffen im Gewässer. Die Planung der Straßenentwässerung erfolgt nach RAS-Ew (zukünftig REwS). Ob aufgrund der Belange der Wasserrahmenrichtlinie zusätzliche, immissionsbezogene Maßnahmen erforderlich sind, kann mit einem stofflichen Nachweis überprüft werden.

With the Water Framework Directive (WFD) (2000/60/EG) from the year 2000, the European Union (EU) has been taking an holistic approach to the protection and use of European water bodies. In Germany, the federal states draw up management plans that specify the measures that must be taken to improve water quality. The objective is to maintain (prohibition of deterioration) and ensure (requirement for improvement) the good status of natural watercourses. In its ruling of 1 July 2015, the European
Court of Justice clarified that all deterioration in the status of a body of water must be avoided. In this context, the approval of a project must be rejected if that project has the potential to cause the deterioration of the status of a body of water (prohibition of deterioration) or to pose a threat to the achievement of a good status of the surface water (requirement for improvement). This is why for some time now, 'WFD expert reports' have been drafted for larger road construction projects. The purpose of these reports is to document and prove that the project in its planned form, including any precautions to avoid deterioration, is in line with the specifications of the Water Framework Directive. Conducting road run-off into surface water has an impact on the concentration of different substances in the water. Highway drainage is planned in accordance with the German Guidelines for the Design of Highways: Drainage (RAS-Ew (soon to be REwS)). Evidence can be used to determine whether additional immission-related measures are necessary on the basis of the requirements of the Water Framework Directive.

Ressourceneffizienz im Erdbau

Ressource Efficiency in Earthworks

Dr.-Ing. D. Heyer; M. Sc. S. Huber, München

In Anbetracht einer zukünftig weiter anwachsenden, nach Wohlstand strebenden Weltbevölkerung bei gleichzeitig schwindenden endlichen Ressourcen sind in den letzten Jahren die Diskussionen über ein nachhaltiges Wirtschaften und die Schonung wertvoller und begrenzter Ressourcen vermehrt in den Fokus der Öffentlichkeit getreten und inzwischen aufgrund ihrer berechtigten Dringlichkeit allgegenwärtig. Die Notwendigkeit, verantwortungsvoll mit den uns zur Verfügung stehenden Rohstoffen zu wirtschaften, wurde mittlerweile von den Vertretern nahezu aller Wirtschaftsbereiche erkannt. Dies gilt insbesondere auch für die Bauwirtschaft als einem der mitunter ressourcenintensivsten Wirtschaftszweige unserer Volkswirtschaft. Zeitgleich stellt die Bauwirtschaft den Wirtschaftssektor dar, in dem mit den mineralischen Restmassen der größte Abfallstrom anfällt. Die anfallenden mineralischen Restmassen möglichst hochwertig wiederzuverwerten, stellt eine der größten Aufgaben der Bauwirtschaft in der heutigen Zeit dar. Insbesondere im Erdbau, in dem kontinuierlich vergleichsweise große Massen an Baustoffen benötigt werden, bieten sich viele Möglichkeiten zur Wiederverwertung mineralischer Restmassen. Durch die erdbautechnische (Wieder-)Verwendung von lokal anstehenden Böden, Recycling-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten unter dem Leitmotiv der „Ressourceneffizienz“ kann ein großer Beitrag zu einer nachhaltigen Materialverwendung geleistet werden.

Discussions surrounding the sustainable and efficient use of our finite resources have come to the forefront of public attention in recent years, from the perspective of a world population that continues to grow and strive for prosperity. Representatives of almost all economic sectors have recognized the need to handle our resources responsibly, particularly in the construction industry. The construction industry is not only one of the most resource-intensive economic sectors in our economy, but also one of the largest producers of waste in the form of !arge quantities of mineral residuals. Nowadays, one of the greatest eh allenges facing the construction industry is the reuse of the mineral residuals as high-quality building materials. There are many possibilities to (re)use such residual materials, particularly in the field of earthworks, where comparatively large quantities of building materials are continuously required (in the form of gravel or sand) and where enormous amounts of excavated soil are often generated as waste. The (re)use of locally available soils, recycled building materials and industrial by-products as secondary building materials in earthworks under the aspect of “resource efficiency” has the potential to make a major contribution to the sustainable use of materials.The basic prerequisite for the use of secondary building materials in earthworks is that they meet both the constructional and environmental requirements. For this purpose, it is necessary to link and harmonize the civil engineering and environmental regulations. In addition to some generally accepted principles, such as the early development of soil utilization concepts, in view of the great range of potential building materials for earthworks and their respective constructional properties, it is also necessary to consider the characteristics of the individual materials in order to develop material-specific utilization strategies.This article first gives an overview of the current situation in dealing with mineral residuals in Germany and explains the framework for the conditions of their reuse as secondary building materials in earthworks. Subsequently, scenarios for their general application in earthworks are explained. Finally, concrete strategies, restrictions and possibilities for the application of various mineral residuals as secondary building materials are illustrated using examples from recently completed research projects.