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Asphaltrecycling beim Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen

Asphalt recycling at the North Rhine-Westphalia State Roadworks Office [Landesbetrieb Straßenbau]

C. Drescher, Gelsenkirchen; C. Oczipka, Netphen; M. Schleiter, Münster; S. Scholz, Netphen

Dem Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen obliegt die operative Aufgabenwahrnehmung der Straßenbauverwaltung im bevölkerungsreichsten Bundesland Nordrhein-Westfalen. Durch eigene bauvertragliche Vorgaben hat die Straßenbauverwaltung in Nordrhein-Westfalen die Wiederverwendung  von Ausbauasphalt in Asphalttragschichten bereits in den frühen 1980er-Jahren ermöglicht. Heute bildet das einschlägige Technische Regelwerk die Grundlage für die Wiederverwendung von Asphaltgranulat beim Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen. Auch andere Bauweisen und -verfahren des Asphaltrecyclings wurden in der Vergangenheit wiederholt praktiziert. Aus den angewandten Verfahren konnten jedoch keine allgemeingültigen Standards für den Landesbetrieb Straßenbau Nordrhein-Westfalen abgeleitet werden. Nichtsdestotrotz sollte die Entwicklung und Optimierung innovativer Verwertungs- und Anwendungsverfahren weiterhin Ziel aller am Straßenbau Beteiligten sein. Nur durch die Bereitschaft zur Annahme neuer Entwicklungsprozesse und -strukturen können qualitätsgesicherte, rechtliche sowie auch in der Praxis realisierbare Vorgaben geschaffen werden, um den gemeinschaftlich ökologischen Gedanken kontinuierlich voranzutreiben.

The State Roadworks Office of North Rhine-Westphalia is responsible for performing the operational duties of the road administration in North Rhine-Westphalia, the most densely populated federal state. Through its own construction contract specifications, the road administration in North Rhine-Westphalia made the reuse of reclaimed asphalt in asphalt base layers possible as early as the early 1980s. Today, the relevant technical rules and regulations form the basis for the reuse of asphalt granulate at the North Rhine-Westphalia State Roadworks Office. Other construction methods and processes of asphalt recycling were also repeatedly practised in the past. However, it was not possible to derive any generally applicable standards for the North Rhine-Westphalia State Roadworks Office from the methods used. Nevertheless, the development and optimization of innovative recycling and application processes should continue to be the goal of all those involved in road construction. Only through the willingness to adopt new development processes and structures can quality-assured, legally and practically feasible specifications be created in order to continuously advance the communally ecological idea.

Erfahrungen in der Asphaltstraßenerhaltung in Schleswig-Holstein

Experience in asphalt road maintenance in Schleswig-Holstein

Dipl.-Ing. T. Conradt, Kiel

Ein gut ausgebautes, leistungsfähiges und verkehrssicheres Straßennetz ist Grundlage für die Mobilität von Menschen und Grundvoraussetzung für wettbewerbsfähige Standortbedingungen für Industrie und Handel. Insbesondere der hohe Grad an Arbeitsteilung und die damit verbundenen erforderlichen Austauschbeziehungen erfordern ein leistungsfähiges Straßennetz. Auf Basis regelmäßiger Zustandserfassungen und Bewertungen ist festzustellen, dass die Substanz der Infrastruktur zurückliegend schlechter geworden ist. Um den heutigen wie auch künftigen Anforderungen gerecht zu werden, sind in Schleswig-Holstein jährlich 90 Mio. € insbesondere für die Erhaltung erforderlich. Zur Qualitätssicherung hat der LBV.SH eine Auswertung zahlreicher Kontrollprüfungen von Asphaltbohrkernen und Asphaltmischgütern vorgenommen. Die Anzahl der nicht vertragsgerechten Asphaltkontrollprüfungen hat sich sowohl bei den Bohrkernprüfungen als auch bei den Asphaltmischgutprüfungen von 2016 auf 2017 verschlechtert. Auch in der erneuten Auswertung der Ergebnisse der Jahre 2019 und 2020 zeigt sich zwar bei den Ergebnissen der Tragfähigkeitsprüfungen eine positive Entwicklung, bedauerlicherweise bleiben insbesondere bei den Verdichtungsprüfungen und etwas abgeschwächt bei den Korngrößenverteilungen weiterhin ansteigende Anteile nicht vertragsgerechter Leistungen zu verzeichnen. Zusätzlich wird bei der Straßenerhaltung zukünftig intensiver das Thema „Recycling“ berücksichtigt werden müssen. um die Vor- und Nachteile des Einsatzes von RC-Baustoffen besser bewerten zu können, soll in 2022 eine Pilot-Maßnahme dazu durchgeführt werden. Aus Sicht des LBV.SH können diese Ziele einer nachhaltigen Straßenerhaltung jedoch nur erreicht werden, wenn die Umsetzung der Straßenerhaltungsprojekte in einer partnerschaftlichen Zusammenarbeit erfolgt. Nur dann wird der Straßenbau-Zunft in Zukunft die entsprechende Wertschätzung der Straßennutzer und Straßenanlieger entgegengebracht werden.

A well-developed, efficient and roadworthy road network is the basis for the mobility of people and a basic prerequisite for competitive location conditions for industry and trade. In particular, the high degree of division of labour and the associated necessary exchange relationships require an efficient road network. On the basis of regular condition assessments and assessments, it can be seen that the substance of the infrastructure has deteriorated in the years. In order to meet current and future requirements, € 90 million per year is required in Schleswig-Holstein, especially for conservation. For quality assurance, the LBV. SH carried out an evaluation of numerous control tests of asphalt cores and asphalt mixes. The number of non-contractual asphalt control tests deteriorated from 2016 to 2017 for both drill core tests and asphalt mix tests. The renewed evaluation of the results of the years 2019 and 2020 also shows a positive development in the results of the load-bearing capacity tests, unfortunately, in particular in the compaction tests and somewhat weakened in the grain size distributions, there will continue to be an increase in the proportion of non-contractual services. In addition, the topic of "recycling" will have to be taken into account more intensively in the future when maintaining roads. In order to better evaluate the advantages and disadvantages of the use of RC building materials, a pilot measure is to be carried out in 2022.
From the point of view of the LBV.SH however, these goals of sustainable road maintenance can only be achieved, if the road maintenance projects are implemented in a cooperative partnership. Only then will the road construction guild be given the appropriate appreciation of road users and road residents in the future.

Prüfung von Rejuvenatoren mit dem Dynamischen Scherrheometer

Evaluation of Rejuvenators based on Dynamic Shear Rheometer tests

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. M. P. Wistuba; Dr.-Ing. J. Büchner, Braunschweig

Im Rahmen der Wiederverwendung von Asphalt ist es notwendig, das im Ausbauasphalt enthaltene, gealterte Bitumen durch Maßnahmen der Verjüngung wieder in den Zustand eines lieferfrischen Bindemittels zu versetzen. Rejuvenatoren sind geeignete Stoffe zur Verjüngung von Bitumen. Die Produktpalette an Rejuvenatoren ist riesig, doch es mangelt an einer einheitlichen Klassifizierung und der heutige Stand des Wissens zu Rejuvenatoren ist nicht in gesammelter Form zugänglich. Im Zusammenhang mit der rheologischen Beurteilung von Rejuvenatoren wird oft das Dynamische Scherrheometer (DSR) genannt. In der Literatur werden unterschiedliche Prüfverfahren am DSR vorgeschlagen, etwa zur Überprüfung der Wirksamkeit und zur Ermittlung der optimalen Zugabemenge. Für diesen Fachbeitrag wurden jene Publikationen, Forschungsprojekte, Hinweispapiere usw. ausgewertet, die in den letzten Jahren zum Thema Rejuvenatoren erschienen sind, mit dem Ziel, zuverlässige Anwendungen des DSR zur Prüfung von Rejuvenatoren zu identifizieren.

As part of the recycling process of road asphalt materials, it is necessary to restore the aged bitumen contained in the re-claimed asphalt to the condition of a binding agent that is freshly delivered. This restoration is achieved through the use of suitable materials called rejuvenators. The product range of rejuvenators is huge, but there is a lack of uniform classification and the current state of knowledge about rejuvenators is not easily accessible. The Dynamic Shear Rheometer (DSR) is often mentioned in connection with the rheological evaluation of rejuvenators. In literature, different DSR test methods are suggested, for example to check the effectiveness of a rejuvenator and to determine its optimal amount to be added. For this article, those publications, research projects, information papers etc. that have appeared on the subject of rejuvenators in recent years were evaluated with the aim of identifying reliable applications of the DSR for evaluating rejuvenators.

Wiederverwendung von Ausbauasphalt – aus der Sicht eines Asphaltherstellers

The reuse of reclaimed asphalt – from the point of view of an asphalt producer

Dr.-Ing. A. Bartholomäus; Dipl.-Ing. F. Stephan; Bremen

Die Wiederverwendung von Ausbauasphalt gehört für den Asphalthersteller zum Tagesgeschäft. Sie wird in Deutschland seit über 40 Jahren betrieben. Mittlerweile sind durchschnittliche Zugabemengen von bis zu 30 % – über die gesamte Produktionspalette gesehen – keine Seltenheit mehr, sodass alle in diesem Zusammenhang dargestellten Betrachtungen einen erheblichen Anteil der Zuschlagstoffe des Asphaltmischguts betreffen. Der sachgerechte Einsatz des Ausbauasphalts bei uneingeschränkter Qualität des herzustellenden Endprodukts bringt daher eine Fülle von Aufgaben mit sich. Dabei müssen die Technischen Regelwerke und die technischen Voraussetzungen am jeweiligen Asphaltmischwerk berücksichtigt werden. Für die umweltverträgliche Wiederverwendung von Ausbauasphalt ist der Umgang von Ausbaustoffen mit teer-/pechtypischen Bestandteilen von entscheidender Bedeutung. Es müssen dazu wirksame Kontrollmechanismen eingeführt werden, um hochwertigen Ausbau-asphalt von Ausbaustoffen mit teer-/pechtypischen Bestandteilen zu trennen. Für die Wiederverwendung auf höchstem Niveau ist ein Qualitätsmanagementsystem (Asphaltgranulatmanagement) erforderlich, das über die Anforderungen des Technischen Regelwerks hinausgeht. Die Förderung von Innovationen und die Weiterentwicklung des Regelwerks sind Bausteine, um den Herausforderungen der Zukunft gerecht zu werden. Dabei wird die Schonung der immer knapper werdenden Ressourcen, die Reduzierung von CO2-Emissionen und die Einhaltung der schon jetzt geltenden, gesetzlichen Bestimmungen (z. B. Kreislaufwirtschaftsgesetz) eine zunehmende Bedeutung erhalten.

The reuse of reclaimed asphalt is part of the daily business of asphalt producers. It has been in operation in Germany for more than 40 years. Meanwhile, average added quantities of up to 30 % – seen throughout production range – are no longer uncommon, so all the considerations presented in this context relate to a significant part of the aggregate asphalt mix. Proper use of the reclaimed asphalt with unlimited quality of the final produced mixture therefore involves a multitude of tasks. The technical specifications of the authority and the technical requirements in the appropriate asphalt mixing plant must be taken into account. For the environmentally sound reuse of reclaimed asphalt, the handling of building materials with typical tar/resin components is crucial. To this end, effective control mechanisms must be put in place to separate high-quality reclaimed asphalt from the building material with components typical of tar/resin. Recycling at the highest level requires a quality management system (asphalt granulate management) that exceeds the requirements of the technical specifications. The promotion of innovation and further development of the technical specifications are the basics for facing the challenges of the future. Preservation of increasingly scarce resources, reduction of CO₂ emissions and compliance with present legal requirements (e. g. the “Kreislaufwirtschaftsgesetz“) will become increasingly important.

Ökobilanz der Herstellung von Asphaltbelägen

Concrete Maintenance in the field – Innovative or standard according to regulations?

Dr.-Ing. M. Hülsbömer, M. Sc.; Prof. Dr.-Ing. H.-H. Weßelborg, Münster; S. Mörchen; Dr.-Ing. D. Gogolin, Dortmund

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 Ostschweizer Fachhochschule OST Standort 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 Eastern Switzerland 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. 

Ökobilanzierung von Kaltmischfundationen

Life cycle assessment of the production of asphalt pavements

A. Schnorbus; F. Scholz; R. Gerhard; M. Petersen, Hamburg

Weil sich Asphaltgranulat auf allen Werkhöfen der Mischgutwerke und auf den Werkplätzen der Baustofflieferanten türmt, stellt sich die Frage des Einsatzes des Altasphalts in Kaltmischfundationen AFK. Im Vergleich zu neuem Asphalt benötigt die Produktion von Kaltmischfundationen AFK im Belagswerk eine geringere Temperatur. Das reduziert sowohl den Energieaufwand als auch die Emissionen. Zudem wird durch den Einsatz von Asphaltgranulaten der Verbrauch primärer Ressourcen wie Splitt und Brechsand vermindert. Materialkreisläufe können geschlossen und wertvoller Deponieraum geschont werden. Die perfekte Lösung? So einfach ist es nicht, denn AFK hat auch Nachteile: Im Vergleich zu herkömmlichem sogenanntem Asphaltbeton AC T benötigt AFK eine höhere Zugabe an Bitumen und zusätzlich Zement, um die technischen Anforderungen im Strassenbau zu erfüllen. Zudem wird aufgrund der Zusammensetzung des AFK eine höhere Verdichtung nötig. Das führt bei offenen Böschungen (ohne seitliche Verschalung) zur Verbreiterung des Weg- oder Strassenprofils sowie zu einer höheren Einbaudicke und damit wiederum zu einem erhöhten Materialeinsatz. In einer Ökobilanzstudie kommen Experten der OST Ostschweizer Fachhochschule zum Schluss, dass der Einsatz von Kaltmischfundationen AFK keine ökologischen Vorteile bringt. Hohe Zugaberaten von Recyclinggranulat vermindern zwar die Umweltwirkungen der Fundationsschicht, aber dieser Vorteil wird durch eine erhöhte Einbauschichtdicke und Breite überkompensiert.

In Switzerland, asphalt granulate is piling up in yards of asphalt mixing plants and building material suppliers. New ways to reuse this secondary material in road constructions are explored such as its reuse in cold-mix foundations AFK (engl. CMB pavements). It has many advantages such as a lower temperature in the pavement plant compared to new asphalt reducing both energy consumption and emissions. In addition, it reduces the consumption of primary resources such as chippings and crushed sand. Material cycles can be closed and valuable landfill space conserved. The perfect solution? It is not that simple, because AFK also has disadvantages: Compared to conventional so-called asphalt concrete AC T, AFK requires a higher addition of bitumen and additional cement to meet the technical requirements in road construction. In addition, higher compaction is necessary due to the composition of AFK. This leads with open slopes (without side casing) to a widening of the path or road profile as well as to a higher paving thickness and thus again to an increased material input. In a life-cycle assessment study, experts from the OST Ostschweizer Fachhochschule (University of Applied Sciences of Eastern Switzerland) came to the conclusion that the use of cold-mix foundations has no ecological advantages. High addition rates of recycled granulate do reduce the environmental impact of the foundation layer, but this advantage is overcompensated by an increased layer thickness and width.

Kaltrecycling zur Herstellung von bitumen- stabilisierten Tragschichten in Dänemark

Cold Recycling for the Production of Bitumen-Stabilized Base Layers in Denmark

O. Grann Andersson, DK-Taastrup

In umfassenden Laboranalysen hat die Abteilung für Bauwesen und Bauingenieurwesen am dänischen Technologischen Institut (Teknologisk Institut) in den Jahren 2019 und 2020 im Auftrag der dänischen Straßenverkehrsbehörde verschiedene Kaltrecycling-Projekte begleitet. Die Untersuchung konzentrierte sich auf zwei Methoden der Herstellung von Straßenaufbauten mit bitumenstabilisierten Tragschichten (BSM = Bitumenstabilisiertes Material): die Aufbereitung des Materials mit einer Kaltmischanlage (KMA) und die Aufbereitung in situ mit speziellen Fräs- und Mischmaschinen (Kaltrecycler). Ziel war die Prüfung und Dokumentation der Eignung des Sanierungskonzepts mit BSM für die in Dänemark vorherrschenden Bedingungen. Es sollten Erfahrungen gesammelt werden, um das nationale Regelwerk mit Vorschriften für die Aufbereitung mit BSM zu ergänzen. Auf dieser Grundlage sollten die Baustoffe, die als Wert in den Straßen der Kommunen gebunden sind, den Gemeinden und Straßeneigentümern im Land angeboten bzw. von ihnen recycelt werden. Es wurde eine Vielzahl von Labormischungen von BSM-Varianten untersucht und acht Sanierungsprojekte als Prüfabschnitte in Dänemark begleitet. Die Bandbreite reichte von Stadtstraßen bis zu einer Autobahn in Jütland. Zusammenfassend war festzustellen, dass  die erprobten Sanierungskonzepte sinnvolle Varianten zum Recycling von Asphalt darstellen. Die beiden unterschiedlichen Herstellungsverfahren – die Aufbereitung des Materials in einer Kaltmischanlage und die Aufbereitung in situ – ergänzen einander und sind eine gute Anwendungsmöglichkeit für BSM in Dänemark.

In comprehensive laboratory analyses, the Building and Construction division of the Danish Technological Institute monitored a number of different cold recycling projects in 2019 and 2020 on behalf of the Danish Road Traffic Authority. The research focused on two methods of producing road structures with base layers made of BSM (bitumen-stabilized material): preparation of the material with a cold mixing plant and preparation on site with special milling and mixing machines (cold recyclers). The objective was to test and to document the suitability of the rehabilitation method with BSM for the conditions prevailing in Denmark. The ultimate goal was to gain experience in order to supplement the national regulatory framework with regulations governing rehabilitation with BSM. On this basis, the construction materials that are bound as assets in the municipalities’ roads should be offered to or, more precisely, recycled by the country’s municipalities and road owners. During its research, the Institute analyzed a large number of laboratory mixtures of BSM varieties and monitored eight rehabilitation projects as test sections in Denmark. Projects ranged from urban roads to a freeway in Jutland. In summary, the Institute concluded that the tested rehabilitation methods represent sensible options for recycling asphalt. The two different production processes – preparing the material in a cold mixing plant and preparing it in situ – complement each other and are both viable applications for BSM in Denmark.