Entwurf und Bau von Straßen - Teil: Straßenbautechnik - 1 Güteüberwachung, Konformitätsnachweis und Qualitätssicherung im Straßenbau 1-1

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Güteüberwachung, Konformitätsnachweis und Qualitätssicherung im Straßenbau Systeme, Grundlagen und Definitionen Güteüberwachung von Straßenbaustoffen Prinzip Eignungsnachweis Güteüberwachung Maßnahmen bei Mängeln Beispiele aus dem Regelwerk Konformitätsnachweis bei Straßenbaustoffen Prinzip Konformität von Gesteinskörnungen nach den TL Gestein-StB Freiwillige Fremdüberwachung anstelle Baustoffeingangskontrolle Qualitätssicherung bei der Herstellung von Straßen und am fertigen Bauwerk Prinzip Eignungsnachweis Erweiterte Prüfungen Eigenüberwachungsprüfungen Kontrollprüfungen Verständnisfragen Natürliche Gesteine Definitionen aus der Geologie 2-1

2 2.2 Technisches Regelwerk für Gesteine Begriffsbestimmungen und Definitionen der Technischen Lieferbedingungen Begriffsbestimmungen aus den TL Gestein-StB Begriffsbestimmungen für Baustoffgemische und Böden nach TL SoB-StB Bautechnische Anforderungen an die Gesteinskörnungen gemäß TL Gestein-StB Rohdichte Schüttdichte Korngruppe / Lieferkörnung Korngrößenverteilung Gehalt an Feinanteilen Qualität der Feinanteile Widerstand gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen Widerstand gegen Frost Widerstand gegen Polieren von groben Gesteinskörnungen Affinität zwischen groben Gesteinskörnungen und Bitumen Widerstand gegen Hitzebeanspruchung Kornform von groben Gesteinskörnungen Anteil gebrochener Oberflächen in groben Gesteinskörnungen Fließkoeffizient von Gesteinskörnungen 0/2 mm Sonnenbrand" von Basalt Gehalt an groben organischen Verunreinigungen 2-16

3 2.5 Verständnisfragen Alternative Baustoffe - Recycling-Baustoffe und industrielle Nebenprodukte Definitionen Motivation und gesetzliche Grundlagen Technische Regelwerke Regelwerke für den qualifizierten Straßenbau Regelwerke für andere Bereiche des Verkehrswegebaus Verwertung von Recycling-Baustoffen (Straßenaufbruch und Bauschutt) Anforderungen bei der umweltverträglichen Verwertung von Ausbaustoffen mit teer- / pechtypischen Bestandteilen sowie Ausbauasphalt Anforderungen bei der umweltverträglichen Verwertung von RC- Baustoffen Anforderungen und Einsatzbereiche entsprechend LAGA Ausgangsmaterialien im qualifizierten Straßenbau entsprechend M RC Ausgangsmaterialien entsprechend LAGA Aufbereitungstechnik für Straßenaufbruch und Bauschutt Verwertung industrieller Nebenprodukte Vorkommen Herstellung und Aufbereitung Verständnisfragen Bindemittel im Straßenbau Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel Begriffe und Definitionen 4-1

4 4.1.2 Entstehung, Herstellung und Produktkette Straßenbaubitumen Eigenschaften und Anforderungen Modifiziertes Bitumen Eigenschaften und Anforderungen Von Bitumen abgeleitete Produkte Physikalische und rheologische Beschreibung von Bitumen Prüfverfahren für bitumenhaltige Bindemittel Pech- oder teerhaltige Bindemittel Hydraulische Bindemittel Verständnisfragen Asphaltbauweise Allgemeine Grundlagen Asphaltmischgut Unterschiede und Merkmale Eignungsnachweis Asphalteigenschaften Formänderungsverhalten und Verformungswiderstand Risssicherheit in der Kälte, Kälteflexibilität Ermüdung Verdichtbarkeit Dichtigkeit, Wasserdurchlässigkeit Verschleißfestigkeit Griffigkeit Helligkeit 5-21

5 5.3.9 Einflüsse auf die Mischguteigenschaften Herstellung von Asphaltstraßen Mischgutherstellung und Transport Vorarbeiten Einbau Verdichtung des Walzasphalt-Mischguts Verständnisfragen Betonbauweisen Historische Entwicklung des Betonstraßenbaus Gebrauchseigenschaften von Betonstraßen Wirtschaftlichkeit Wiederverwendbarkeit Regelwerke für den Bau Baustoffe und Betonzusammensetzung Betonausgangsstoffe Betonzusammensetzung Konstruktive Ausbildung von Betonstraßen Die Betondecke Dicke der Betondecke Ausbildung von Fugen Dübel und Anker Bewehrung Sonderbauweisen 6-19

6 6.9 Anforderungen an die Unterlage unter Betondecken Herstellung von Betonfahrbahnen Allgemeines Betonherstellung Betontransport Betoneinbau Fugenherstellung Beton mit Fließmittel Verständnisfragen Pflasterbauweisen Historie Regelwerk Anwendung Baugrundsätze Herstellen der Decke Sonderbauweisen Verständnisfragen Entwässerung von Fahrbahnbefestigungen (erläutert am Beispiel Straße) Erhebungen zum Wasseraufkommen Planungsgrundsätze Linienführung und Gradiente im Straßenentwurf Entwässerungsmaßnahmen Entwässerungseinrichtungen 8-6

7 8.3 Bemessungsgrundlagen Größe der Abflüsse von Straßen Bemessung von Entwässerungseinrichtungen Oberflächenentwässerung Oberirdische Anlagen zur Wasserableitung Straßenmulde Straßengraben Rinnen Unterirdische Anlagen zur Wasserableitung Rohrleitungen Schächte Sickeranlagen Behandlung und Rückhaltung des Straßenoberflächenwassers Maßnahmen in Wasserschutzgebieten Verständnisfragen Literaturverzeichnis Fachbücher Schriftenreihen und Nachschlagewerke Zeitschriften Gesetze und Verordnungen DIN-Normen, EN-Normen und Regelwerke Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen Technische Prüfvorschriften TP 9-7

8 9.8 Technische Lieferbedingungen TL Richtlinien Merkblätter 9-9

9 1 Güteüberwachung, Konformitätsnachweis und Qualitätssicherung im Straßenbau 1.1 Systeme, Grundlagen und Definitionen Im Allgemeinen wird bei Straßenbaumaßnahmen im Bauvertrag als Grundlage die VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil A: Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen : [27] und VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil B: Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen [28] vereinbart. Dann gilt neben den Teilen A und B auch der Teil C, die VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV). Hierunter fällt z.b. die DIN 18317: Verkehrswegebauarbeiten Oberbauschichten aus Asphalt [29]. Unter Abschnitt 2.2 Prüfungen dieser DIN werden u.a. Eignungs-, Eigenüberwachungs- und Kontrollprüfungen vorgeschrieben, die in den nachrangigen Regelwerken Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) konkretisiert werden. Hierunter fallen z.b. im Bereich des Asphaltstraßenbaus die ZTV Asphalt-StB [76] und die ZTV Beton-StB 07 [77]. Diese ZTVen wiederum enthalten Bestimmungen untergeordneter Regelwerke wie Technische Lieferbedingungen (TL), Technische Prüfbedingungen (TP), Richtlinien, Merkblätter, Hinweise und Empfehlungen. Die Zusammenhänge hierzu verdeutlicht Abbildung 1.1. VOB Teile A und B Allgemeine Bestimmungen für die Vergabe von Bauleistungen Allgemeine Vertragsbedingungen für die Ausführung von Bauleistungen VOB Teil C Allgemeine Technische Vertragsbedingungen (ATV), z.b. DIN Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) ZTV Asphalt-StB, ZTV Beton-StB, ZTV BEA-StB usw. Regional erforderliche Ergänzungen der Länder zu den ZTVen Technische Lieferbedingungen (TL) Technische Prüfvorschriften (TP) Richtlinien, Merkblätter, Hinweise, Empfehlungen, Arbeistpapiere Abbildung 1.1 Technische Regelwerke im Bauvertrag - SB 1-1 -

10 Auf diesen Regelwerken basiert das System der Qualitätssicherung im Straßenbau und der Güteüberwachung von Baustoffen und Baustoffgemischen wie es in den folgenden Kapiteln beschrieben ist. Vorab sind zum Verständnis einige Definitionen notwendig. Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) Sie enthalten Anforderungen für den Bau von Schichten, Decken, Belägen von Straßen und Wegen sowie anderen Verkehrsflächen. Die ZTVen sind darauf abgestellt, dass die VOB Teil C mit ihren einschlägigen Normen Bestandteil des Bauvertrages mit den zugehörigen Technischen Lieferbedingungen ist. Beispiele: ZTV Asphalt-StB: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt [76] Zugehörige ATV: DIN 18299: VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art [30] DIN 18317: VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Verkehrswegebauarbeiten Oberbauschichten aus Asphalt [29] ZTV Beton-StB: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln und Fahrbahndecken aus Beton [77] Zugehörige ATV: DIN 18299: VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art [30] DIN VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Verkehrswegebauarbeiten Oberbauschichten mit hydraulischen Bindemitteln [31] ZTV SoB-StB: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau [78] - SB 1-2 -

11 Zugehörige ATV: DIN 18299: VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art [30] DIN 18315: VOB Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) Verkehrswegebauarbeiten Oberbauschichten ohne Bindemittel [32] Technische Lieferbedingungen (TL) Sie enthalten Anforderungen an Baustoffe oder Baustoffgemische, die zur Herstellung von Oberbauschichten im Straßen- und Wegebau sowie anderen Verkehrsflächen verwendet werden. Beispiele: TL SoB-StB: TL Gestein-StB: TL Asphalt-StB: Technische Lieferbedingungen für Baustoffgemische und Böden zur Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau [88] Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau [89] Technische Lieferbedingungen für Asphaltmischgut für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen [90] Technische Lieferbedingungen; Teil: Güteüberwachung (TL G) Sie behandeln die Qualität der in Schichten einzusetzenden Baustoffe und Baustoffgemische im Zusammenhang mit der zugehörigen TL. Die TL G legen den Eignungsnachweis und die Güteüberwachung fest. Beispiele: TL G SoB-StB: Technische Lieferbedingungen für Baustoffgemische und Böden zur Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau, Teil: Güteüberwachung [91] Das System der Güteüberwachung ist seit Mitte 2004 nicht mehr für Gesteinskörnungen und seit Anfang Januar 2009 nicht mehr für Asphalt gültig. Es wurde durch den Konformitätsnachweis nach den europäischen Produktnormen ersetzt. - SB 1-3 -

12 Im Ausland kennt man nicht in dem Maße wie bei uns die Fremdüberwachung mit einer Probenahme beim Hersteller ohne vorherige Ankündigung. Außerdem wird die Neutralität des Fremdüberwachers kritisch gesehen. Zwar sieht die DIN [33] vor, dass der Fremdüberwacher vom Hersteller rechtlich, wirtschaftlich und personell unabhängig sein muss, aber das überwachte Unternehmen muss die Prüfkosten tragen. Tatsächlich unabhängig wäre die Fremdüberwachung eigentlich nur dann, wenn die Prüfkosten z.b. über die Baukosten ausgeglichen würden. Im System mit Konformitätsnachweis ist deutlich der Einfluss der DIN EN ISO 9000 ff. zu erkennen. Das Schlagwort Factory Production Control (Werkseigene Produktionskontrolle) bezieht sich aber nur auf Herstellung, Lagerung sowie Versand und nicht auf eine physikalische Prüfung durch einen Dritten. Die Deutschen verzichten aber auch in diesem Fall nicht auf Prüfungen durch einen Fremdüberwacher zur Qualitätssicherung, wie das Kapitel Freiwillige Fremdüberwachung zeigt. Die genannten Systeme zur Güteüberwachung und die notwendigen Erläuterungen hierzu sind in den nachfolgenden Kapiteln beschrieben. 1.2 Güteüberwachung von Straßenbaustoffen Prinzip Die Güteüberwachung von Straßenbaustoffen erfolgt nach Technischen Lieferbedingungen, Teil: Güteüberwachung (TL G). Diese TL G legen den Eignungsnachweis sowie die Güteüberwachung fest und beschreiben die Fremdüberwachung, d.h. Probenahme und Produktprüfung durch anerkannte Prüfstellen und die Eigenüberwachung durch Bezug auf die werkseigene Produktionskontrolle (WPK) des Herstellers. Die Güteanforderungen ergeben sich aus den einschlägigen Technischen Lieferbedingungen, Richtlinien sowie Merkblättern für den jeweiligen Baustoff oder das Baustoffgemisch. Vor Aufnahme der Güteüberwachung ist der Eignungsnachweis durchzuführen und durch Vorlage eines Prüfungszeugnisses zu belegen. Der Eignungsnachweis besteht aus einer Erstprüfung und einer Betriebsbeurteilung (Erstinspektion gemäß DIN [34]). Die Güteüberwachung umfasst die werkseigene Produktionskontrolle durch den Hersteller und die Fremdüberwachung. Der Eignungsnachweis und die Prüfungen im Rahmen der Fremdüberwachung sind von Prüfstellen durchzuführen, die nach RAP Stra (Richtlinien für die Anerkennung von Prüfstellen für Baustoffe und Baustoffgemische im Straßenbau [98]) von Straßenbaubehörden anerkannt sind. - SB 1-4 -

13 Über die Durchführung der Fremdüberwachung ist ein ggf. befristeter Vertrag zwischen der anerkannten Prüfstelle und dem Hersteller abzuschließen. Die Kosten für den Eignungsnachweis und die Güteüberwachung trägt der Hersteller. Für die einer Güteüberwachung unterliegenden Produkte ist ein Sortenverzeichnis zu führen. Die Vorräte der aufbereiteten Produkte und die Lieferscheine sind entsprechend dem Sortenverzeichnis zu kennzeichnen. Die Prüfstelle stellt den Eignungsnachweis und die Fremdüberwachungszeugnisse mit den Ergebnissen der durchgeführten Prüfungen, ggf. mit Hinweis auf durchgeführte Wiederholungsprüfungen, aus. Sie leitet Ausfertigungen davon dem Hersteller und der Straßenbaubehörde zu. Die Straßenbauverwaltung hat das Recht, auch im Werk jederzeit den Eignungsnachweis und die Durchführung der Güteüberwachung zu überprüfen und außerdem eigene Prüfungen durchzuführen. Bei Werksbesuchen muss ein Vertreter des Herstellers hinzugezogen werden Eignungsnachweis Er dient zur Feststellung, ob Personal und Einrichtungen geeignet sind für die kontinuierliche ordnungsgemäße Herstellung des Produktes und für eine entsprechende Eigenüberwachung und ob die Produkte den gestellten Anforderungen genügen. Erstprüfung Für die Erstprüfung entnimmt die Prüfstelle Proben in der Gewinnungs- bzw. Aufbereitungsstätte, ggf. am Umschlagplatz. Die im Rahmen der Erstprüfung vorzunehmenden Untersuchungen sind in den zugehörigen TL G zusammengestellt. Betriebsbeurteilung Die Betriebsbeurteilung des Werkes erfolgt durch die Prüfstelle, die auch die Erstprüfung durchführt. Hierbei sind die Voraussetzungen für eine dem Verwendungszweck der Baustoffe / Baustoffgemische entsprechende Gewinnung, Aufbereitung, Lagerung, Dosierung und Verladung zu beurteilen. Ferner ist die Funktionsfähigkeit der WPK zu begutachten Güteüberwachung Werkseigene Produktionskontrolle / Eigenüberwachung Der Hersteller überwacht durch festgelegte Prüfungen seine laufende Produktion und die - SB 1-5 -

14 Einhaltung der Anforderungen nach den Technischen Lieferbedingungen an die Produkte. Der Hersteller ist dafür selbst verantwortlich; er muss dazu Personal und Einrichtungen vorhalten; die Prüfergebnisse sind zu protokollieren und aufzubewahren. Die Art der Prüfungen, Umfang und Turnus sind vom Produkt abhängig; sie sind in den zugehörigen Technischen Lieferbedingungen, Teil: Güteüberwachung festgelegt. Wenn die Prüfung ein negatives Ergebnis brachte, sind vom Hersteller in Eigenverantwortung unverzüglich die erforderlichen Maßnahmen zum Abstellen des Mangels zu ergreifen. Danach ist die Prüfung i.d.r. zu wiederholen (zum Nachweis, dass der Mangel behoben ist). Die Ergebnisse der WPK / Eigenüberwachung dienen während der Durchführung einer Bauleistung im Rahmen der Qualitätssicherung (siehe Kapitel 1.4.3) ebenfalls zur Kontrolle im Rahmen der Eigenüberwachungsprüfung. Fremdüberwachung Für die Fremdüberwachung entnimmt die Prüfstelle ohne vorherige Ankündigung im vorgegebenen Turnus Proben im Werk. Die Proben sollen in Gegenwart eines Vertreters des Herstellers entnommen werden. Die Fremdüberwachung umfasst die in den einschlägigen TL G angegebenen Prüfungen sowie die Beurteilung der WPK. Es wird auch geprüft, ob die Einrichtungen für die WPK noch entsprechend vorhanden sind und ob diese in Häufigkeit und Umfang durchgeführt wurde. Der Fremdüberwacher bewertet zudem die Ergebnisse der WPK und die Prüfergebnisse entsprechend den Anforderungen der Technischen Lieferbedingungen. Er erstellt einen Überwachungsbericht, der beim Fremdüberwacher und beim überwachten Unternehmen 5 Jahre aufgehoben werden muss Maßnahmen bei Mängeln Stellt eine Prüfstelle im Rahmen der Fremdüberwachung fest, dass Anforderungen nicht erfüllt werden, wiederholt sie unverzüglich die Prüfung. Bei wiederum negativem Ergebnis wird der Hersteller schriftlich von der Prüfstelle verwarnt, wobei eine angemessene Frist zur Behebung der Mängel gesetzt wird. Die Straßenbaubehörde wird von der Verwarnung schriftlich unterrichtet. Weisen die Prüfungen an den nach der gesetzten Frist entnommenen Proben gleichfalls ein negatives Ergebnis auf, so stellt die Prüfstelle die Fremdüberwachung der beanstandeten Erzeugnisse sofort ein und teilt dies schriftlich unter Angabe der Gründe dem Hersteller und der Straßenbaubehörde mit. Stellt die Prüfstelle bei der Fremdüberwachung fest, dass die WPK nicht oder nicht ordnungsgemäß durchgeführt wird, wird der Hersteller schriftlich von der Prüfstelle verwarnt, - SB 1-6 -

15 wobei eine angemessene Frist zur Behebung der Mängel gesetzt wird. Die Straßenbaubehörde wird von der Verwarnung schriftlich unterrichtet. Sind diese Mängel auch nach der gesetzten Frist noch nicht beseitigt, stellt die Prüfstelle die Fremdüberwachung des Werkes sofort ein und teilt dies schriftlich unter Angabe der Gründe dem Hersteller und der Straßenbaubehörde mit. Mit der Einstellung der Fremdüberwachung gelten die Anforderungen als nicht mehr erfüllt. Die Straßenbaubehörde gibt dann die Einstellung der Fremdüberwachung in Listen bekannt. Der Hersteller kann bei der Prüfstelle die Wiederaufnahme der Güteüberwachung beantragen. Die Prüfstelle nimmt die Fremdüberwachung erst dann wieder auf, wenn der Hersteller den Nachweis erbracht hat, dass die Voraussetzungen für die Herstellung und Lieferung von anforderungsgerechten Baustoffen und Baustoffgemischen sowie für die ordnungsgemäße WPK gegeben sind. Die Prüfstelle benachrichtigt den Hersteller und die Straßenbaubehörde von der Wiederaufnahme der Güteüberwachung. Die Straßenbaubehörde gibt dann die Wiederaufnahme der Güteüberwachung in Listen bekannt. Stellen Dienststellen der Straßenbauverwaltung bei Kontrollprüfungen bzw. bei eigenen Prüfungen im Werk fest, dass die Güteanforderungen nicht erfüllt werden, teilen sie díes im Einvernehmen mit der Straßenbaubehörde der Prüfstelle mit. Sodann gelten die o.g. Maßnahmen. - SB 1-7 -

16 1.2.5 Beispiele aus dem Regelwerk Güteüberwachung von Schichten ohne Bindemittel nach den TL G SoB-StB [91] In den beiden folgenden Abbildungen aus den Technischen Lieferbedingungen für Baustoffgemische und Böden zur Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau, Teil: Güteüberwachung (TL G SoB-StB) sind die Prüfungen, Prüfverfahren und Prüfhäufigkeiten für die Güteüberwachung dieser Produkte zusammengestellt. Abbildung 1.2 Prüfungen und Prüfhäufigkeiten nach den TL G SoB-StB [91], gemischspezifische Eigenschaften nach Anlage SB 1-8 -

17 Abbildung 1.3 Prüfungen und Prüfhäufigkeiten nach den TL G SoB-StB [91], gesteinspezifische Eigenschaften nach Anlage Konformitätsnachweis bei Straßenbaustoffen Prinzip Gesteinskörnungen und Asphalt, müssen für den Einsatz im qualifizierten Straßenbau mit einem CE-Zeichen gekennzeichnet sein. Damit wird nach dem Prinzip des Qualitätsmanagements die Konformität eines Produktes mit den einschlägigen europäischen Produktnormen bestätigt. Somit muss davon ausgegangen werden, dass das Produkt alle geforderten Eigenschaften aufweist. Eine Fremdüberwachung durch eine anerkannte Prüfstelle findet nicht mehr statt. Damit ein CE-Kennzeichen vergeben werden kann, muss der Hersteller die Konformität des Produktes (Baustoff oder Baustoffgemisch) mit der zugehörigen europäischen Norm nach- - SB 1-9 -

18 weisen, d.h. die Bedingungen der Norm müssen erfüllt sein. Zu den Aufgaben des Herstellers gehört nach dem in Deutschland ausgewählten System 2+ somit die WPK und die Erstprüfung des Produktes. Weiterhin muss eine notifizierte Stelle nach dem System 2+ der Konformitätsbescheinigung die Aufgaben des Herstellers erstmalig und laufend überwachen und zertifizieren (ÜZ-Stelle). Die unterschiedlichen Systeme der Konformitätsbescheinigung sind in Abbildung 1.4 dargestellt. Abbildung 1.4 Systeme der Konformitätsbescheinigung Erstprüfung Der Hersteller prüft die Übereinstimmung mit den festgelegten Anforderungen der Norm, z.b. wenn - aus einem neuen Vorkommen Material für die Herstellung von Gesteinskörnungen verwendet werden soll oder - erhebliche Veränderungen in der Art der Ausgangsmaterialien oder - erhebliche Veränderungen in den Aufbereitungsbedingungen eingetreten sind. Die Ergebnisse der Erstprüfung müssen als Grundlage für die WPK für das jeweilige Produkt aufgezeichnet sein. Werkseigene Produktionskontrolle (WPK) Der Hersteller muss ein den Anforderungen entsprechendes System der WPK betreiben. Die vom Hersteller geführten Aufzeichnungen müssen angeben, welche Verfahren zur Qualitätskontrolle während der Produktion der Gesteinskörnung angewendet wurden. Die WPK muss durch eine anerkannte Stelle zertifiziert sein. - SB

19 Konformitätserklärung / CE-Kennzeichnung Mit einer überwachten und zertifizierten WPK kann der Hersteller selbstständig ein CE- Zeichen für sein Produkt (Baustoff oder Baustoffgemisch) vergeben. Die Aufgaben der notifizierten Stelle umfassen dabei nach System 2+ lediglich die - Erstinspektion des Werkes und der WPK, - kontinuierliche Überwachung, Beurteilung und Bestätigung der WPK und - Zertifizierung der WPK sowie einmalig die Zertifizierung der Erstinspektion. Die notifizierte Stelle führt keine physikalische Prüfung von Eigenschaften des Produktes, wie z.b. in der Güteüberwachung vorgesehen, durch. Die Verantwortung hierfür liegt ausschließlich beim Hersteller. Die prinzipiellen Inhalte einer CE-Konformitätserklärung zeigt Abbildung 1.1: CE - Konformitätskennzeichnung CE - Symbol Kennnummer der Zertifizierungsstelle Name und Anschrift des Herstellers Die letzten beiden Ziffern des Jahres, in dem das Kennzeichen angebracht wurde Nummer des EU - Zertifikates Nummer und Titel der Europäisch en Norm Angaben zum Produkt und den Vorschriften unterliegenden Merkmalen Abbildung 1.5 Inhalte einer CE-Konformitätsbescheinigung Konformität von Gesteinskörnungen nach den TL Gestein-StB Die TL Gestein-StB [89] enthalten Anforderungen an natürliche, industriell hergestellte und rezyklierte Gesteinskörnungen, die bei der Herstellung von Oberbauschichten für den Straßen- und Wegebau sowie für andere Verkehrsflächen aus Asphalt und Beton, von hydraulisch gebundenen und ungebundenen Baustoffgemischen, Pflasterdecken und Plattenbelägen, dünnen Schichten im Kalteinbau und von Oberflächenbehandlungen verwendet werden. Durch die TL Gestein-StB werden die europäischen Normen - DIN EN 12620: Gesteinskörnungen für Beton [35] - DIN EN 13043: Gesteinskörnungen für Asphalt und Oberflächenbehandlungen für Straßen, Flugplätze und andere Verkehrsflächen [36] und - SB

20 - DIN EN 13242: Gesteinskörnungen für ungebundene und hydraulisch gebundene Gemische für den Ingenieur- und Straßenbau [37], in Deutschland umgesetzt. In den TL Gestein-StB werden, soweit vorhanden, Kategorien aus den europäischen Normen für die Eigenschaften der Gesteinskörnungen festgelegt, die in Deutschland für den Anwendungszweck erforderlich sind. Abbildung 1.6 Anforderungen an Gesteinskörnungen für den Anwendungsbereich Asphalt und Oberflächenbehandlungen, Ausschnitt aus Anhang F der TL Gestein-StB [89] Die im Rahmen der Erstprüfung bzw. der WPK durchzuführenden Prüfungen und der Prüfumfang von z.b. Gesteinskörnungen für Asphalt und Oberflächenbehandlungen (nach DIN EN [36]) sind in Tabelle C.2 der TL Gestein-StB [89] geregelt; die Anforderungen hierzu werden in Anhang F aufgelistet. Dieser Anhang ist in Abbildung 1.6 dargestellt Freiwillige Fremdüberwachung anstelle Baustoffeingangskontrolle Der Hersteller von Baustoffgemischen hat nach dem Bauvertrag beim öffentlichen Straßenbau die Pflicht der Gütesicherung. Damit muss auch die Güte der zur Herstellung des Bau- - SB

21 stoffgemisches eingesetzten Baustoffe überwacht sein. Dies kann prinzipiell durch das System der Güteüberwachung erfolgen. Nachdem dieses System aufgrund der europäischen Normung z.b. für Gesteinskörnungen nicht mehr gilt, ist der Hersteller verpflichtet, für jede Lieferung von Baustoffen eine Eingangskontrolle durchzuführen. Praktisch wird somit z.b. für einen Asphaltproduzenten eine Baustoffeingangsprüfung für jede Lieferung von Gesteinskörnungen vorgeschrieben. Da diese Vorgehensweise aber nicht praktikabel ist, kann als Ersatz eine freiwillige regelmäßige Güteüberwachung des Baustoffes durch den Baustoffproduzenten diese Baustoffeingangsprüfung ersetzen. Die Zusammenhänge stellt Abbildung 1.7 dar. Gesteinslieferant Konformitätsnachweis für Ce-Zeichen Hersteller von Asphaltmischgut Gütesicherung ist im Bauvertrag festgeschrieben Erstprüfung Werkseigene Produktionskontrolle ( WPK) Selbst oder qualifizierte Stelle selbst Augenscheinliche Prüfung + Zertifizierung der WPK + kontinuierliche Überwachung ÜZ - Stelle RAP Stra - Prüfstelle (auch eigene) Körperliche Prüfung der angelieferten Gesteinskörnungen (jede einzelne Lieferung) Freiwillige Güteüberwachung qualifizierte Stelle (fremde) Alternative Abbildung 1.7 System des Konformitätsnachweises und der Gütesicherung Der Umfang der freiwilligen Güteüberwachung mit Prüfumfang und Häufigkeiten wurde in Empfehlungen der Gesteinsverbände veröffentlicht. Es ist anzumerken, dass fast jeder Hersteller von Gesteinskörnungen diese freiwillige Überwachung durchführt. 1.4 Qualitätssicherung bei der Herstellung von Straßen und am fertigen Bauwerk Prinzip Neben der Güteüberwachung für die Herstellung und Lieferung von Produkten gemäß dem Technischen Regelwerk gibt es weitere Prüfungen für den Bau und an der fertigen Leistung zur Sicherung der Qualität bzw. der Anforderungen. Durch das in den ATVen und ZTVen vorgegebene System ergibt sich eine mehrstufige Qualitätssicherung für die - SB

22 - Art und Eigenschaften der eingesetzten Baustoffe und Baustoffgemische durch die Eignungsprüfung. - Herstellung der Baustoffgemische und der Schichten durch die Eigenüberwachungsprüfung. - fertige Leistung, also gelieferten Baustoffe und Baustoffgemische sowie die eingebaute Schicht durch die Kontrollprüfungen. Dabei liegen die Verantwortung und die Durchführung bei den unterschiedlichen am Bau Beteiligten. Die Prüfungen umfassen, soweit erforderlich, - die Probenahme, - das versandfertige Verpacken der Probe, - den Transport der Probe von der Entnahmestelle zur Prüfstelle und - die Untersuchung einschließlich Prüfbericht. Die einzusetzenden Prüfverfahren werden in den jeweiligen Kapiteln der zugehörigen ZTVen beschrieben. Die folgenden Kapitel basieren überwiegend auf den Ausführungen der ZTV Asphalt-StB. Die zugrunde liegende Systematik kann aber problemlos auf die weiteren einschlägigen ZTVen wie z.b. die ZTV Beton-StB übertragen werden Eignungsnachweis Eignungsnachweise sind Prüfungen zum Nachweis der Eignung der Baustoffe und Baustoffgemische für den vorgesehenen Verwendungszweck entsprechend den Anforderungen des Bauvertrages. Der Nachweis erfolgt in einem Prüfzeugnis. Die Baustoffe und Baustoffgemische müssen dabei die Vorgaben der zugehörigen Technischen Lieferbedingungen erfüllen. Bei Baustoffen, deren Eignung bekannt ist, kann der Auftraggeber auf den Nachweis verzichten. Von den für die Bauausführung vorgesehenen Baustoffen müssen dem Auftraggeber genügend große Proben übergeben werden, die dieser unter Verschluss aufbewahrt (Rückstellproben); sie sind in einer Niederschrift vom Auftragnehmer und Auftraggeber anzuerkennen und dienen bei Streitigkeiten der Beurteilung der vertragsgerechten Lieferung. Der Auftragnehmer hat die im Rahmen des Eignungsnachweises ermittelten Untersuchungsergebnisse dem Auftraggeber vorzulegen. Aufgrund dieser Untersuchungsergebnisse hat der Auftragnehmer die zur Verwendung vorgesehenen Baustoffe und die beabsichtigte - SB

23 Zusammensetzung der Baustoffgemische festzulegen und dem Auftraggeber rechtzeitig vor Beginn der Bauausführung anzugeben. Ändern sich Art und Eigenschaft der Baustoffe und der Baustoffgemische oder die Einbaubedingungen, so ist erneut die Eignung nachzuweisen Erweiterte Prüfungen Für Asphaltstraßen sowie für Verkehrsflächen mit besonderen Beanspruchungen sind zusätzliche Prüfungen in Form einer erweiterten Eignungsprüfung für das Mischgut der Decke möglich. Diese müssen in der Leistungsbeschreibung gesondert gefordert werden. Erweiterten Eignungsprüfung können zur - Beurteilung des Verformungswiderstandes und/oder - Beurteilung der Verdichtbarkeit und/oder - Beurteilung des Tieftemperaturverfahrens durchgeführt werden Eigenüberwachungsprüfungen Eigenüberwachungsprüfungen werden vom Auftragnehmer oder dessen Beauftragten während der Bauausführung durchgeführt und dienen der Kontrolle, ob die eingebauten Baustoffe und Baustoffgemische sowie die fertige Leistung den vertraglichen Anforderungen entsprechen. Der Auftragnehmer hat die Eigenüberwachungsprüfungen während der Ausführungen mit der erforderlichen Sorgfalt und im erforderlichen Umfang durchzuführen. Die Ergebnisse sind zu protokollieren. Werden Abweichungen von den vertraglichen Anforderungen festgestellt, sind deren Ursachen unverzüglich zu beseitigen. Die Ergebnisse dieser Eigenüberwachungsprüfungen sind dem Auftraggeber auf Verlangen vorzulegen. Prüfungen beim Einbau: - Lufttemperatur und Temperatur der Unterlage - Temperatur des Asphaltmischgutes beim Einbau - Beschaffenheit des Mischgutes nach Augenschein - Beschaffenheit des Abstreumaterials nach Augenschein - Einbaumengen oder Einbaudicken - Profilgerechte Lage der einzelnen Asphaltschichten - SB

24 - Ebenheit der einzelnen Asphaltschichten - Dokumentation der Maßnahmen zur Erzielung der Griffigkeit - Verlauf der Fahrbahnränder im Grund- und Aufriss - Gleichmäßige Beschaffenheit der Oberfläche nach Augenschein - Beschaffenheit der Längs- und Quernähte nach Augenschein Kontrollprüfungen Kontrollprüfungen sind Prüfungen des Auftraggebers, um festzustellen, ob die Güteeigenschaften der Baustoffe, der Baustoffgemische und der fertigen Leistung den vertraglichen Anforderungen entsprechen; ihre Ergebnisse werden der Abnahme zugrunde gelegt. Die Probenahme und die Prüfungen auf der Baustelle führt der Auftraggeber oder dessen Beauftragter (staatlich anerkannte Institution) im Beisein des Auftragnehmers durch. Die Prüfungen dürfen nur vom Auftraggeber oder einer anerkannten Prüfstelle durchgeführt werden; die Prüfstelle bestimmt der Auftraggeber. Die Baustoffe (z.b. Bindemittel, Gesteinskörnungen) können untersucht, die Baustoffgemische (Mischgut) und die fertige Leistung (eingebaute Schicht) müssen geprüft werden. Art und Umfang der Kontrollprüfungen sind z.b. in den ZTV Asphalt-StB festgelegt. Zusätzliche Kontrollprüfungen Wenn anzunehmen ist, dass das Ergebnis einer Kontrollprüfung nicht kennzeichnend für die ganze zugeordnete Fläche ist, ist der Auftragnehmer berechtigt, die Durchführung zusätzlicher Kontrollprüfungen zu verlangen. Die Orte der Entnahme und die zuzuordnenden Teilflächen bestimmen Auftraggeber und Auftragnehmer gemeinsam. Das Recht des Auftraggebers, nach seinem Ermessen zusätzliche Kontrollprüfungen durchzuführen, bleibt unberührt. Für die Abnahme sind die Ergebnisse der ursprünglichen und der zusätzlichen Kontrollprüfungen für die ihnen nunmehr zugeordneten Teilflächen maßgebend. Die Kosten für die vom Auftragnehmer beantragten zusätzlichen Kontrollprüfungen trägt der Auftragnehmer selbst. Die zusätzlichen Kontrollprüfungen können von derselben Prüfstelle durchgeführt werden, die auch die Kontrollprüfungen durchgeführt hat. - SB

25 Schiedsuntersuchungen Eine Schiedsuntersuchung ist die Wiederholung einer Kontrollprüfung, an deren sachgerechter Durchführung begründete Zweifel des Auftraggebers oder des Auftragnehmers (z.b. aufgrund eigener Untersuchungen im Rahmen der Eigenüberwachung) bestehen. Sie ist auf Antrag eines Vertragspartners durch eine anerkannte Prüfstelle nach RAP Stra [98], die nicht die Kontrollprüfung durchgeführt hat, vorzunehmen. Ihr Ergebnis tritt an die Stelle des ursprünglichen Prüfergebnisses. Die Kosten der Schiedsuntersuchung zuzüglich aller Nebenkosten trägt derjenige, zu dessen Ungunsten das Ergebnis ausfällt. 1.5 Verständnisfragen Welche technischen Regelwerke werden im Bauvertrag vereinbart? Welche Anforderungen enthalten die Regelwerke und welche Regelwerke sind für den qualifizierten Straßenbau besonders von Bedeutung? Wie funktioniert das Prinzip der Güteüberwachung von Straßenbaustoffen? Wozu dient der Eignungsnachweis? Was beinhaltet die werkseigene Produktionskontrolle / Eigenüberwachung? Was beinhaltet die Fremdüberwachung? Wie erhält man die Konformitätserklärung / CE-Kennzeichnung? Aus welchem Grund wird eine freiwillige Fremdüberwachung durchgeführt? Wie erfolgt die Qualitätssicherung bei der Herstellung und an fertigen Straßen? Wann wird eine zusätzliche Kontrollprüfung durchgeführt? Was ist eine Schiedsuntersuchung? - SB

26 2 Natürliche Gesteine 2.1 Definitionen aus der Geologie Unter Mineralien versteht man die einzelnen Bestandteile der Erdkruste, die in physikalischer, chemischer und struktureller Hinsicht völlig einheitlich ausgebildet sind [8]. Ein Mineral kann sowohl ein Element als auch eine chemische Verbindung (z.b. Quarz: SiO 2 ) sein. Es sind natürliche, meist feste anorganische Körper. Ihre Größe reicht von wenigen µm bis zu mehreren cm, in Ausnahmefällen werden sie bis zu einigen Metern groß. Sie treten meist in Gemengen auf und setzen als solche alle Gesteinsarten zusammen. Gesteine sind natürliche Anhäufungen von Mineralien. Es gibt Gesteine, die nur aus einer einzigen Mineralart aufgebaut sind (monomineralische Gesteine), z.b. aus Kalkspat wie der Marmor oder aus Quarz wie der Quarzit. Normalerweise liegen die Gesteine als Gemenge aus verschiedenen Mineralien vor (polymineralische Gesteine). So wird der Gesteinsart Granit aus den Mineralien Feldspat, Quarz und Glimmer, die untereinander in bestimmten Mengenverhältnissen stehen, zusammengefügt. Hinsichtlich der räumlichen Verbreitung stellen die meisten Gesteine ausgedehnte geologische Körper großer Gleichförmigkeit dar. Diese können fest sein wie Fels, locker wie Sand oder weich wie Lehm und Erde. Die Gesteinskunde (Petrographie) unterscheidet daher zwischen Fest- und Lockergesteinen. Festgesteine werden in Abhängigkeit ihrer Druckfestigkeit in Hart- und Weichgesteine unterteilt. Zu den Festgesteinen gehören die verfestigten Sedimente, Magmatite und Metamorphite. Festgesteine werden in Steinbrüchen durch Brechen und Absieben in Lieferkörnungen gewonnen Lockergesteine werden aus Gruben oder Gewässern ausgebaggert und gesiebt. Zu den Lockergesteinen gehören nur die noch nicht verfestigten Sedimente. Da die Entstehung das übersichtlichste Gliederungsprinzip liefert, wird es in der Petrographie als Haupteinteilungskriterium herangezogen. So werden die Gesteine in Magmatite, Sedimentite und Metamorphite unterteilt. Jeder Gruppe wird eine der drei großen Abfolgen der Mineralbildung zugeordnet. M a g m a t i t e, auch als Erstarrungs- oder Eruptivgesteine bezeichnet, bilden sich durch Erstarrung eines Magmas: - Plutonite sind in tieferen Stockwerken der Erdkruste bei langsamer Abkühlung relativ grobkörnig kristallisiert. - Ganggesteine sind in Lagergängen oder Zufuhrkanälen auskristallisiert; sie haben meist porphyrisches Gefüge (auch Granitporphyr). - SB 2-1 -

27 - Vulkanite sind durch Austritt des Magmas an der Erdoberfläche oder am Meeresboden entstanden (schnelle Abkühlung, daher meist feinkörnig, oft mit Einsprenglingen). Alle drei Arten von magmatischen Gesteinen unterscheiden sich durch ihr Gefüge, das sich während der Kristallisation ausbildete. Magmatite Plutonite Granit Syenit Ganggesteine Aplit Lamprophyr Vulkanite Rhyolith Basalt Abbildung 2.1 Gliederungsschema der Magmatite M e t a m o r p h i t e entstanden aus Magmatiten oder sedimentären Gesteinen durch Umkristallisation unter Wärmezufuhr und durch Verformungen (Glimmerschiefer, Gneis, Quarzit, Marmor etc.), z.b. - durch Kontakt mit heißem Magma (Kontaktmetamorphose), - durch gebirgsbildende Vorgänge mit hohem Druck (Regionalmetamorphose) oder - durch Aufschmelzung aufgrund starker Steigerung von Temperatur und Druck und anschließend neuer Gesteinsbildung (Ultrametamorphose). S e d i m e n t g e s t e i n e entstanden aus Verwitterungsprodukten der Erdkruste (an der Erdoberfläche, in Gewässern / Seen, im Meer). Erosions- und Transportmittel waren Wasser, Wind und Eis; die Ablagerung und Verfestigung erfolgte aufgrund der Schwerkraft: - Klastische Sedimente sind das Produkt einer mechanischen Verwitterung (weitere Einteilung nach Korngrößen). - Chemische Sedimente sind Absetzungen aus Lösungen. - Biogene Sedimente haben ihren Ursprung in pflanzlichen und tierischen Resten (Umwandlung durch Druck und Temperatur: Fossilkalke aus Kalkskeletten und -schalen von Korallen u.ä., Braunkohle aus Pflanzenmaterial und Steinkohle aus tierischen Organismen). - SB 2-2 -

28 Sedimente chemisch klastisch biogen Kalkstein Anhydrit Gips Halit Pelite < 0,02 mm Psammite 0,02-2 mm Psephite > 2 mm Fossil - Kalke Braunkohle Steinkohle Tone Tonstein Sandstein Grauwacke Konglomerate Breccie Abbildung 2.2 Gliederungsschema der Sedimente Die Eigenschaften eines Gesteins und somit seine bautechnischen und umweltrelevanten Eigenschaften werden von den Eigenschaften der Mineralien / Mineralphasen bestimmt. Als Kriterien für einen bautechnischen Einsatz gelten generell - die Widerstandsfähigkeit gegen physikalische Beanspruchungen und - die Beständigkeit gegen chemische Umwelteinflüsse. Magmatite Sedimente Metamorphite Granit Kies Gneis Granodiorit Sand Quarzit Diorit Sandstein Amphibolit Gabbro Grauwacke Serpentinit Rhyolith Rohdonit Kalkstein Dolomit Dacit Andesit Basalt Abbildung 2.3 Bautechnisch wichtige Gesteine Die Prüfung dieser Eigenschaften erfolgt nach festgelegten Verfahren im Labor, aber schon vorab kann das anstehende Gestein vor seinem Abbau im Hinblick auf seine Eignung für den Straßenbau beurteilt werden, u.a. aufgrund von: - Gleichmäßigkeit der Gesteinsart im Aufschluss (wird an Steinbrüchen permanent kontrolliert, um die Abbauwürdigkeit festzustellen) - Mineralogische Zusammensetzung - SB 2-3 -

29 - Art des Gefüges (Grob- und Feinstruktur des Gesteins) - Reinheit des Gesteins (sind Verwitterungsprodukte vorhanden) 2.2 Technisches Regelwerk für Gesteine Natürliche Gesteine werden in Gesteinskörnungen, Baustoffe und Böden unterschieden. Für den Einsatz im Straßenbau müssen die Gesteine definierte Qualitätsmerkmale aufweisen; die Güteanforderungen sind im Technischen Regelwerk festgelegt. Nachfolgend werden die beiden Wichtigsten genannt: - Die TL Gestein-StB [89] enthalten Anforderungen an natürliche, industriell hergestellte und rezyklierte Gesteinskörnungen, die bei der Herstellung von Oberbauschichten aus Asphalt, Beton, hydraulisch gebundenen und ungebunden Baustoffgemischen, Pflasterdecken und Plattenbelägen, dünnen Schichten im Kalteinbau und Oberflächenbehandlungen verwendet werden. - Die TL SoB-StB [88] enthalten Anforderungen an Baustoffgemische und Böden, die bei der Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßen- und Wegebau sowie sonstigen Verkehrsflächen verwendet werden. In den TL Gestein-StB [89] werden, soweit vorhanden, Kategorien aus den europäischen Normen für die Eigenschaften der Gesteinskörnungen festgelegt, die in Deutschland für den Anwendungszweck erforderlich sind. 2.3 Begriffsbestimmungen und Definitionen der Technischen Lieferbedingungen Begriffsbestimmungen aus den TL Gestein-StB G e s t e i n s k ö r n u n g: Körniges Material für die Verwendung im Bauwesen. Gesteinskörnungen können natürlich, industriell hergestellt oder rezykliert sein. I n d u s t r i e l l h e r g e s t e l l t e G e s t e i n s k ö r n u n g: Gesteinskörnung mineralischen Ursprungs, die industriell unter Einfluss thermischer oder sonstiger Prozesse entstanden ist. In Deutschland werden verwendet: Hochofenstückschlacke (HOS), Hüttensand (HS), Stahlwerksschlacke (SWS), Schlacke aus der Kupfererzeugung (CUS/CUG), Gießerei- Kupferofenschlacke (GKOS), Steinkohlenflugasche (SFA), Schmelzkammergranulat (SKG), Kesselasche aus Steinkohlenfeuerung (SKA), Gießereirestsand (GRS), Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) sowie Gesteinskörnungen zur Aufhellung. - SB 2-4 -

30 N a t ü r l i c h e G e s t e i n s k ö r n u n g: Gesteinskörnung aus mineralischen Vorkommen, die ausschließlich einer mechanischen Aufbereitung unterzogen worden ist. Zu diesen zählen Kies, Sand, gebrochener Kies und gebrochenes Festgestein. R e z y k l i e r t e G e s t e i n s k ö r n u n g: Gesteinskörnung, die durch Aufbereitung anorganischen Materials entstanden ist, das zuvor als Baustoff eingesetzt war. R C - B a u s t o f f (R C ): Rezyklierte Gesteinskörnung mit Begrenzung des Anteils einzelner Stoffgruppen. K o r n k l a s s e: Bezeichnung einer Gesteinskörnung mittels unterer (d) und oberer (D) Siebgröße, ausgedrückt als d/d. Diese Bezeichnung schließt ein, dass keine Körner auf dem oberen Sieb liegen bleiben und keine durch das untere Sieb fallen. K o r n g r u p p e / L i e f e r k ö r n u n g: Bezeichnung einer Gesteinskörnung mittels unterer (d) und oberer (D) Siebgröße, ausgedrückt als d/d. Diese Bezeichnung schließt ein, dass einige Körner auf dem oberen Sieb liegen bleiben (Überkorn) und einige durch das untere Sieb fallen (Unterkorn). Die untere Siebgröße (d) kann 0 sein. U n t e r k o r n: Anteil einer Gesteinskörnung, der durch das kleinere, die Korngruppe / Lieferkörnung bezeichnende Sieb hindurch geht. Ü b e r k o r n: Anteil einer Gesteinskörnung, der auf dem größeren, die Korngruppe / Lieferkörnung bezeichnenden Sieb liegen bleibt. G e s t e i n s k ö r n u n g s g e m i s c h: Gesteinskörnung, bestehend aus einem Gemisch grober und feiner Gesteinskörnungen. Das Gemisch kann ohne vorheriges Trennen in grobe und feine Gesteinskörnungen oder durch Mischen grober und feiner Gesteinskörnungen hergestellt werden. F e i n a n t e i l: Kornklasse einer Gesteinskörnung, die durch das 0,063 mm-sieb hindurch geht. F ü l l e r: Gesteinskörnung, deren überwiegender Teil durch das 0,063 mm-sieb hindurchgeht und die Baustoffen zur Erreichung bestimmter Eigenschaften zugegeben werden kann. M i s c h f ü l l e r: Füller mineralischen Ursprungs, der mit Calciumhydroxid gemischt wurde. F r e m d f ü l l e r: Füller mineralischen Ursprungs, der gesondert hergestellt wurde. K o r n g r ö ß e n v e r t e i l u n g: Korngrößenzusammensetzung, ausgedrückt durch die Siebdurchgänge in M.-% durch eine festgelegte Anzahl von Sieben. K a t e g o r i e: Niveau für die Eigenschaft einer Gesteinskörnung, ausgedrückt als Bandbreite von Werten oder als Grenzwert. - SB 2-5 -

31 2.3.2 Begriffsbestimmungen für Baustoffgemische und Böden nach TL SoB-StB K o r n g r ö ß e n v e r t e i l u n g: Korngrößenzusammensetzung, ausgedrückt durch die Siebdurchgänge in M.-% durch eine festgelegte Anzahl von Sieben. B a u s t o f f g e m i s c h: Gemisch aus Gesteinskörnungen mit festgelegter Korngrößenverteilung, üblicherweise mit d = 0, das in Schichten ohne Bindemittel verwendet wird. B o d e n: Oberer Bereich der Erdkruste, der aus nicht oder nur wenig miteinander verkitteten, mineralischen oder gelegentlich auch organischen Partikeln sowie aus Porenräumen besteht. Im Sinne dieser TL ein natürlich anstehendes Material, klassifiziert nach DIN [38]. F r o s t u n e m p f i n d l i c h e s M a t e r i a l: Boden, bei dem durch Einwirkung von Frost keine Volumen- oder Tragfähigkeitsänderung eintritt; in der Regel Böden der Bodengruppen GE, GW, GI, SE, SW, Sl gemäß DIN [38] und Baustoffgemische. S c h i c h t a u s f r o s t u n e m p f i n d l i c h e m M a t e r i a l (S f M): Schicht auf dem Untergrund bzw. Unterbau, die zusätzlich unterhalb einer Tragschicht angeordnet werden kann, um eine ausreichende Dicke des frostsicheren Oberbaues zu schaffen. Sie muss auch im verdichteten Zustand ausreichend wasserdurchlässig sein. T r a g s c h i c h t o h n e B i n d e m i t t e l (T o B): Lastverteilende Schicht zwischen Decke bzw. Tragdeckschicht und Planum, die im verdichteten Zustand ausreichend tragfähig und ausreichend wasserdurchlässig ist. F r o s t s c h u t z s c h i c h t (F S S): Tragschicht ohne Bindemittel, die Frostschäden im (Straßen-) Oberbau vermeiden soll und aus frostunempfindlichen Baustoffgemischen und/oder Böden besteht. S c h o t t e r t r a g s c h i c h t (S T S): Tragschicht ohne Bindemittel, die aus einem korngestuften Baustoffgemisch aus überwiegend gebrochenen Gesteinskörnungen besteht. K i e s t r a g s c h i c h t (K T S): Tragschicht ohne Bindemittel, die aus einem korngestuften Baustoffgemisch aus ungebrochenen Gesteinskörnungen, gegebenenfalls unter Zusatz von gebrochenen Gesteinskörnungen, besteht. D e c k s c h i c h t o h n e B i n d e m i t t e l (D o B): Oberste Schicht einer Wegebefestigung, vorwiegend im ländlichen Wegebau, die ohne Bindemittel hergestellt wird. R C - G e m i s c h: Baustoffgemisch aus RC-Baustoffen und natürlichen und/oder industriell hergestellten Gesteinskörnungen. - SB 2-6 -

32 2.4 Bautechnische Anforderungen an die Gesteinskörnungen gemäß TL Gestein-StB Jede Asphaltstraße ist in erster Linie eine Stein-Straße, denn die Asphaltbefestigung besteht im Mittel zu etwa 95 M.-% aus Gesteinskörnungen und nur zu etwa 5 M.-% aus Bitumen. Die Eigenschaften einer Straßenbefestigung werden also ganz entscheidend von der Beschaffenheit und Zusammensetzung dieser Gesteinskörnungen beeinflusst. Dabei ist nicht nur die rein stoffliche Beschaffenheit einer Gesteinskörnung von Bedeutung. Eine günstige Kornform und vor allem die Körnung sind ebenso wichtig. Einzelheiten regeln die TL Gestein-StB, die sowohl für natürliche (Felsgestein, Kies und Sand) als auch für künstliche Gesteinskörnungen (Hochofen- und Elektroofenschlacke u.a.) gelten. Im Weiteren werden für die natürlichen Gesteinskörnungen ausgewählte Eigenschaften und dazu gehörige Anforderungen gemäß TL Gestein-StB [89] beschrieben. Im Hinblick auf die Verwendung im Asphaltstraßenbau sind die nachfolgend aufgelisteten Eigenschaften der Gesteinskörnungen von Bedeutung Rohdichte Die Rohdichte ist nach DIN EN [39]. Materialkennwert und eine Hilfsgröße für die Berechnung weiterer, bautechnisch relevanter Parameter. Sie ist prinzipiell als das Verhältnis der Masse einer Probe zum Volumen derselben definiert Schüttdichte Die Schüttdichte ist der Quotient, der bei der Division der Masse der unverdichteten trockenen Probe in einem festgelegten Messgefäß durch das Volumen dieses Messgefäßes erhalten wird (DIN EN [40]) Korngruppe / Lieferkörnung Die Korngröße beeinflusst die mechanischen Eigenschaften von Asphaltschichten und wird insbesondere in Beziehung zur Einbaudicke und Verkehrsbelastung gewählt. Für die Gesteinskörnungen müssen Korngruppen / Lieferkörnungen unter Verwendung der in der Abbildung 2.4 genannten Siebgrößen festgelegt werden. - SB 2-7 -

33 ,6 (5) Grundsiebsatz + Ergänzungssiebsatz 1 [mm] 8 11,2 (11) 16 22,4 (22) 31,5 (32) Anmerkung: Die in Klammern gesetzten gerundeten Siebgrößen werden zur Bezeichnung von Gesteinskörnungen verwendet. Abbildung 2.4 Siebgrößen zur Festlegung von Korngruppen / Lieferkörnungen [91] Korngrößenverteilung Für Gesteinskörnungen sind die Korngruppen gemäß Abbildung 2.5 verbindlich. Ihre Anteile an Über- und Unterkorn sind nach DIN EN [41] zu bestimmen und müssen die angegebenen Anforderungen erfüllen. Dabei definieren sich z.b. die Kategorien G C 90/10 durch den minimalen Anteil der oberen Siebgröße D von 90 M.-% und der unteren Siebgröße d von maximal 10 M.-% für grobe Gesteinskörnungen (G C ), alternativ feine Gesteinskörnungen (G F ) oder Gemische (G A ). - SB 2-8 -

34 Abbildung 2.5 Anforderungen an Überkorn und Unterkorn [91] Durch eine vorgegebene Rezeptur lassen sich verschiedene Korngruppen zu einem Gesteinskörnungsgemisch gezielt zusammensetzen. Je weniger Unter- und Überkorn eine Korngruppe / Lieferkörnung enthält und je geringer die diesbezüglichen Schwankungen sind, desto sicherer lässt sich eine vorgesehene Korngrößenverteilung des Gesteinskörnungsge- - SB 2-9 -

35 misches z.b. an der Asphaltmischanlage einhalten. Die Korngrößenverteilung von solchen Gesteinskörnungsgemischen ist z.b. Grundlage für das mechanische Verhalten des Asphaltes, dessen Gerüst sie darstellt. Für die Korngrößenverteilung von Baustoffgemischen gelten die Anforderungen der TL SoB- StB [88]. In Abbildung 2.6 sind die Grenzsieblinien für Frostschutz- und Schottertragschichten 0/45 mm gemäß dieser TL mit der realen Sieblinie einer Lieferkörnung 0/45 mm graphisch dargestellt. Die Korngrößenverteilung ist hierbei als Sieblinie (summierte Siebdurchgänge) gegeben. Die Korngrößenverteilung von Baustoffgemischen für Schichten ohne Bindemittel beeinflusst ganz maßgeblich die Eigenschaften der Schicht z.b. bezüglich Tragfähigkeit oder Frostsicherheit Schottertragschicht (Allg.) nach TL SoB-StB 04 Frostschutzschicht nach TL SoB-StB 04 Ist-Sieblinie Siebdurchgang [M. -%] ,063 0,5 1,0 2,0 4,0 5,6 8,0 11,2 16,0 22,4 32,0 45,0 63,0 Sieböffnungsweite [mm] Abbildung 2.6 Korngrößenverteilung (Beispiel für graphische Darstellung von Sieblinien) Gehalt an Feinanteilen Der nach DIN EN [41] bestimmte Gehalt an Feinanteilen in den Korngruppen muss die Anforderungen einer der Kategorien aus Abbildung 2.7 erfüllen, um u.a. eine ausreichende Frostsicherheit bei Wassereinwirkung zu gewährleisten; dabei ist z.b. die Kategorie f 3 durch einen Feinanteil von 3 M.-% als Durchgang durch das Sieb 0,063 mm definiert. - SB

36 Zeile Korngruppen d/d Feinanteil Kategorie mm M.-% 1 0/2 bis 0/5 3 f3 2 0/2 bis 0/5 16 f16 3 0/2 bis 0/5 > 16 fangegeben 4 2/4 bis 32/63 0,5 f0,5 5 2/4 bis 32/63 1 f1 6 2/4 bis 32/63 1,5 f1,5 7 2/4 bis 32/63 2 f2 8 2/4 bis 32/63 4 f4 9 2/4 bis 32/63 > 4 fangegeben Anmerkung: Für besondere Anwendungsgebiete kann eine Korngruppe / Lieferkörnung 1/3 mm der Kategorie f0,5, f1 oder f4 verwendet werden. Abbildung 2.7 Anforderungen an den Gehalt an Feinanteilen [91] Qualität der Feinanteile Gesteinskörnungen mit hohem Gehalt an tonhaltigen Feinanteilen sind für "frostsichere" ungebundene Tragschichten nicht zulässig. Wenn der Gehalt an Feinanteilen in feinen Gesteinskörnungen nicht mehr als 3 M.-% beträgt, ist keine weitere Prüfung erforderlich. Bei einem Gehalt an Feinanteilen in feinen Gesteinskörnungen > 3 M.-% ist die Qualität der Feinanteile durch die Bestimmung des Methylenblau-Wertes (MBF) nach DIN EN [42] bzw. des Sandäquivalentwertes (SEF) nach DIN EN [43] zu prüfen Widerstand gegen Zertrümmerung von groben Gesteinskörnungen Die Gesteinskörnungen müssen ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Zertrümmerung aufweisen, da sie in der Straßenkonstruktion mechanischen Beanspruchungen durch den Verkehr ausgesetzt sind. Der Widerstand gegen Zertrümmerung wird als Schlagzertrümmerungswert gemäß DIN EN [44], Abschnitt 6 oder als Los Angeles-Koeffizient gemäß DIN EN [44], Abschnitt 5 bestimmt. Das Los Angeles-Prüfverfahren ist das Referenzprüfverfahren. Eine Gesteinsprobe wird in einer rotierenden Trommel mit Stahlkugeln beansprucht. Nach Abschluss des Vorganges wird der Masseanteil in Prozent der Probe ermittelt, der auf einem 1,6-mm-Analysesieb zurückgehalten wird. Der Schlagzertrümmerungswert SZ ist das Maß des mechanischen Widerstandes von Gesteinskörnungen. Die Kornklasse 8 mm bis 12,5 mm wird im Prüfgerät durch 10 Schläge aus einer Höhe von 370 mm zertrümmert. Der Zertrümmerungsgrad wird durch Siebanalyse unter Verwendung von 5 festgelegten Analysesieben ermittelt. - SB

37 Bei der Bestimmung des Schlagzertrümmerungswertes muss die Anforderung einer der Kategorien der Abbildung 2.8 erfüllt werden; dabei ist z.b. die Kategorie LA 20 durch einen Los- Angeles-Koeffizienten von 20 definiert. Los Angeles-Koeffizient [-] keine Anforderung Kategorie LA LA20 LA25 LA30 LA40 LA50 LANR Abbildung 2.8 Anforderungen an den Los Angeles-Koeffizient [91] Widerstand gegen Frost Die Gesteinskörnungen müssen verwitterungsbeständig sein, da sie während der Bauphase und in der fertigen Straßenkonstruktion den Witterungseinflüssen Wasser und Frost ausgesetzt sind. Sie dürfen ihre Eigenschaften hierbei nicht oder nur unwesentlich ändern. Der Nachweis des ausreichenden Widerstandes gegen Frostbeanspruchung hat durch die Bestimmung der Wasseraufnahme, falls erforderlich mit anschließender Bestimmung des Frost-Widerstandes, oder direkt durch die Bestimmung des Frost-Widerstandes zu erfolgen. Messproben aus Gesteinskörnungen einer Größe, die bei Atmosphärendruck mit Wasser getränkt wurden, werden zehn Frost-Tau-Wechseln ausgesetzt. Dies umfasst das Abkühlen auf -17,5 C unter Wasser und das anschließende Auftauen im Wasserbad bei etwa 20 C. Nach Abschluss der Frost-Tau-Wechsel werden die Gesteinskörnungen auf Veränderungen (Rissbildung, Absplitterung und gegebenenfalls Festigkeitsveränderungen) untersucht. Das Prüfverfahren besteht aus dem Tränken bei Atmosphärendruck und der Lagerung im Wasser zur Wasseraufnahme und einer Frostbeanspruchung unter Wasser. Wenn der Wert für die Wasseraufnahme 0,5 M-% entspricht, ist von einer ausreichenden Widerstandsfähigkeit der Gesteinskörnung gegen Frostbeanspruchung auszugehen. Wird die Anforderung nicht eingehalten, ist der Widerstand gegen Frostbeanspruchung nach DIN EN [45] zu prüfen. Er muss die Anforderungen einer der Kategorien von Abbildung 2.9 erfüllen; dabei ist z.b. die Kategorie F 4 durch einen Frostwiderstand als Verlust bzw. Absplitterung von der Ausgangsprobe mit maximal 4 M.-% gekennzeichnet. - SB

38 Frostwiderstand (Verlust in M.-%) 1 4 Kategorie F F1 F4 > 4 Fangegeben *) *) Bei HMVA und RC-Baustoffen gelten zusätzlich die Regelungen der TL SoB-StB Abschnitt bzw Abbildung 2.9 Anforderungen an den Widerstand gegen Frostbeanspruchung [89] Widerstand gegen Polieren von groben Gesteinskörnungen Gesteinskörnungen für Deckschichten oder als Abstreusplitt müssen eine ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen Polieren aufweisen, um eine ausreichende Griffigkeit der Straßenoberfläche bereitzustellen. Der PSV ist ein Maß für die Beständigkeit von Gesteinskörnungen gegen die Polierwirkung von Fahrzeugreifen unter Bedingungen, die denen auf einer Straßenoberfläche ähnlich sind. Die Prüfung wird an Gesteinskörnungen durchgeführt, die durch ein 10-mm-Sieb hindurchgehen und auf einem 7,2-mm-Schlitzsieb zurückbleiben. Der Widerstand gegen Polieren von groben Gesteinskörnungen ist als PSV (polished stone value) gemäß DIN EN [46] zu bestimmen. Der PSV muss die Anforderung einer der Kategorien der Abbildung 2.10 erfüllen. In besonderen Anwendungsfällen kann auch als PSV angegeben ein höherer PSV (z.b. > 53, > 55) gefordert werden. Dabei ist im Allgemeinen z.b. die Kategorie PSV 50 durch einen PSV-Wert 50 definiert. Widerstand gegen Polieren (PSV) Zwischenwerte und solche < 44 keine Anforderung Kategorie PSV PSV50 PSV44 PSVangegeben PSVNR Abbildung 2.10 Anforderungen an den Widerstand gegen Polieren [91] Affinität zwischen groben Gesteinskörnungen und Bitumen Ist die Affinität zwischen Bindemittel und Gestein nicht vorhanden, kommt es bei Wasserzutritt zu Ablösungen des Bindemittels und zum Verlust des Zusammenhanges der Asphaltbestandteile. Die Ablösung kann erfolgen, indem der geschlossene Bindemittelfilm durch einen feinen, zwischen Gesteinskorn und Bindemittel sitzenden Wasserfilm getrennt ist oder indem das Wasser den Bindemittelfilm von der Gesteinsoberfläche verdrängt, wobei sich das Bindemittel zusammenzieht und die Gesteinsflächen sichtbar werden. Die Affinität zwischen - SB

39 groben Gesteinskörnungen und Bitumen ist gemäß DIN EN [47] unter Verwendung eines Bitumens 50/70 visuell bestimmt. Der Grad der Umhüllung der Gesteinskörner mit Bitumen wird durch Augenschein geschätzt und aufgezeichnet Widerstand gegen Hitzebeanspruchung Die Lieferkörnungen zur Herstellung von heißem Asphaltmischgut müssen ausreichend hitzebeständig sein, um die Hitzebeanspruchung in den Trockentrommeln ohne nachteilige Veränderungen zu überstehen. Der Widerstand gegen Hitzebeanspruchung ist nach DIN EN [48] als Massenverlust einer Probe zu bestimmen und in % anzugeben Kornform von groben Gesteinskörnungen Die Kornform ist für die Eigenschaften des fertigen Mischgutes von Bedeutung. Körnungen aus gedrungenen Körnern lassen sich gut verdichten und unterliegen bei mechanischen Beanspruchungen nur geringer Kornzerkleinerung. Plattige Körner behindern den Verdichtungsvorgang und zerbrechen leicht, da sie ungenügend in das übrige Material eingebettet sind. Bestimmt wird der Anteil der Körner als Kornformkennzahl in %, bei denen das Verhältnis von Länge zu Dicke größer als 3:1 ist, da mit einer Verschlechterung der Kornform die Widerstandsfähigkeit gegen Schlagbeanspruchung abnimmt. Die Kornform grober Gesteinskörnungen wird nach DIN EN [49] als Kornformkennzahl oder nach DIN EN [50] als Plattigkeitskennzahl bestimmt. Das Prüfverfahren nach DIN EN [50] ist das Referenzprüfverfahren. Die Kornformkennzahl muss die Anforderung einer der Kategorien der Abbildung 2.11 erfüllen; dabei ist z.b. die Kategorie SI 15 durch eine Kornformkennzahl 15 % definiert. Kornformkennzahl Kategorie in % SI 15 SI15 20 SI20 50 SI50 keine Anforderung SINR Abbildung 2.11 Anforderungen an die Kornformkennzahl [91] Anteil gebrochener Oberflächen in groben Gesteinskörnungen Von der Größe und Anzahl der gebrochenen Oberflächen der Gesteinskörnung hängt die Verzahnung und damit die innere Reibung des Korngerüstes ab. Je höher der Anteil der ge- - SB

40 brochenen Oberflächen, umso höher die innere Reibung und somit die Möglichkeit der Aufnahme großer Lasten durch das Korngerüst z.b. eines Asphaltes. Der nach DIN EN [51] visuell bestimmte Anteil an gebrochenen Körnern einschließlich vollständig gebrochener Körner in M.-% der prozentuale Massenanteil an vollständig gerundeten Körnern muss die Anforderung einer der Kategorien der Abbildung 2.12 erfüllen; dabei ist z.b. Kategorie C 90/1 durch einen minimalen Anteil von 90 M.-% vollständig gebrochener und teilweise gebrochener Körner und einen maximalen Anteil von 1 M.-% vollständig gerundeter Körner definiert. Anteil vollständig gebrochener Körner M.-% Anteil vollständig gebrochener und teilweise gebrochener Körner M.-% Anteil vollständig gerundeter Körner M.-% Kategorie C C100/0 C90/1 C90/3 C50/30 CNR/70 keine Anforderung CNR Abbildung 2.12 Anforderungen an den Anteil gebrochener Körner (einschließlich des Anteils vollständig gebrochener und vollständig gerundeter Körner) [91] Bei Gesteinskörnungen aus gebrochenem Festgestein ist davon auszugehen, dass sie der Kategorie C 100/0 entsprechen und keine weitere Prüfung erforderlich ist Fließkoeffizient von Gesteinskörnungen 0/2 mm Der Fließkoeffizient dient als Kenngröße für die versteifende Wirkung des Sandes im Asphalt / Asphaltmörtel. Für die Sicherstellung der Qualität von Asphalt ist die Festlegung dieser Korngröße von herausragender Bedeutung. Der Fließkoeffizient einer Gesteinskörnung ist die Zeit, in Sekunden, die ein festgelegtes Volumen einer Gesteinskörnung benötigt, um unter festgelegten Bedingungen bei Verwendung einer genormten Prüfeinrichtung durch eine definierte Öffnung zu fließen. Der Fließkoeffizient einer Gesteinskörnung 0/2 mm wird nach DIN EN [52], Abschnitt 8 bestimmt. Der Fließkoeffizient muss die Anforderung einer der Kategorien der Abbildung 2.13 erfüllen; dabei ist z.b. die Kategorie EcsNR durch keine Anforderung an den Fließkoeffizient definiert, d.h. der Versuch muss durchgeführt werden, unterliegt aber keiner Anforderung. - SB

41 Fließkoeffizient in Sekunden Kategorie ECS < 30 ECS angegeben keine Anforderung ECSNR Abbildung 2.13 Anforderungen an den Fließkoeffizienten einer Gesteinskörnung [91] Sonnenbrand" von Basalt Sonnenbrand ist eine Art des Gesteinszerfalls, der in einigen Basalten auftreten kann und sich unter dem Einfluss der Witterungsverhältnisse manifestiert. Er beginnt mit dem Auftreten von sternförmigen grau-weißen Flecken. Gewöhnlich kommt es von diesen Flecken ausgehend zur Bildung von Haarrissen, die diese Flecken miteinander verbinden. Hierdurch wird die Festigkeit des Mineralgefüges vermindert, wodurch das Gestein in kleine Körner zerfällt. Je nach Ursache kann dieser Prozess innerhalb von Monaten nach dem Abbau stattfinden oder sich über mehrere Jahrzehnte erstrecken. In Ausnahmefällen kann eine schnelle Verwitterung zur Bildung großer Risse und zum Bruch der Gesteinskörner führen. Prüfverfahren Ergebnis M.-% Kategorie SB DIN EN Absplitterung nach Kochen 1 DIN EN Zunahme des Schlagzertrümmerungswertes nach Kochen 5 SBSZ DIN EN Absplitterung nach Kochen 1 DIN EN Zunahme des Los Angeles- Koeffizienten nach Kochen 8 SBLA Abbildung 2.14 Anforderungen bei Prüfung auf Sonnenbrand" [91] Wenn Anzeichen von Sonnenbrand" vorliegen, sind der Masseverlust durch Kochen einer Probe nach DIN EN [53] und der Widerstand gegen Zertrümmerung nach DIN EN [44] zu bestimmen. In Abhängigkeit von dem gewählten Prüfverfahren müssen die Anforderungen der entsprechenden Kategorie der Abbildung 2.14 erfüllt werden Gehalt an groben organischen Verunreinigungen Alle Gesteinskörnungen sollen frei von Erde, Lehm, Ton, Mergel, Pflanzenresten und sonstigen schädlichen Bestandteilen sein, die den Zusammenhalt des Bitumens und der Gesteinskörnungen im Asphalt verschlechtern könnten. Der Gehalt an groben organischen Verunreinigungen ist gemäß DIN EN [54] zu be- - SB

42 stimmen. Das Mörtelverfahren ist ein Anwendungsverfahren, das dazu bestimmt ist, Wirkungen darzustellen und zu quantifizieren, die organische Verunreinigungen in Gesteinskörnungen auf das Erstarren und Erhärten von Mörtel haben können. Das Prinzip des Verfahrens ist, zwei gleiche Mörtel herzustellen und diese auf Erstarrungszeit und Druckfestigkeit zu prüfen. Ein Mörtel enthält die Gesteinskörnung im Anlieferungszustand, während der andere Mörtel eine Parallelprobe enthält, die erhitzt worden ist, um den organischen Anteil zu zerstören. Die erhitzte Gesteinskörnung dient als Kontrollprobe, die mit der Originalgesteinskörnung vergleichbar ist. Die Erstarrungsprüfung dient zur Einschätzung der Beschleunigung oder Verzögerung des Erstarrens des Mörtels, während die 28-Tage-Festigkeit Langzeiteffekte anzeigt. Die Anforderung einer der Kategorien der Abbildung 2.15 ist zu erfüllen; dabei ist z.b. Kategorie mlpc 0,10 als organische Verunreinigung mit einem maximalen Anteil von 0,10 M.-% definiert. Organische Verunreinigungen in M.-% mlpc Kategorie Gesteinskörnung 0,10 mlpc 0,10 feine 0,25 mlpc 0,25 Gesteinskörnungen 0,50 mlpc 0,50 > 0,50 mlpc angegeben grobe Gesteinskörnungen Abbildung ,05 mlpc 0,05 0,10 mlpc 0,10 0,50 mlpc 0,50 > 0,50 mlpc angegeben Anforderungen an den Gehalt an groben organischen Verunreinigungen [91] 2.5 Verständnisfragen Was sind Gesteine? Welche Kriterien gelten für den bautechnischen Einsatz von Gesteinen? Aufgrund von welchen Kenngrößen kann die Eignung des Gesteins vor Abbau auf seine Eignung hin beurteilt werden? Nennen Sie zwei Technische Regelwerke für Gesteinskörnungen, wofür gelten sie? Welche Eigenschaften müssen Gesteinskörnungen für den Straßenbau erfüllen, welche Prüfungen werden durchgeführt? - SB

43 3 Alternative Baustoffe - Recycling-Baustoffe und industrielle Nebenprodukte 3.1 Definitionen Die vielfältigen unterschiedlichen Begriffe ergeben sich aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen, die das Thema Abfall, Reststoffe, Recycling und industrielle Nebenprodukte behandeln. Aktuelle und verbindliche Definitionen für den qualifizierten Straßenbau enthalten die TL Gestein-StB [89]: Natürliche Gesteinskörnungen sind Gesteinskörnungen aus mineralischen Vorkommen, die ausschließlich einer mechanischen Aufbereitung unterzogen worden sind (siehe Kapitel 2). Sie sind keine alternativen Baustoffe. Industriell hergestellte Gesteinskörnungen sind Gesteinskörnungen mineralischen Ur - sprungs, die industriell unter Einfluss thermischer oder sonstiger Prozesse entstanden sind. In Deutschland werden verwendet: - Hochofenstückschlacke (HOS) - Hüttensand (HS) - Stahlwerksschlacke (SWS) - Schlacke aus der Kupfererzeugung (CUS/CUG) - Gießerei-Kupferofenschlacke (GKOS) - Steinkohleflugasche (SFA) - Schmelzkammergranulat (SKG) - Kesselasche aus Steinkohlefeuerung (SKA) - Gießereirestsand (GRS) - Hausmüllverbrennungsasche (HMVA) Rezyklierte Gesteinskörnungen sind Gesteinskörnungen, die durch Aufbereitung anorganischen Materials entstanden sind, das zuvor als Baustoff eingesetzt war. Recycling Baustoffe sind rezyklierte Gesteinskörnungen mit Begrenzung des Anteils einzelner Stoffgruppen. Im Merkblatt über die Wiederverwertung von mineralischen Baustoffen als Recycling- Baustoffe im Straßenbau, M RC [106] werden folgende Definitionen für Recycling-Baustoffe bzw. Recycling-Baustoff-Gemische angegeben: Recycling-Baustoffe (Lieferbezeichnung: RC-Baustoffe) sind Gesteinskörnungen, die zuvor schon als natürliche oder künstliche mineralische Baustoffe in gebundener oder ungebun- - SB 3-1 -

44 dener Form eingesetzt waren. Sie werden beim Umbau, Rückbau oder Abbruch gewonnen und für den neuen Verwendungszweck entsprechend aufbereitet. Recycling-Baustoff-Gemische sind Gemische aus RC-Baustoffen und ungebrauchten Baustoffen, ggf. auch mit der Zugabe von industriellen Nebenprodukten (Lieferbezeichnung: RC- Gemische). In der Mitteilung 20 der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) [24] werden im Hinblick auf die Verwertung die folgenden Definitionen verwendet: Recyclingbaustoff: Bauschutt (im Sinne der LAGA [24]), der in mobilen und stationär betriebenen Anlagen für den späteren Verwendungszweck ohne weitere Vermischung mit anderen Stoffen aufbereitet worden ist. Nicht aufbereiteter Bauschutt: Bauschutt (im Sinne der LAGA [24]) sowie Fehlchargen und Bruch aus der Produktion von mineralischem Baumaterial, die ohne weitere Aufbereitung verwendet werden. Reststoff: Stoff der bei der Energieumwandlung oder bei der Herstellung, Bearbeitung oder Verarbeitung von Stoffen anfällt, ohne dass der Zweck des Anlagebetriebes darauf gerichtet ist. (Definition gemäß VwV zu 5 Abs. 1 Nr. 3 Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG)) Abfall: Bewegliche Sache, derer sich der Besitzer entledigen will oder deren geordnete Entsorgung zur Wahrung des Wohls der Allgemeinheit, insbesondere des Schutzes der Umwelt, geboten ist. Wiederverwendung: Wiederholte Benutzung eines Stoffes / Produktes für den gleichen Verwendungszweck. Verwertung: Verwendung von durch Aufbereitung von Reststoffen / Abfällen entstandenen Stoffen. (Verwertung i.s. des Abfallgesetzes (AbfG) umfasst die Wiederverwendung und Verwertung) Aufbereitung: Behandeln von Reststoffen / Abfällen zur weiteren Verwendung. Dies sind z.b. - physikalische Verfahren (z.b. Sortierung, Zerkleinerung, Klassierung) - chemische Verfahren - biologische Verfahren - thermische Verfahren - kombinierte Verfahren (z.b. Bodenwäsche) Einbau: Wiederverwendung und Verwertung von Reststoffen / Abfällen bei Baumaßnahmen im weitesten Sinne: - SB 3-2 -

45 In den Richtlinien für die umweltverträgliche Verwertung von Ausbaustoffen mit teer- / pechtypischen Bestandteilen sowie für die Verwertung von Ausbauasphalt im Straßenbau [99] sind Definitionen aus dem Bereich der Verwertung von Asphalt zu finden: Asphalt ist ein technisch hergestelltes Gemisch aus Straßenbaubitumen oder Bitumenhaltigen Bindemitteln und Gesteinskörnungen sowie ggf. weiteren Zuschlägen und/oder Zusätzen. Asphalt kommt in besonderer Zusammensetzung auch vereinzelt in der Natur vor. Aus der Definition folgt, dass Asphalt immer teerfrei ist. Ausbauasphalt ist Fräsasphalt oder Aufbruchasphalt. Fräsasphalt ist der durch Fräsen kleinstückig gewonnene Ausbauasphalt. Aufbruchasphalt ist der durch Aufbrechen / Aufnehmen eines Schichtenpaketes in Schollen gewonnene Ausbauasphalt. Asphaltgranulat ist der Ausbauasphalt, der durch fräsen (ggf. mit anschließender, zusätzlicher Zerkleinerung) oder durch Aufbrechen / Aufnehmen von Schollen mit anschließender Zerkleinerung in Stücken gewonnen wurde. Die maximale Stückgröße des Asphaltgranulates entspricht der Nennweite der Prüfsieböffnung, durch die die größten Stücke gerade noch hindurchgehen. Teer- / pechtypische Bestandteile: Aromate, die durch Pyrolyse entstehen. In Steinkohleteeren kommen als typische Bestandteile (Substanzen) vorwiegend polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), in Braunkohlenteeren kommen Phenole als typische Substanzen vor. PAK können in Braunkohlenteer-Erzeugnissen ebenso vorkommen wie Phenole in Steinkohleteerpech-Produkten; dies ist abhängig von der Pyrolysetemperatur. Unterscheidung von Asphalt und von Ausbaustoffen mit teer- / pechtypischen Bestandteilen Durch Pyrolyse (Zersetzung durch Wärme) von organischem Material entstehen immer Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Teere sind Pyrolyseprodukte. Sie enthalten daher große Mengen an PAK. Darin sind alle Verbindungen dieser Art in mehr oder weniger hohen Anteilen enthalten. Einige PAK gelten als krebserzeugend. Für das krebserzeugende Potenzial PAK-haltiger Stoffgemische wird das Benzo(a)pyren (B(a)P) als Bezugssubstanz angenommen, und nur hierfür wurden Grenzwerte in den TRGS 900 Technische Regeln für Gefahrstoffe: Arbeitsplatzgrenzwerte [22] und TRGS 905 Technische Regeln für Gefahrstoffe: Verzeichnis krebserzeugender, erbgutverändernder oder fortpflanzungsgefährdender Stoffe [23] festgelegt, die als technische Richtkonzentration (TRK-Werte) definiert sind. - SB 3-3 -

46 Danach gilt für B(a)P als Inhaltsstoff: - bei weniger als 50 mg/kg: nicht kennzeichnungspflichtig - bei 50 bis mg/kg: krebserzeugend - bei über mg/kg: stark krebserzeugend Bitumen enthält weniger als 50 mg/kg B(a)P und ist daher gemäß Gefahrstoffverordnung nicht kennzeichnungspflichtig. Liegen PAK-haltige Stoffgemische vor, so wird ihr PAK-Gehalt nur auf 16 PAK gemäß der Liste der US Environmental Protection Agency (PAK nach EPA) bezogen. B(a)P gehört dazu. Der Anteil an B(a)P im PAK-Gemisch nach EPA im Straßenteer / -pech beträgt i.d.r. 5 bis 8 M.-%, ist aber nie größer als 10 M.-% und abhängig von der Entstehung der PAK. Dies hat eine Auswertung von Untersuchungen an ca. 300 Proben ergeben. Bei max. 10 M.-% B(a)P im PAK-Gemisch nach EPA ergeben sich hieraus max. 500 mg/kg PAK nach EPA für ein kennzeichnungsfreies Bindemittel. Hieraus lassen sich die maximal zulässigen Konzentrationen von PAK nach EPA im Asphalt bei Annahme eines Bindemittelgehaltes B im Ausbauasphalt von 5 M.-% ermitteln. Man erhält: 25 mg/kg PAK nach EPA. Ein solcher Ausbaustoff entspricht begrifflich einem Asphalt. 3.2 Motivation und gesetzliche Grundlagen Das Recycling von Baustoffen, also die Wiederverwendung bereits benutzter Baumaterialien, sowie darüber hinausgehend der Einsatz alternativer Baustoffe verfolgen zwei Ziele, nämlich - die Schonung natürlicher Ressourcen und - die Einsparung von Deponieraum. Die Grundlage bildet heute das 1994 in Kraft getretene Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) [18]. Es unterscheidet Abfälle zur Verwertung und zur Beseitigung. Erst wenn nachgewiesen ist, dass Abfälle nicht verwertet werden können, ist die Beseitigung auf Deponien möglich. Nach der Gesetzesdefinition sind Abfälle alle beweglichen Sachen, deren sich ihr Besitzer entledigt, entledigen will oder entledigen muss. Ein Gesetzesanhang erläutert, welche beweglichen Sachen unter diese Definition fallen. Zentral ist der Gedanke der so genannten Produktverantwortung. Das bedeutet, dass Produkte soweit wie möglich so zu gestalten sind, dass sowohl bei ihrer Herstellung als auch bei ihrem Gebrauch das Entstehen von Abfällen vermindert wird und nach ihrem Gebrauch eine möglichst umweltverträgliche Entsorgung gewährleistet ist. Abfälle sind danach vorrangig zu vermeiden, insbesondere durch die - SB 3-4 -

47 Verminderung ihrer Menge und Schädlichkeit. Sie sind in zweiter Linie stofflich zu verwerten, wobei die Verwertung möglichst hochwertig erfolgen soll, oder zur Gewinnung von Energie (z.b. durch Verbrennung) zu nutzen. Erst wenn all diese Möglichkeiten ausscheiden, sind die Abfälle umweltverträglich zu beseitigen. Die Zielhierarchie kann also kurz durch Vermeidung Verwertung Deponierung dargestellt werden. Dies gilt auch für den Straßenbau und sollte schon bei Planung und Entwurf der Konstruktion beachtet werden. Das KrW-/AbfG [18] stellt die Basis des Einsatzes alternativer Baustoffe dar. Es definiert aber auch, dass eine ordnungsgemäße und schadlose Verwertung zu erfolgen hat. In diesem Zusammenhang sind das Bundes-Bodenschutzgesetz (BBodSchG) [19]. und die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) [20] sowie das Wasserhaushaltsgesetz (WHG) [21] zu beachten. Industrielle Nebenprodukte und Recycling-Baustoffe müssen demnach nicht nur die bautechnischen Anforderungen des jeweiligen Einsatzbereiches erfüllen, sondern zusätzlich auch Anforderungen an die Umweltverträglichkeit. Abbildung 3.1 Einsatzmöglichkeiten von RC-Baustoffen im Straßenbau [17]. - SB 3-5 -

48 Die Verwendung industrieller Nebenprodukte kann nicht verallgemeinert dargestellt werden. In Abhängigkeit der Eigenschaften der unterschiedlichen Baustoffe ergeben sich Einschränkungen für den Einsatz. Je nach technischer Eignung können diese Baustoffe für bestimmte Anwendungszwecke herangezogen werden, jedoch sind allgemein gültige Aussagen nur schwer möglich [3]. Die Einsatzgebiete einzelner industrieller Nebenprodukte können Merkblättern entnommen werden. 3.3 Technische Regelwerke Für den Einsatz alternativer Baustoffe gibt es eine Vielzahl technischer Regelwerke, die in unterschiedlichem Maße die technischen sowie die umweltrelevanten Anforderungen und Prüfungen bestimmen. Bundeseinheitliche Regelungen gibt es nur in eingeschränktem Maße, viele sind länderspezifisch. Dies bedingt, dass Anforderungen, Prüfungen wie auch Nomenklatur unterschiedlich sein können und unterschiedliche Begriffsbestimmungen existieren. Im Zuge der europäischen Regelungen wird die Überarbeitung des bestehenden Regelwerks erforderlich und gleichzeitig die Gestaltungsmöglichkeiten der Bundesländer eingeschränkt, so dass in Zukunft mit einheitlicheren Regelungen zu rechnen ist. Zu unterscheiden sind hierbei Regelungen, die die bautechnischen Eigenschaften und die Umweltverträglichkeit der Baustoffe betreffen. Ähnlich geartet sind die Bemühungen der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA), da es in den einzelnen Bundesländern zur Zeit sowohl von der Seite der zuständigen Behörden als auch von der betroffenen Wirtschaft eine Vielzahl von Aktivitäten gibt mit dem Ziel, Reststoffe bzw. Abfälle in den Stoffkreislauf zurückzuführen und als Sekundärrohstoffe zu verwerten. Bei der Umsetzung dieser Ziele stehen die Beteiligten häufig vor dem Problem, dass es keine bundeseinheitlichen Grundsätze zur Untersuchung und Bewertung dieser Stoffe aus ökologischer Sicht gibt bzw. die vorhandenen Ansätze präzisiert werden müssten. Um sicherzustellen, dass es nicht zu einer unterschiedlichen Beurteilung und Behandlung von Verwertungsvorhaben kommt und die bereits vorhandenen Ansätze in den einzelnen Rechtsbereichen und Bundesländern aufeinander abgestimmt und vereinheitlicht werden, wurde auf Beschluss der Umweltministerkonferenz und der LAGA-Vollversammlung 1991 eine Bund-Länder-Arbeitsgemeinschaft Vereinheitlichung der Untersuchung und Bewertung von Reststoffen eingerichtet [24]. Für den qualifizierten Straßenbau ist das entsprechende Regelwerk in Technische Lieferbedingungen (TL), Technische Prüfvorschriften (TP), Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen (ZTV) sowie Richtlinien, Merkblätter, Hinweise und Verwaltungsvorschriften gegliedert. Für andere Bereiche des Verkehrswegebaus ist beispielsweise auch die Mitteilung - SB 3-6 -

49 20 der LAGA [24] heranzuziehen. Im Anschluss werden einige wichtige Regelwerke und ihre Anwendungsbereiche erläutert Regelwerke für den qualifizierten Straßenbau Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau TL Gestein-StB [89]. Die TL Gestein-StB enthalten Anforderungen an natürliche, industriell hergestellte und rezyklierte Gesteinskörnungen, die bei der Herstellung von Oberbauschichten verwendet werden. Durch sie werden unterschiedliche europäische Normen in Deutschland umgesetzt. Sie enthalten neben bautechnischen Anforderungen auch Anforderungen an umweltrelevante Merkmale von industriell hergestellten und von rezyklierten Gesteinskörnungen. Dabei wird u.a. auch auf die RuA-StB [100], das M HMVA [107] und das M RC [106] verwiesen. Ebenso wird die zulässige stoffliche Zusammensetzung von rezyklierten Gesteinskörnungen festgelegt. Technische Lieferbedingungen für Baustoffgemische und Böden zur Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau TL SoB-StB [88]. Technische Lieferbedingungen für Baustoffgemische und Böden zur Herstellung von Schichten ohne Bindemittel im Straßenbau, Teil: Güteüberwachung TL G SoB-StB [91]. Richtlinien für die umweltverträgliche Anwendung von industriellen Nebenprodukten und Recycling-Baustoffen im Straßenbau RuA-StB [100]: Diese Richtlinien behandeln im Straßenbau einsetzbare Stoffe, für die zum Teil auch die Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) Anforderungen erarbeitet hat. Diese sind in der Mitteilung 20 der LAGA [24] als technische Regeln festgelegt. Mit den Vorgaben dieser Richtlinien wird sichergestellt, dass die Schadlosigkeit der Verwertung gegeben ist und keine Schadstoffanreicherung im Stoffkreislauf erfolgt. Es werden die Einsatzmöglichkeiten industrieller Nebenprodukte und von Recycling-Baustoffen unter Beachtung bautechnischer und wasserwirtschaftlicher Vorgaben beschrieben. Kriterium hierbei sind u.a. Abdichtung und Wasserzutrittsmöglichkeit. Diese Richtlinien sind z.b. in Baden-Württemberg nicht eingeführt, stattdessen sind mit den Ergänzungen zu den Technischen Vertragsbedingungen im Straßenbau - Baden-Württemberg - ETV StB- BW [82] bei der Verwendung von industriell hergestellten Gesteinskörnungen und von RC-Baustoffen hinsichtlich der Einbaukonfigurationen und der umweltrelevanten Anforderungen die Vorläufigen Hinweise zum Einsatz von Baustoffrecyclingmaterial [25] maßgebend. - SB 3-7 -

50 Merkblatt über die Wiederverwertung von mineralischen Baustoffen als Recycling-Baustoffe im Straßenbau - M RC [106] Dieses Merkblatt behandelt den Umgang mit dem Material von der Rückbauplanung und der Wiedergewinnung über die Kontrolle bei der Annahme an der Aufbereitungsanlage, die Aufbereitung und die Lagerung bis zur Güteüberwachung hinsichtlich bautechnischer und umweltrelevanter Vorgaben. Es gibt eine Übersicht über Verwertungsmöglichkeiten in Abhängigkeit von der stofflichen Zusammensetzung. Für die Wiederverwendung von Straßenbaustoffen sind z.t. die oben genannten Regelungen zu beachten. Weitere Regelungen sind zu beachten, wenn der ausgebaute Straßenbaustoff mit pechhaltigem Material (früher als Teer bezeichnet) belastet ist. Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat TL AG-StB [92]: Sie enthalten materialspezifische Klassifizierungen von Asphaltgranulat, das bei der Herstellung von Baustoffgemischen für Schichten im Straßenoberbau sowie für andere Verkehrsflächen verwendet werden soll. Sie gelten nicht für Straßenausbaustoffe mit teer- / pechtypischen Bestandteilen. Richtlinien für die umweltverträgliche Verwertung von Ausbaustoffen mit teer- / pechtypischen Bestandteilen sowie für die Verwertung von Ausbauasphalt im Straßenbau - RuVA- StB [99]: Es wird das Vorgehen bei der umweltverträglichen Verwertung von Ausbaustoffen mit teer- / pechtypischen Bestandteilen sowie die Möglichkeiten zu deren Verwertung aufgezeigt. In Abgrenzung hierzu wird ebenfalls die Verwertung von Ausbauasphalt behandelt. In den Richtlinien werden die technischen Regeln der LAGA [24] aufgegriffen, erläutert und in das Regelwerk des Straßenbaus eingearbeitet. Merkblatt für die Verwertung von Asphaltgranulat und pechhaltigen Straßenbaustoffen in Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln [108]: Dieses Merkblatt gibt ergänzende Hinweise für den Bau von Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln unter Verwendung von Asphaltgranulat oder von pechhaltigen Straßenbaustoffen. Merkblatt für die Verwertung von pechhaltigen Straßenausbaustoffen und von Asphaltgranulat in bitumengebundenen Tragschichten durch Kaltaufbereitung in Mischanlagen [109]: Es behandelt die Wiederverwendung pechhaltiger Straßenbaustoffe in Kaltbauweise unter Verwendung von Bitumenemulsion sowie Gemische aus Bitumenemulsion unter Anwendung des Zentralmischverfahrens. - SB 3-8 -

51 Merkblatt für Kaltrecycling in situ im Straßenoberbau M KRC [110]: Das Merkblatt beschreibt die Anwendung und Ausführung von Verfahren zur vollständigen Verwertung von Straßenbaustoffen auf der Baustelle im Kalteinbau unter Zugabe von Bindemittel(n). Insbesondere für die Verwendung industrieller Nebenprodukte im Straßen- und Erdbau gibt es eine Vielzahl Technischer Lieferbedingungen, Merkblätter und Hinweise, die je nach Baustoff beachtet werden müssen. Die entsprechenden Regelungen sind hier aufgeführt, aber nicht näher erläutert: - Merkblatt über die Verwendung von Hausmüllverbrennungsasche im Straßenbau - M HMVA [107] - Merkblatt über die Verwendung von Gießereireststoffen im Straßenbau [111] - Merkblatt über die Verwendung von Metallhüttenschlacken im Straßenbau [112] - Merkblatt über die Verwendung von Hüttenmineralstoffgemischen, sekundärmetallurgischen Schlacken sowie Edelstahlschlacken im Straßenbau [113] - Merkblatt über die Verwendung von Eisenhüttenschlacken im Straßenbau [114] - Merkblatt über die Verfestigung von Waschbergen aus der Steinkohlengewinnung mit hydraulischen Bindemitteln [115] - Merkblatt über die Verwendung mineralischer Baustoffe aus Bergbautätigkeiten im Straßen- und Erdbau [116] - Merkblatt über die Verwendung von Hüttensand in Frostschutz- und Schottertragschichten [117] - Hinweise zur Verwendung von Braunkohlenflugasche aus Kraftwerken mit Kohlestaubfeuerung im Erdbau [26] - Merkblatt über die Verwendung von Kraftwerksnebenprodukten im Straßenbau [118] - Technische Lieferbedingungen für Böden und Baustoffe im Erdbau des Straßenwesens (TL BuB E-StB 2009) [93] Regelwerke für andere Bereiche des Verkehrswegebaus Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen / Abfällen - Technische Regeln - LAGA Mitteilung 20 [24]: Ziel der LAGA ist es, die Technischen Regeln für die einzelnen Reststoffe / Abfälle in sich geschlossen darzustellen, so dass dem Benutzer alle für die Untersuchung und - SB 3-9 -

52 Bewertung erforderlichen Informationen zur Verfügung stehen. Sie gliedert sich in einen Allgemeinen Teil, Technische Regeln sowie Probenahme und Analytik. Der allgemeine Teil beschreibt die übergreifenden Verwertungsgrundsätze und Rahmenbedingungen. Die Technischen Regeln legen Zuordnungswerte für Einbaukonfigurationen fest. Die Festlegungen der Probenaufbereitung und Analytik ist Voraussetzung für eine einheitliche Untersuchung und Bewertung von Stoffen. Die LAGA ist z.b. in Baden- Württemberg offiziell nicht eingeführt, wird aber dort angewendet. Vorläufige Hinweise zum Einsatz von Baustoffrecyclingmaterial [25]: Die nur in Baden-Württemberg geltenden Hinweise sind in der ETV StB-BW eingeführt. Sie definieren u.a. Ausgangsmaterialien für RC-Baustoffe, Anforderungen an Aufbereitung und Lagerung, Ausschreibung, Einbaukonfiguration und Anforderungen an die Umweltverträglichkeit bei der jeweiligen Einbaukonfiguration und nicht zuletzt die Bewertung der Überwachungsergebnisse. 3.4 Verwertung von Recycling-Baustoffen (Straßenaufbruch und Bauschutt) Die Herstellung und Verwertung von Recycling Baustoffen kann in drei wesentliche Schritte eingeteilt werden: - Gewinnung - Aufbereitung - Verwertung Dies gilt für Straßenaufbruch ebenso wie für Bauschutt, wobei Gewinnung, Aufbereitung und Verwertung von entsprechenden Untersuchungen und Anforderungen begleitet sind und sich für Straßenaufbruch und Bauschutt unterscheiden. Sollen Recycling-Baustoffe im Straßenbau eingesetzt werden, so ist im konkreten Einzelfall eine Anwendungsmöglichkeit nur zu verwirklichen, wenn der Baustoff die Anforderungen der einschlägigen technischen Vorschriften für diesen Verwendungszweck und darüber hinaus die Anforderungen, die das entsprechende Regelwerk an den Recycling-Baustoff stellt, erfüllt. Diese Anforderungen beziehen sich sowohl auf den bautechnischen wie auch auf den umweltrelevanten Bereich. Die bautechnischen Anforderungen im qualifizierten Straßenbau ergeben sich prinzipiell aus den Anforderungen an natürliche Gesteinskörnungen (siehe Kapitel 2 Natürliche Gesteine), wobei für RC-Baustoffe geringfügige Abweichungen bestehen oder zusätzliche Anforderungen in den einschlägigen Regelwerken, z.b. TL Gestein-StB [89] und TL SoB-StB [88], formuliert sind. - SB

53 Anforderungen an die umweltverträgliche Verwertung ergeben sich aus unterschiedlichen Regelwerken, die z.t. aufeinander Bezug nehmen, wie z.b. die TL Gestein-StB [89], die RuVA-StB [99], die RuA-StB [100] und für den nicht qualifizierten Straßenbau die LAGA [24]. Für den qualifizierten Straßenbau werden die Anforderungen an die umweltverträgliche Verwertung entsprechend der Ausbaustoffe ggf. aus verschiedenen Schichten des aufgebrochenen Straßenkörpers aufgestellt. Diese werden nachfolgend beschrieben Anforderungen bei der umweltverträglichen Verwertung von Ausbaustoffen mit teer- / pechtypischen Bestandteilen sowie Ausbauasphalt Ein Entscheidungsablaufschema für diese Ausbaustoffe ist beispielsweise in den RuVA-StB [99] (Abbildung 3.2) dargestellt. Es wird dabei zwischen unterschiedlichen Verwertungsverfahren für Ausbaustoffe mit teer- / pechtypischen Bestandteilen bzw. Ausbauasphalt unterschieden; diese ergeben sich abhängig von der Verwertungsklasse, die aus der Prüfung der Ausbaustoffe auf PAK und Phenole hervorgeht (Abbildung 3.3). - SB

54 Abbildung 3.2 Entscheidungsablauf für die Verwertung von Ausbaustoffen mit teer- / pechhaltigen Bestandteilen sowie Ausbauasphalt [99] Anhand der Verwertungsklassen ergeben sich auch Voraussetzungen für den Einbau, die in Abbildung 3.4 wiedergegeben sind. - SB

55 Abbildung 3.3 Verwertungsklassen von Ausbaustoffen mit teer- / pechhaltigen Bestandteilen sowie Ausbauasphalt und Zuordnung von Verwertungsverfahren [99] Abbildung 3.4 Verwertungsverfahren für den Einbau aus Sicht des Boden- und Gewässerschutzes [99] Anforderungen bei der umweltverträglichen Verwertung von RC-Baustoffen Entsprechend den wasserwirtschaftlichen Eigenschaften der Baustoffe ist deren Verwertung in verschiedenen Bauweisen und hydrologisch unterschiedlichen Einbaugebieten gemäß - SB

56 RuA-StB [100] vorzusehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schadlosigkeit der Verwertung gegeben ist und keine Schadstoffanreicherung im Stoffkreislauf erfolgt. Abbildung 3.5 Im Rahmen der Güteüberwachung einzuhaltende Richt- und Grenzwerte für das Eluat [89] Abbildung 3.6 Anwendungs- / Verwertungsmöglichkeiten beispielhaft für einen Recycling-Baustoff der Klasse RC-1 [100] - SB

57 Die Anforderungen bzw. Grenzwerte der umweltrelevanten / wasserwirtschaftlichen Merkmale sind in Anhang D der TL Gestein-StB [89] in drei Stufen (RC-1, RC-2, RC-3) gegeben und einzuhalten. Entsprechend der Klassifizierung ist ein jeweiliger Einsatz für die Verwertung gemäß RuA- StB [100] möglich. Diese Systematik basiert auf dem Prinzip der LAGA [24], das nachfolgend ausführlicher beschrieben wird Anforderungen und Einsatzbereiche entsprechend LAGA Bei der Wiederverwendung bzw. Verwertung von Abfällen müssen unabhängig vom jeweiligen Verwertungsweg die folgenden Grundsätze beachtet werden: - Der für die Verwertung vorgesehene Abfall muss die Funktion des Primärrohstoffes übernehmen und die an ihn zu stellenden technischen Anforderungen möglichst weitgehend erfüllen können. Begründete Abweichungen sind zulässig. Die technischen Anforderungen sind durch die jeweiligen Anwender, z.b. durch die Straßenbauverwaltung oder die Bergbehörden, vorzugeben. - Zur Vereinheitlichung im Vollzug werden für den Einbau Zuordnungswerte festgelegt, die unter Berücksichtigung des Gefährdungspotenzials eine umweltverträgliche Verwertung der jeweiligen Abfälle ermöglichen. Dabei werden mehrere Einbauklassen unterschieden, deren Einteilung auf Herkunft, Beschaffenheit und Anwendung nach Standortvoraussetzungen basiert. - Die Zuordnungswerte sind Orientierungswerte. Abweichungen können zugelassen werden, wenn im Einzelfall der Nachweis erbracht wird, dass das Wohl der Allgemeinheit nicht beeinträchtigt wird. - Der Einsatz von Abfällen darf bei - der Verwendung, - der weiteren Verwertung oder - der weiteren Behandlung und/oder Ablagerung nicht zu unvertretbaren Umweltbeeinträchtigungen führen, auch unter Berücksichtigung der regional vorhandenen Hintergrundwerte (geogen, pedogen, anthropogen). - Die für die schadlose Verwertung maßgeblichen Konzentrationen an Schadstoffen dürfen zum Zweck einer umweltverträglichen Verwertung weder durch die Zugabe von geringer belastetem Material gleicher Herkunft, noch durch Vermischung mit anderen un- - SB

58 belasteten Stoffen eingestellt werden (Verdünnungsverbot). Bei Abfallgemischen dürfen die Einzelstoffe die festgelegten Zuordnungswerte nicht überschreiten. Dieses gilt unabhängig davon, ob der Abfall direkt oder im Zusammenhang mit der Herstellung eines Produktes verwertet werden soll. - Werden die für die Verwertung maßgeblichen Konzentrationen überschritten, können die für die Verwertung vorgesehenen Abfälle unter Beachtung der Verwertungsgrundsätze so behandelt werden, dass die Schadstoffe - abgetrennt und umweltverträglich entsorgt oder - durch geeignete Verfahren und chemische Umsetzungen dauerhaft in stabile, schwer lösliche und damit unschädliche Verbindungen umgewandelt werden. Ist dies nicht möglich oder zweckmäßig, kommt nur noch eine umweltverträgliche Ablagerung als Abfall in Frage. Uneingeschränkter Einbau Z 0 entsprechend LAGA Ein uneingeschränkter Einbau ist zulässig, wenn die Schadstoffgehalte in den Abfällen mit dem regional vorkommenden natürlichen Boden / Gestein vergleichbar sind. Bei Unterschreiten dieser Werte (Zuordnungswert Z 0) ist davon auszugehen, dass relevante Schutzgüter nicht beeinträchtigt werden. Zusätzliche Regelungen für bestimmte Anwendungsbereiche, z.b. die hygienischen Anforderungen an Kinderspielplätzen und Sportanlagen, bleiben hiervon unberührt. Eingeschränkter (nutzungsbezogener) Einbau Z 1 und Z 2 entsprechend LAGA In bestimmten Fällen ist es vertretbar, Abfälle, die die Anforderungen des uneingeschränkten Einbaus nicht erfüllen, unter Beachtung definierter Randbedingungen einzubauen. Dabei wird unterschieden zwischen - eingeschränktem offenen Einbau (Zuordnungswert Z 1) und - eingeschränktem Einbau mit definierten technischen Sicherungsmaßnahmen (Zuordnungswerte Z 2). Die Zuordnungswerte Z 1 stellen die Obergrenze für den offenen Einbau unter Berücksichtigung bestimmter Nutzungseinschränkungen dar. Maßgebend für die Festlegung der Werte ist in der Regel das Schutzgut Grundwasser. Andere Schutzgüter sind jeweils nach der tatsächlichen bzw. beabsichtigten Nutzung berücksichtigt worden. - SB

59 Bei regional erhöhten Hintergrundwerten und in hydrogeologisch günstigen Gebieten können für den eingeschränkten, offenen Einbau besondere Bedingungen zugelassen werden, wenn das Verschlechterungsverbot eingehalten wird. Um entsprechende Abweichungen für den Vollzug zu ermöglichen, kann hier innerhalb der Zuordnung differenziert werden. Die jeweiligen Zuordnungswerte Z 2 stellen grundsätzlich die Obergrenze für den Einbau von Abfällen mit definierten technischen Sicherungsmaßnahmen dar, durch die der Transport von Inhaltsstoffen in den Untergrund und das Grundwasser verhindert werden soll. Maßgebend für die Festlegung der Werte ist das Schutzgut Grundwasser. Die einzelnen Randbedingungen sind in den jeweiligen Technischen Regeln der LAGA näher beschrieben. Eine bautechnische Verwendung von Abfällen im Deponiekörper, z.b. als Ausgleichsschicht zwischen Abfallkörper und Oberflächenabdichtung, ist ebenfalls möglich. In diesem Fall sind die für die Ablagerung in den entsprechenden Verwaltungsvorschriften nach 4 Abs. 5 AbfG festgelegten Zuordnungswerte zugrunde zu legen. Anmerkung Ähnlich der LAGA sind z.b. in Baden-Württemberg mit den Vorläufigen Hinweisen zum Einsatz von Baustoffrecyclingmaterial [25] Festlegungen getroffen, die die Verwertung sowie den Einbau mineralischer Recycling-Baustoffe regeln Ausgangsmaterialien im qualifizierten Straßenbau entsprechend M RC Die Art und Herkunft von Recycling-Baustoffen kann demnach gemäß Abbildung 3.7 eingeteilt werden. - SB

60 ungebundene Stoffe hydraulisch gebundene Stoffe bitumengebundene Stoffe Sonstiges Dammbaustoffe Packlage, Schotter und Gemische aus Gesteinskörnungen aus Verkehrsflächen sowie Naturwerkstein Beton aus Fahrbahndecken Material aus Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln Betonwerksteine, Betonplatten, Betonrohre und Betonfertigteile Beton und Stahlbeton aus dem Hoch- und Tiefbau Aufbruchasphalt Fräsasphalt Klinker Ziegel Porenbeton Kalksandstein Mörtel Putz Abbildung 3.7 Art und Herkunft von RC-Baustoffen [54] Bevor Ausgangsmaterialien bereitgestellt werden können, sind diese einer systematischen Voruntersuchung bzw. Vorerkundung und Bewertung zu unterziehen. Voruntersuchung des Bauwerkes Vor der Sanierung oder dem Ausbau einer Straße ist bei begründeten Fällen eine Untersuchung der vorliegenden Baustoffe erforderlich. Sinnvollerweise werden hierbei entsprechend der Systematik des Regelwerkes die einzelnen Schichten der Straße bis hin zum Boden getrennt untersucht. Untersuchung des Materials vor der Aufbereitung (Eingangskontrolle) In Fällen, bei denen aufgrund der Vorerkundung ein Verdacht auf Schadstoffbelastung besteht, sind analytische Untersuchungen erforderlich. Zu untersuchen sind: - ungebundene und hydraulisch gebundene Schichten, die unter Verwendung mineralischer Reststoffe hergestellt wurden. - Ausbauasphalt, der unter Verwendung mineralischer Reststoffe hergestellt wurde und schädliche Verunreinigungen enthalten kann, soweit er nicht in Asphaltschichten verwertet wird. - Straßenaufbruch, bei dem nicht eindeutig feststeht, ob es sich um Ausbauasphalt oder pechhaltigen Straßenaufbruch handelt. - ungebundene und gebundene Schichten, die durch Schadensfälle verunreinigt sein können. - SB

61 - ggf. anstehende Böden. Der Umfang der Untersuchungen richtet sich nach den Vorkenntnissen und der stofflichen Zusammensetzung sowie der beabsichtigten Verwertung. Bewertung und Folgerungen für die Verwertung Um eine möglichst hochwertige Verwertung von Straßenaufbruch zu gewährleisten, sollten die einzelnen Schichten des Oberbaues, soweit technisch möglich und wirtschaftlich zumutbar, getrennt erfasst und im Rahmen von Straßenbaumaßnahmen wiederverwendet werden. Kann der Straßenaufbruch nicht in der vorliegenden Form wiederverwendet oder nach Aufbereitung an der Baustelle direkt verwertet werden, ist er im Allgemeinen Aufbereitungsanlagen zuzuführen [106]. Die gleiche Systematik gilt selbstverständlich auch für Ausgangsmaterialien nach LAGA Ausgangsmaterialien entsprechend LAGA Die Ausgangsmaterialien für RC-Baustoffe fallen vorwiegend als Bauschutt, Straßenaufbruch und Bodenaushub an. Die folgenden Definitionen sind an die LAGA [24] angelehnt. Bauschutt Unter Bauschutt versteht man mineralisches Material, das bei Neubau, Umbau, Sanierung, Renovierung und Abbruch von Gebäuden (Hochbau, z.b. Wohn- und Bürogebäude, Fabrik-, Lager- und Ausstellungshallen, Werkstätten, Kaufhäuser) und anderen Bauwerken (Brücken, Tunnels...) anfällt. Hierzu gehören: - Bauschutt (im eigentlichen Sinne) sind mineralische Stoffe aus Bautätigkeiten, auch mit geringfügigen Fremdbestandteilen; dies ist i.d.r. dann gegeben, wenn der Anteil der nicht-mineralischen Stoffe 5 Vol.-% nicht überschreitet und eine weitergehende Eliminierung dieser Stoffe aufgrund ihrer geringen Größe unzumutbar ist. - Bauschutt mit erheblichen Fremdbestandteilen: Dies ist i.d.r. dann gegeben, wenn der Anteil der nicht-mineralischen Stoffe 5 Vol.-% überschreitet. Er darf grundsätzlich nicht verwendet werden. Soll er verwendet werden, sind die nicht-mineralischen Stoffe auszusortieren. - Straßenaufbruch insbesondere hydraulisch gebundener sowie Natur- und Betonwerksteine, wenn sie gemeinsam mit Bauschutt in Bauschuttrecyclinganlagen aufbereitet werden. - SB

62 - Mineralische Anteile aus der Sortierung und Klassierung von Baustellenabfällen werden als Baumischabfälle bezeichnet. Das hier anfallende überwiegend mineralische Absiebmaterial mit einem Korndurchmesser < 5 mm ist aufgrund seiner heterogenen Zusammensetzung und nicht eindeutig bestimmbaren Herkunft i.d.r. nicht verwertbar. - Gemische aus Bauschutt und Bodenmaterial, die vor einer Wiederverwertung i.d.r. behandelt/gereinigt werden (z.b. Bodenwaschanlagen). - Fehlchargen und Bruch aus der Produktion von mineralischem Baumaterial (z.b. Ziegel, Kalkstein, Betonteilen). Straßenaufbruch Unter Straßenaufbruch versteht man Baustoffe aus Oberbauschichten und Bodenverfestigungen des Unterbaues, die beim Rückbau, Umbau und Ausbau sowie bei der Instandhaltung von Straßen, Wegen und sonstigen Verkehrsflächen anfallen. Hierzu gehören: - Ungebundener Straßenaufbruch ist ein aus Oberbauschichten ohne Bindemittel stammendes Gemisch aus natürlichen Gesteinskörnungen und/oder mineralischen Restbzw. Recyclingbaustoffen. - Natur- und Betonwerksteine (Pflaster, Bordsteine, Platten aus Natursteinen bzw. aus unbelasteten, natürlichen mineralischen Zuschlägen). - Werksteine, die aus einem mineralischen Reststoff oder unter Verwendung mineralischer Reststoffe hergestellt werden, z.b. Schlackensteine. - Hydraulisch gebundener Straßenaufbruch ist aus Oberbauschichten oder Bodenverfestigungen des Unterbaues mit hydraulischen Bindemitteln durch Aufbrechen kleinstückig oder in Schollen gewonnenes mineralisches Material, z.b. Betondeckenaufbruch. - Ausbauasphalt ist durch lagenweises Fräsen oder durch Aufbrechen eines Schichtenpaketes in Schollen gewonnener Asphalt. - Pechhaltiger Straßenaufbruch ist durch lagenweises Fräsen oder durch Aufbrechen eines Schichtenpaketes in Schollen gewonnenes Material, das im Bindemittel Pech (früher als Teer bezeichnet) oder kohlestämmige Öle enthält. Nicht zum Straßenaufbruch gehört - mit Ausnahme der Bodenverfestigungen des Unterbaues - der Straßenunterbau. Dieser ist nach den Technischen Regeln für Boden oder für die jeweils ausgebauten mineralischen Abfälle zu behandeln. - SB

63 Boden Unter Boden versteht man natürlich anstehendes und umgelagertes Locker- und Festgestein. Hierzu gehört - bei Baumaßnahmen ausgehobener und abgetragener Boden, sog. Bodenaushub (kein Mutterboden = humoser Boden). Voraussetzung für die stoffliche Nutzung ist, dass auch bei diesen Materialien die bautechnischen Anforderungen gemäß dem Technischen Regelwerk und insbesondere auch die Anforderungen bezüglich der Umweltverträglichkeit eingehalten werden (z.b. keine Eluierbarkeit von Schadstoffen, die dann ins Grundwasser gelangen könnten). An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass diese Definitionen der LAGA entnommen sind [24]. In Abbildung 3.7 wurden bereits die Definitionen für Art und Herkunft von mineralischen Baustoffen des M RC [106] angegeben. Der Gewinnung der Materialien ist ein Untersuchungskonzept vorangestellt. Dieses sieht vor, schon vor Beginn der Maßnahme durch Inaugenscheinnahme und Auswertung vorhandener Unterlagen festzustellen, ob mit einer Schadstoffbelastung des anfallenden Materials zu rechnen ist. Hierbei sind insbesondere die verwendeten Baumaterialien sowie die Nutzung zu berücksichtigen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse ist zu entscheiden, ob ggf. analytische Untersuchungen notwendig sind [106]. Die LAGA enthält weitere Ausführungen zu Bedingungen und Umfang von analytischen Untersuchungen. 3.5 Aufbereitungstechnik für Straßenaufbruch und Bauschutt Anlagentypen Bei den Aufbereitungsanlagen für Bauschutt (Recycling) können prinzipiell zwei Anlagentypen unterschieden werden: - mobile Aufbereitungsanlagen - stationäre Aufbereitungsanlagen Mobile Aufbereitungsanlagen kommen zum Einsatz, wenn an verschiedenen Orten jeweils relativ geringe Mengen an Bauschutt vorkommen. Die Anlagen sind transportabel montiert (Anhänger, Sattelauflieger) und können somit schnell umgesetzt werden. Stationäre Anlagen sind ortsfest montiert. Eine Mischform stellen semimobile Anlagen dar. Sie bestehen aus mehreren transportfähigen Einheiten. Die Hauptbestandteile sind auf Stahlkonstruktionen mit Kufen montiert, so dass sie auf kurzen Strecken bewegt werden können. Die Bestandteile der semimobilen An- - SB

64 lage werden mittels eines Tiefladers von einer Baustelle zur anderen transportiert. Der Aufbau nimmt zwei bis drei Tage in Anspruch. Welcher Anlagentyp zum Einsatz kommt, ist abhängig von den regionalen Strukturen, dem mengenmäßigen Aufkommen und dem regionalen Bedarf. Die maschinelle Ausstattung der Aufbereitungsanlagen ergibt sich im Wesentlichen aus den Anforderungen für den jeweiligen Verwendungszweck der aufzubereitenden Baustoffe. Die Grundausstattung einer Aufbereitungsanlage besteht aus - der Aufgabevorrichtung, - der Brechereinheit, - einem Magnetabscheider, NE-Scheider (Nichteisen-Scheider, Wirbelstromscheider), - der Siebeinheit, - Förderbändern und - dem Beschickungsgerät. Je hochwertiger produziert werden soll, desto komplexer wird der Aufbau der Anlagen, wobei die Erweiterbarkeit mobiler Anlagen begrenzt ist. Aufgabevorrichtung Die Aufgabe der aufzubereitenden Baustoffe in den Aufgabebunker oder -trichter erfolgt mit Lkw oder Radlader. Der Aufgabebunker bzw. -trichter muss in der Lage sein, einen möglichst kontinuierlichen Betrieb der Gesamtanlage zu gewährleisten, auch wenn die Anlieferung bzw. die Beschickung des Aufgabeteils diskontinuierlich abläuft. Der Aufgabevorrichtung zuzurechnen sind auch die Elemente, die sie mit der Brechereinheit verbinden. Ebenfalls der Aufgabevorrichtung zuzurechnen ist die Vorabsiebung. Die Absiebung feinkörnigen Materials vor dem Brecher verfolgt unterschiedliche Ziele: Im feinkörnigen Material sind häufig Anteile an Mutterboden enthalten, welche die bautechnischen Eigenschaften verschlechtern. Durch den reduzierten Materialstrom werden die Verschleißkosten des Brechers verringert und der Brecher insgesamt entlastet. Die abgesiebten Feinanteile lassen sich entweder direkt auf eine gesonderte Halde (Vorsiebmaterial) fördern oder aber um den Brecher leiten und dann dem aufbereiteten Material wieder zuführen. Brechereinheit Unter Brechereinheit wird der eigentliche Brecher als Hauptbestandteil einer Aufbereitungsanlage und der nachgeschaltete Überbandmagnet zur Abtrennung von Eisen (vor allem Be- - SB

65 wehrung aus Betonbruch) verstanden. Unabhängig von der Frage, ob die Anlagenkonzeption ein einstufiges (ein Brecher) oder mehrstufiges Brechen (mehrere hintereinander angeordnete Brecher) vorsieht, sind folgende Brechertypen in Aufbereitungsanlagen einsetzbar: - Backenbrecher - Kreiselbrecher - Walzenbrecher, -mühlen - Prallbrecher, -mühlen - Hammerbrecher, -mühlen Der Brechvorgang bei den aufgeführten Brechertypen unterscheidet sich deutlich: Bei Prallbrecher bzw. -mühle und Hammerbrecher bzw. -mühle findet ein Prall- oder Schlagbruch statt, in den anderen aufgeführten Brechern kommt es zu einem Quetschbruch. Dieser Unterschied des Brechvorganges macht sich sehr stark in der Kornform des Endproduktes bemerkbar: Bei Prall- bzw. Schlagbruch entsteht weitgehend kubisches Endkorn, beim Quetschbruch treten verstärkt auch plattige Körner auf. Magnetabscheider Mit dem hinter dem Brecher installierten Überbandmagneten wird das aufbereitete Material von enthaltenen Eisenanteilen befreit. Die Selektierung des Eisens schützt die nachgeschalteten Anlagenteile vor Beschädigungen und ermöglicht eine Rückführung auch dieser Bestandteile in den Stoffkreislauf. Siebeinheit / Nachsiebung In der Regel wird das gebrochene und von Eisen befreite Material vor der Haldenlagerung von vorhandenem Überkorn befreit. Bei der dafür erforderlichen Nachsiebung kommen vorwiegend Schwingsiebe, aber auch Vibrationssiebe zum Einsatz. Da die Siebflächen leicht auswechselbar sind, können auch spezielle Anforderungen ohne großen Aufwand erfüllt werden. Ein größerer maschinentechnischer Aufwand ergibt sich beim Einsatz von Siebanlagen mit Siebböden unterschiedlicher Lochdurchmesser. Da mit diesen Anlagen mehrere Kornklassen als Endprodukt vorliegen, ergibt sich eine Qualitätssteigerung des aufbereiteten Materials. Zum einen können die Gemische gezielt zusammengesetzt werden, zum anderen erhöht sich die Produktpalette und letztlich ist die Lieferung von aufbereiteten Stoffen für unterschiedliche Verwendungszwecke möglich. - SB

66 Materialfluss in einer Aufbereitungsanlage mit Grundausstattung Das der Aufgabevorrichtung zugeordnete Vorsieb sondert das Vorsiebmaterial (0/8 bis 0/25 mm) aus, das dann auf eine spezielle Halde kommt. Das restliche Material wird im Falle einer einfachen Vorabsiebung dem Brecher zugeleitet. Bei einer doppelten Vorabsiebung gelangt nur das auf dem oberen Siebboden zurückbleibende Material zum Brecher, das Material des unteren Siebbodens wird am Brecher vorbeigeführt und dann dem gebrochenen Material wieder zugegeben. Ein der Brechereinheit zugehöriger Überbandmagnet sondert das enthaltene Eisen ab. Mit einer einfachen Nachsiebung lässt sich vorhandenes Überkorn aussondern. Das restliche Material das eigentliche Endprodukt der Aufbereitung wird auf Halde gefördert. Die Aufbereitungsanlagen, die lediglich über die dargestellte Grundausstattung verfügen, können keine hochwertigen Baustoffgemische für unterschiedliche Verwendungszwecke liefern. Daher kommt vor allem aus qualitativer Hinsicht der Erweiterung dieser Grundausstattung eine besondere Bedeutung zu. Die Erweiterungen müssen sich vorwiegend mit der Abtrennung schädlicher Bestandteile und den sich mit einer verstärkten Nachsiebung bietenden Möglichkeiten befassen. Zudem gilt es, sich bietende Vermeidungsmaßnahmen für unter Umständen entstehende Umweltbeeinträchtigungen durch Lärm und Staub zu ergreifen. Erweiterung auf zweistufiges Brechen Sollen an einer Aufbereitungsanlage Schlagwalzen- oder Backenbrecher eingesetzt werden, so ist nach einem ersten Brechvorgang in einem dieser Brecher eine zweite Brechstufe vorzusehen. Als zweiter Brecher kann ein Backen-, Prall- oder Kreiselbrecher Verwendung finden. Zwischen den Brechern ist auf jeden Fall eine Siebstation zur Entlastung des zweiten Brechers vorzusehen. Bei einfacher Vorabsiebung gelangt das von Feinanteilen befreite Aufgabenmaterial in den Becher 1. In der nachgeschalteten Siebstation (einfache Absiebung) wird der Materialstrom unterteilt in noch aufzubereitendes Material und Material, das bezüglich der Korngröße bereits die zu stellenden Anforderungen erfüllt. Das noch aufzubereitende Material wird in den zweiten Brecher gefördert, das restliche Material um den Brecher geleitet. Beiden Brechern sind Überbandmagneten zur Abscheidung von Eisen nachgeschaltet. Erweiterung zur Abtrennung schädlicher Bestandteile Alternative Baustoffe können bei ihrer Anlieferung an die Aufbereitungsanlage bautechnisch unerwünschte Bestandteile wie z.b. Papier, Tapetenreste, Holz, Plastik, Kabel und Rohre - SB

67 enthalten. Diese Anteile sollen im Endprodukt nicht enthalten sein und müssen daher im Verlauf der Aufbereitung entfernt werden. Größere Einzelstücke (z.b. Holzplatten, Plastikfolien) sind vor der Aufgabe manuell zu entfernen. Dieses Verfahren ist sehr kostenintensiv, da es sich nur vom Bedienungspersonal ausführen lässt. Zudem ist bei einer derartigen Vorgehensweise nur die Abtrennung größerer Anteile möglich, kleine Stückgrößen wie beispielsweise Holzsplitter verbleiben im Endprodukt. Die technische Entwicklung geht zur mechanischen Abtrennung der feinen Verunreinigungen; die groben Verunreinigungen müssen weiterhin vor der Aufgabe von Hand ausgesondert werden. Die Erweiterung einer Aufbereitungsanlage um ein Aggregat zur Abtrennung schädlicher Bestandteile zielt vorwiegend auf die zusätzliche Verbesserung der Qualität des Endproduktes ab. Nassaufbereitung Das zu reinigende Material beliebiger Korn- bzw. Stückgrößenverteilung wird über eine Schurre mit dem Reinigungswasser auf den sich entgegen der Aufgaberichtung bewegenden Gummigurt gegeben. In dem sich auf dem Gurt bildenden Wasserbett entstehen zwei Materialströme: Die schweren Bestandteile des Aufgabegutes nimmt der quergerillte Gurt mit, die leichten Anteile setzen sich nicht ab und werden mit dem Waschwasser ausgespült. Windsichter Vor der Abtrennung schädlicher Bestandteile in Windsichtern muss das zu reinigende Material durch Siebung in verschiedene Fraktionen zerlegt werden. Die Begründung für diese Voraussetzung liegt in der Funktionsweise des Windsichters. Die Luft strömt senkrecht nach oben. Das in das Sichterrohr gegebene Material wird von untern angeströmt und die feinen bzw. leichten Anteile mit dem Luftstrom ausgetragen. Bei den schweren Anteilen des Aufgabematerials überwiegt die Schwerkraft, sie werden unten aus dem Sichterrohr abgezogen. Erweiterung der Nachsiebung Aufbereitungsanlagen, die nur über die beschriebene Grundausstattung verfügen, können ohne Wechsel des Siebbodens in der Nachsiebeinheit nur ein Endprodukt herstellen. Dieser Umstand erweist sich für die Absatzmöglichkeiten als ungünstig und steht auch in keinem Verhältnis zu den Investitionskosten für die Anlagen. Daher ist bei der Erweiterung der Grundanlagen vor allem eine verstärkte Nachsiebung ins Auge zu fassen. Bei dem Bestreben, die Produktpalette zu vergrößern, muss aber in jedem Fall auf die Qualität der Endprodukte geachtet werden. Derzeit gilt die Produktion unterschiedlicher Korngemische wie 0/32 mm, 0/45 mm oder 0/63 mm als üblich. - SB

68 Zur Steigerung der Qualität können bei entsprechend ausgestatteter Nachsiebstation statt der Gemische Einzelfraktionen hergestellt werden, die getrennt gelagert und bei Bedarf zu entsprechenden Gemischen zusammengesetzt werden können. 3.6 Verwertung industrieller Nebenprodukte Vorkommen Unter dem Begriff industrielle Nebenprodukte sind beim Produktionsprozess anfallende Materialien aus unterschiedlichen Industriezweigen zusammengefasst. Sie enthalten bedingt durch Provenienz, Entstehungsart und Lagerung bisweilen umweltschädliche Bestandteile in schwankenden Mengen. Die Abtrennung dieser Bestandteile oder ihre dauerhafte Einbindung muss vor der Verwendung im Bauwesen sichergestellt werden. Industrielle Nebenprodukte fallen beispielsweise an als - Schlacken aus Verhüttungsprozessen, - Aschen aus Verbrennungsanlagen, - Filterrückstände aus Entstaubungsanlagen, - Hütten- und Strahlsande, - Form- und Kernsande, - Berge, Waschberge, - Kraftwerksgranulat und - Klärschlämme. Die aufgeführten industriellen Nebenprodukte weisen keine einheitlichen Eigenschaften auf. Daher sind für jedes Einzelprodukt wiederholt umfangreiche Prüfungen bezüglich Umweltverträglichkeit und technischer Eignung erforderlich. In der Regel ist eine Homogenisierung, Aufbereitung und/oder Behandlung der industriellen Nebenprodukte im Hinblick auf ihre Verwendung nötig. Bislang werden diese Stoffe deponiert oder sie fließen aufgrund der schwierigen Entsorgungssituation immer häufiger einer innerbetrieblichen Verwertung zu [118]. Um eine sachgerechte Verwertung industrieller Nebenprodukte im Straßenbau sicherzustellen, wurden für verschiedene Produktarten Merkblätter herausgegeben, die bereits im Kapitel Regelwerke aufgeführt wurden. Weiterhin sind Anforderungen an die umweltverträgliche Verwertung in unterschiedlichen Regelwerken, wie z.b. die RuA-StB [100], zu finden. - SB

69 3.6.2 Herstellung und Aufbereitung Industrielle Nebenprodukte entstehen auf vielfältige Art und Weise. Die Entstehung der am häufigsten im Straßen- und Erdbau verwendeten ist im Folgenden näher beschrieben. Müllverbrennungsasche Müllverbrennungsaschen fallen bei der Verbrennung von Hausmüll und hausmüllähnlichen Gewerbeabfällen in Müllverbrennungsanlagen sowohl im Verbrennungsraum als auch in den Kesselzügen in großen Mengen als sog. Rohasche an. Diese Rohasche wird für die Verwendung im Straßen-, Wege- und Tiefbau zu Müllverbrennungsasche so aufbereitet, dass bestimmte Lieferkörnungen hergestellt werden können. Zur Verbesserung der häufig nicht den Anforderungen entsprechenden Raumbeständigkeit hat sich eine Zwischenlagerung der aufbereiteten Müllverbrennungsaschen von ca. 6 Monaten als günstig erwiesen [118]. Nebengestein der Steinkohle Bei der Gewinnung von Steinkohle fallen in erheblichen Mengen nicht ohne weiteres verwendbare Mengen von Gestein sogenannte Berge an [118]. Schmelzkammergranulat Schmelzkammergranulat fällt bei der Verbrennung von Steinkohle in Schmelzfeuerungsanlagen an. Dabei handelt es sich um Kohlestaubfeuerungen mit flüssigem Ascheabzug. Das Granulat bildet sich aus den mineralischen Beimengungen der Steinkohle, die im Wesentlichen aus Tonmineralien, Quarz, Karbonaten und Schwefeleisenverbindungen bestehen. Im Produktionsprozess werden die schmelzflüssigen Verbrennungsrückstände der Steinkohle in einem Wasserbad in schockartiger Form abgekühlt. Sie erstarren dadurch glasartig, also amorph, zu Schmelzkammergranulat mit einem Größtkorn, das etwa zwischen 8 und 11 mm liegt. Das Schmelzkammergranulat besteht hauptsächlich aus einer Sandkörnung und enthält nach bisherigen Erfahrungen keine Schadstoffe in umweltunverträglichen Mengen. Im Straßenbau kann Schmelzkammergranulat in mit Bitumen oder hydraulisch gebundenen Deck- und Trag- sowie in Frostschutzschichten, aber auch zur Herstellung und Verbesserung des Untergrundes und des Unterbaus zum Einsatz kommen [118]. Flugaschen Flugaschen werden als staubförmige Feststoffe aus den Verbrennungsabgasen in Stein- und Braunkohlekraftwerken abgetrennt. Die Zusammensetzung und die physikalischen Eigen- - SB

70 schaften der Flugaschen schwanken sehr stark. Bei ihrem Einsatz im Straßenbau muss auch auf die vom Entstehungsprozess abhängige, betonangreifende Wirkung geachtet werden. Hüttensand Hüttensand ist im Straßenbau durchaus einsetzbar; eine unmittelbare Verwendung in hydraulisch gebundenen Tragschichten erscheint jedoch als die günstigere Vorgehensweise, da Schwindrisse sich bis zur Fahrbahnoberfläche durchschlagen können. Hochofenstückschlacke Hochofenstückschlacke wird schon seit vielen Jahren im Straßenbau eingesetzt. Ihre Verwendungen regelt z.b. das Merkblatt über die Verwendung von Eisenhüttenschlacken im Straßenbau [114]. Danach kann Hochofenschlacke im gesamten Straßen- und Wegebau sowie in Lärmschutzwällen, im Dammbau und im Tiefbau eingesetzt werden. Stahlwerkschlacken Stahlwerkschlacken fallen überwiegend als LD-Schlacke (Linz-Donawitz-Verfahren) und SM- Schlacke (Siemens-Martin-Verfahren) an. Dabei ist vor allem die LD-Schlacke mengenmäßig von zunehmender Bedeutung. Sie zeichnet sich durch eine außerordentliche Festigkeit aus, die dem verfügbaren Naturgestein gleichwertig ist. Bei LD-Schlacken muss jedoch der Raumbeständigkeit besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, da sie chemisch ungebundenen Freikalk enthält, der zu Treiberscheinungen führt. Siemens-Martin-Schlacken können bei geeigneter Chargenführung im Entstehungsprozess raumbeständig und dicht hergestellt werden, was eine Verwendung in Asphaltdeckschichten ermöglicht. Im ungebundenen Wegebau und in Lärmschutzwällen sind SM-Schlacken ebenfalls grundsätzlich verwendbar [118]. Elektroofenschlacke, Schlackengranulat Bei der Herstellung von Stahl fallen Elektroofenschlacke und Schlackengranulat an. Bei Untersuchungen an diesen Materialien im Hinblick auf ihre Verwendbarkeit im Straßenbau haben sich unter Berücksichtigung aller maßgebenden bautechnischen und umweltrelevanten Aspekte folgende Anwendungsbereiche ergeben: - Ungebundene und gebundene Tragschichten für Verkehrsflächenbefestigungen - Asphaltschichten für Verkehrsflächenbefestigungen Grundsätzliche Voraussetzung für den Einsatz dieser Produkte im Straßenbau ist - SB

71 - die Sicherstellung einer gleichmäßigen und anforderungsgerechten Einhaltung der granulometrischen Eigenschaften (Korngrößenverteilung, Kornform) durch eine gezielte Aufbereitung sowie - die Einhaltung einer ausreichenden Lagerungszeit zur Gewährleistung ausreichender Raumbeständigkeit. Gießereisande, Strahlsande, Überschusssande Grundsätzlich ist festzustellen, dass Form- bzw. Gießereisande teuer und nur in wenigen Lagerstätten in den erforderlichen Qualitäten vorrätig sind und daher der unmittelbaren Regenerierung der Gießereisande eine entscheidende Bedeutung zukommt. Dafür bietet sich ein von der Industrie entwickeltes Verfahren an, mit dem rund 80 % der aufgegebenen Altsandmenge als regenerierter Gießereisand mit Neusandqualität wiedergewonnen werden kann. Die beim Aufbereitungsprozess anfallenden Nebenprodukte lassen sich in anderen Industriezweigen erneut einsetzen, so dass nur geringe Mengen zu entsorgen sind. Bei dem Recyclingprozess selbst wird jede Umweltbelastung vermieden. In Bezug auf die bautechnische Wiederverwendung ist allerdings klarzustellen, dass Gießereisande in Abhängigkeit vom Entstehungsort innerhalb der Produktion mit unterschiedlichen Eigenschaften (Kornform, Korngrößenverteilung, thermische Schädigung) anfallen und zum Teil Bindemittel mit umweltrelevanten Phenolen und polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) enthalten. Vor eingehenden bautechnischen Untersuchungen ist daher sicherzustellen, dass die in unterschiedlicher Zusammensetzung in Gießereien anfallenden Sande getrennt erfasst und gelagert werden. Erst dann können, wie Untersuchungen zeigen, bestimmte Sande nach dem Nachweis der Umweltverträglichkeit im ländlichen Wegebau und für ungebundene Verkehrsflächen entsprechend ihrer bautechnischen Eignung Verwendung finden. Nach Durchmischung mit Boden oder hydraulischen Bindemitteln ist eine Verwendung als Ausgleichsschicht möglich [118]. 3.7 Verständnisfragen Was sind Recycling-Baustoffe, mit welchen Verfahren findet die Aufbereitung statt? Wie unterscheidet man Asphalt von Ausbaustoffen mit teerhaltigen Bestandteilen? Welche Recycling-Baustoffe können wiederverwendet und wo können sie eingesetzt werden? Welche Ziele werden mit dem Einsatz alternativer Baustoffe verfolgt? Welche Anforderungen werden an industrielle Nebenprodukte und Recycling-Baustoffe gestellt? - SB

72 Aus welchen Elementen besteht eine Aufbereitungsanlage und wie kann die Qualität der Aufbereitung verbessert werden? Wie entstehen industrielle Nebenprodukte und wo werden sie eingesetzt? - SB

73 4 Bindemittel im Straßenbau Bindemittel sind die Stoffe, die im Straßenbau zur dauerhaften Verbindung der einzelnen Baustoffe zu einem Baustoffgemisch eingesetzt werden. Dabei bestimmt die Art des Bindemittels wesentlich die Eigenschaften des Baustoffgemisches während Herstellung, Verarbeitung und Liegedauer. Für das Baustoffgemisch Asphalt ist z.b. als Bindemittel für die Gesteinskörnungen Bitumen oder ein bitumenhaltiges Bindemittel in einer der vielen Aufbereitungsmöglichkeiten einzusetzen. Für das Baustoffgemisch Beton, zum Einsatz in Betondecken, wird Zement als Bindemittel eingesetzt. Die verschiedenen Arten von Bindemitteln im Straßenbau und ihre Einsatzbereiche werden in den nachfolgenden Kapiteln beschrieben. 4.1 Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel Begriffe und Definitionen In der DIN EN Bitumen und bitumenhaltige Bindemittel Terminologie [55] werden die Begriffe für Bitumen und Zubereitungen aus Bitumen definiert; Abbildung 4.1 zeigt die Zusammenhänge hierzu. Bitumenhaltige Bindemittel Bitumen im Naturasphalt Bitumen und abgeleitete Produkte Straßenbaubitumen Modifiziertes Bitumen Industriebitumen Kaltbitumen Fluxbitumen Bitumenemulsionen Weichbitumen Polymermodifiziertes Bitumen Oxidations-Bitumen Anionische Bitumenemulsion Hartes Straßenbaubitumen Hart-Bitumen Kationische Bitumenemulsion Nichtionische Bitumenemulsion Abbildung 4.1 Terminologie der bitumenhaltigen Bindemittel Bezugnehmend auf die Übersicht in Abbildung 4.1 werden in Abbildung 4.2 ausgewählte bitumenhaltige Bindemittel für den Straßenbau definiert. - SB 4-1 -

74 Begriff Bitumen Straßenbaubitumen Polymermodifiziertes Bitumen Oxidationsbitumen Fluxbitumen Bitumenemulsion Definition Nahezu nicht flüchtiges, klebriges und abdichtendes erdölstämmiges Produkt, das auch in Naturasphalt vorkommt und das in Toluen vollständig oder nahezu vollständig löslich ist. Bei Umgebungstemperatur ist es hochviskos oder nahezu fest. Bitumen zur Ummantelung von Gesteinskörnungen, das hauptsächlich zur Herstellung von Asphalt für den Bau und die Erhaltung von Verkehrsflächen und im Wasserbau verwendet wird. In Europa werden die am häufigsten Sorten von Straßenbaubitumen durch ihre Nadelpenetration bei 25 C definiert. Mit einem oder mehreren organischen Polymeren modifiziertes Straßenbaubitumen (3 bis 5 %). Bitumen, dessen rheologische Eigenschaften wesentlich durch Reaktion mit Luft bei erhöhten Temperaturen modifiziert wurde. Diese Produkte werden manchmal auch als geblasene Bitumen bezeichnet. Bitumen, dessen Viskosität durch Zugabe eines erdölstämmigen Fluxöls wurde. Typischerweise dienen Öle verschiedener Siedebereiche als Fluxöl. Emulsion, in der die dispergierte Phase bitumenhaltig ist. Sofern nichts anderes festgelegt ist, ist die kontinuierliche Phase Wasser oder eine wässrige Lösung. Abbildung 4.2 Definitionen von bitumenhaltigen Bindemitteln Entstehung, Herstellung und Produktkette Entstehung Der Ausgangsstoff zur Bitumenherstellung ist Erdöl. Innerhalb der letzten 3,5 Mio. Jahre konnte durch Ablagerung von abgestorbenen organischen Lebewesen und Plankton auf dem Meeresgrund Kohlenstoff angereichert werden. Erdöl ist dann durch hohe Drücke, Temperaturen und günstige Randbedingungen entstanden. Vorkommen Die Reserven, die geortet sind und mit der heute zur Verfügung stehenden Technik wirtschaftlich gewonnen werden können, nahmen in den letzten Jahren trotz der jährlichen Fördermengen jeweils leicht zu und erreichten im Jahre 2004 den höchsten jemals berechneten Stand. Im Nahen Osten, Ostasien und Südamerika sank die Reserve aufgrund der Erschöpfung der Lagerstätten, in Afrika und Europa stiegen die Reserven. Es wird vorausgesagt, - SB 4-2 -

75 dass die Erdölreserven nur noch ca. 50 Jahre den Weltverbrauch decken können befanden sich die größten Erdölreserven in Saudi-Arabien, im Iran, im Irak, in den Vereinigten Arabischen Emiraten, in Kuwait und in Venezuela. Förderung Befindet sich die Erdöllagerstätte nahe der Erdoberfläche, so kann das Öl im Tagebau gewonnen werden. In größeren Tiefen steht das Erdöl unter dem Druck der auflastenden Schichten und unter dem Druck des Erdgases, das aufgrund der geringeren Dichte darüber liegt. Beim ersten Anbohren der Lagerstätte muss daher das Austreten des unter Druck stehenden Erdöls mit einer speziellen Vorrichtung verhindert werden. In der ersten Zeit kann das Erdöl ohne weitere Maßnahmen gefördert werden, da durch den natürlichen Druck eine Fließbewegung des Erdöls ausgelöst werden kann. Lässt der Lagerstättendruck nach, muss das Öl mit Tief- oder Tauchpumpen zutage gefördert werden. Transport Der Transport des Erdöls von der Erdöllagerstätte zur Raffinerie wird meist durch Kombination von 2 Transportmitteln bewältigt. Das Erdöl wird an Übergabestationen auf Tankschiffe geladen, die das Erdöl entweder zur Kopfstation einer Pipeline transportieren oder direkt zur Raffinerie, falls diese mit Tankschiffen angefahren werden kann. Ist dies nicht der Fall, wird das Erdöl über Pipelines auf dem Landweg zur Raffinerie transportiert. Für den Transport des Erdöls in Pipelines ist die Viskosität von großer Bedeutung: Ist die Temperatur sehr niedrig und hat das Erdöl eine geringe Viskosität, ist ein erhöhter Energieaufwand nötig, um das Erdöl durch die Pipeline zu pumpen. Herstellung In der Raffinerie wird das Rohöl, bevor es in dem Röhrenofen auf 350 bis 400 C erhitzt wird, entsalzt und entwässert. In der atmosphärischen Destillation wird das Rohöl in seine Primärprodukte zerlegt. Die leichten Stoffe, wie Methan, Ethan, Butan und Propan, steigen dabei auf und werden am oberen Ende des Turmes aufgefangen. Die schweren Bestandteile sinken auf den Grund des Destillationsturms. In der anschließenden Vakuumdestillation wird der Rückstand durch Druck (ca. 50 bar) nochmal destilliert; nach einem festgelegten Verfahren kann hierbei schon direkt Destillationsbitumen hergestellt werden. Für die Herstellung von härteren Bitumensorten wird eine weitere Destillation angewendet, bei der hochsiedende Öle abdestilliert werden (Abbildung 4.3). - SB 4-3 -

76 Abbildung 4.3 Herstellung von Bitumen [4] Straßenbaubitumen Eigenschaften und Anforderungen Straßenbaubitumen wird auch Destillationsbitumen genannt, da es in der Raffinerie als Produkt der zweiten Destillationsstufe entsteht. Bitumen besteht aus einer öligen Phase (Maltene) und einer festen Phase (Asphaltene). In der Raffinerie werden die öligen Bestandteile des Erdöls abdestilliert; das Bitumen wird umso härter, je weniger ölige Bestandteile es enthält. Die Härte des Bitumens kann mit Hilfe der Nadelpenetration festgestellt werden; dabei wird die Eindringtiefe einer Nadel bei 25 C und einer definierten Eindringzeit gemessen. Die Einteilung der Straßenbaubitumen erfolgt durch den minimalen und den maximalen zulässigen Wert, der bei der Nadelpenetration erreicht werden darf. Weiche Bitumen können bei Raumtemperatur mit dem Daumen leicht eingedrückt werden, sie besitzen daher auch eine große Nadelpenetration, während der Erweichungspunkt Ring und Kugel und der Brechpunkt nach Fraaß niedrig sind (Abbildung 4.4). - SB 4-4 -

77 Abbildung 4.4 Anforderungen an Straßenbaubitumen nach TL Bitumen-StB [94] Die Einsatzbereiche für die Bitumen richten sich nach dem Klima, der verkehrlichen Beanspruchung und dem Anwendungsfall: So wird z.b. in wärmeren Klimazonen härteres Bitumen eingesetzt, während in kälteren Klimazonen weicheres Bitumen zum Einsatz kommt Modifiziertes Bitumen Eigenschaften und Anforderungen Die gestiegenen Belastungen der Straßen haben zu Entwicklungen geführt, die die Bitumeneigenschaften verbessern. Durch eingemischte Polymere kann sich das thermoviskose und elastoviskose Verhalten des Straßenbaubitumens verändern. Durch Zusätze von Polymeren ergeben sich folgende Vorteile: - höhere Kohäsion (innerer Zusammenhalt der Moleküle) - größere Dehnbarkeit (Duktilität) - höhere Adhäsion (Haftung) an Gesteinskörnungen - größere Plastizitätsspanne: höhere Wärmestandfestigkeit bei gleichzeitig verbessertem Kälteverhalten - große elastische Rückverformung nach Entlastung Durch diese Vorteile kann Polymermodifiziertes Bitumen bei besonders hohen Beanspru- - SB 4-5 -

78 chungen durch Verkehr und / oder Witterung eingesetzt werden. Die höheren Kosten beim Einbau von Polymermodifiziertem Bitumen, die durch die i.d.r. höheren Verarbeitungstemperaturen und aufwändigere Verarbeitung entstehen, werden wegen der vielen Vorteile oft in Kauf genommen. Die TL Bitumen-StB [94] enthalten charakteristische Kennwerte für elastomermodifizierte Bitumen PmB A und höher Polymermodifizierte Bitumen PmB H (Abbildung 4.5). Abbildung 4.5 Anforderungen an Polymermodifizierte Bitumen nach TL Bitumen- StB [94] Von Bitumen abgeleitete Produkte Fluxbitumen Fluxbitumen nach DIN EN [56] sind Mischungen aus mindestens 75 % Straßenbaubitumen 160/220 oder 70/100, deren Verarbeitbarkeit durch Zugabe von schwerflüchtigen Fluxölen oder geeigneten Zusätzen verbessert wird. Fluxbitumen ist gekennzeichnet durch eine sehr hohe Nadelpenetration (> 330 1/10 mm). Der Vorteil ist, dass es sich bei sehr niedrigen Temperaturen verarbeiten lässt. Es wird daher in kalten Klimazonen eingesetzt, da es bei höheren Temperaturen und leichter Belastung sehr schnell nachgibt und somit anfällig für Verformungen ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass Fluxbitumen eine geringe Haftwirkung an den Gesteinen besitzt, so dass ihm Haftmittel zugesetzt werden müssen. - SB 4-6 -

79 Durch Verdunstung der zugegebenen Öle entsteht nach einer gewissen Gebrauchsdauer wieder das Ausgangsbitumen. Die Eigenschaften sind erst nach einer Nachhärtung wirksam, die abhängig ist von der Dicke der eingebauten Schicht, dem Hohlraumgehalt und den zugegebenen Zusatzstoffen. Bitumenemulsionen Bitumenemulsionen nach DIN EN [57] sind feine Verteilungen von Bitumen in Wasser. In Kolloidmühlen wird bei einer Temperatur von 80 C weiches Bitumen auf eine Teilchengröße < 10 μm zerkleinert und mit Wasser intensiv vermischt. Durch die Zugabe von Emulgatoren, die durch den Aufbau von gleichsinnig elektrochemischen Ladungen abstoßende Kräfte erzeugen, wird eine feine Verteilung erzeugt und gleichzeitig wird verhindert, dass die Bitumenteilchen zusammenfließen [6]. Abbildung 4.6 Schematische Darstellung von Bitumenemulsionen [6] Bitumenemulsionen werden nach der Ladungsart (anionisch und kationisch) differenziert. Anionische Bitumenemulsionen enthalten einen Emulgator aus einer Kalilauge und Fettsäuren. Die Fettsäuren zerfallen in wasserlösliche Kalium- und bitumenlösliche Fettsäurerestionen. Das positive Kaliumion verbleibt in der wässrigen Lösung, während sich das Fettsäurerestion an das Bitumenteilchen lagert und so an der Bitumenoberfläche eine negative Ladung verursacht. Bei kationischen Bitumenemulsionen besteht der Emulgator aus Fettaminen und Salzsäuren. Der Säurerest verbleibt im Wasser, während sich das positiv geladene Amineion an das Bitumenteilchen lagert und so eine positive Bitumenoberfläche erzeugt (Abbildung 4.6). - SB 4-7 -

80 Bei der Berührung des emulgierten Bitumens mit dem Gestein kommt es zur Auflösung der Emulgatorhülle und die zusammenfließenden Bitumenteilchen bilden einen Bitumenfilm. Dieser Vorgang wird als Brechen bezeichnet. Aufgrund des Ladungszustandes brechen die anionischen Emulsionen beim Kontakt mit basischem Gestein (z.b. Kalkstein) und umhüllen diesen mit einem Bitumenfilm, während kationische Emulsionen mit allen Gesteinsarten verarbeitet werden können, da sie die Gesteinsoberfläche aktiv beeinflussen. Es wird unterschieden zwischen Bitumenemulsionen, die sofort bei Berührung mit dem Gestein brechen (unstabile Emulsionen U), und Bitumenemulsionen, die erst nach Verdunstung des Wassers brechen (stabile Emulsionen S). Die so genannten halbstabilen Emulsionen haben Eigenschaften, die zwischen den Eigenschaften der stabilen und unstabilen Emulsionen liegen. Überwiegend werden Bitumenemulsionen im Bereich der Erhaltungsbauweisen, speziell für Oberflächenbehandlungen und für Dünne Schichten im Kalteinbau, als Bindemittel genutzt. Bei kleinen Bauvorhaben mit sehr schwachem Verkehr werden sie auch als Bindemittel eingesetzt. Es lässt sich ohne Erwärmen einbauen. Um ein schnelleres Brechen hervorzurufen, können die Bitumenemulsionen beim Einbau erwärmt werden. Bitumenemulsionen sollten dabei jedoch nicht lange gelagert werden, da sich das Bindemittel absetzt Physikalische und rheologische Beschreibung von Bitumen Bitumen ist ein dunkelfarbiges, schwerflüchtiges, komplexes Gemisch aus hoch- bzw. nicht siedenden verschiedenen organischen Substanzen. Es besitzt eine kolloidale Struktur d.h. die Asphaltene (die Verbindungen mit dem größten Molekulargewicht) bilden unterschiedliche Strukturen (Sol- / Gelbitumen). Die Asphaltene werden in einem öligen Medium aus Maltenen und Erdölharzen in Lösung gehalten. Reicht die Öl-Phase nicht aus, die Asphaltene gut zu dispergieren, schließen sich die Asphaltene aneinander und bilden ein Gerüst (Abbildung 4.7). Damit ergeben sich auf Basis dieses besonderen Aufbaus bzw. Struktur des Bitumens dessen Eigenschaften. - SB 4-8 -

81 Abbildung 4.7 Kolloidstruktur von Bitumen [7] Vis kos ität Die Viskosität (Zähigkeit) von Bitumen ist temperaturabhängig: Sie nimmt bei zunehmender Temperatur ab. Bei hohen Temperaturen ist Bitumen dünnflüssig, mit abnehmender Temperatur ändert sich die Konsistenz stufenlos von dünnflüssig über zähflüssig zu fest und glasartig spröde. Die Übergangstemperaturen werden Erweichungspunkt und Brechpunkt genannt. Es findet dabei keine stoffliche Änderung (kein Abbinden ) statt. Abbildung 4.8 Kinematische Viskosität von Bitumen [58] Die temperaturbedingte Viskositätsänderung verläuft stufenlos, ist umkehrbar und wiederholbar. Daraus ergeben sich für die Praxis einige Vorteile: - Erkaltetes Mischgut kann wieder erwärmt und verarbeitet bzw. verdichtet werden. - Das Verkleben zweier Asphalteinbaubahnen ist auch nach einer Arbeitspause durch Erwärmen der Anschlussnähte möglich, so dass keine sichtbare Arbeitsnaht entsteht. - SB 4-9 -

82 - Asphaltgranulat kann neuen Asphaltgemischen zugegeben werden ( Asphaltrecycling ) Bei der Herstellung von Asphaltschichten hat jeder Arbeitsgang (Pumpen, Mischen, Einbauen, Verdichten) seinen bestimmten Viskositätsbereich. Härtere Bitumensorten müssen bei höheren Temperaturen verarbeitet werden als weiche Bitumensorten (siehe Abbildung 4.8). Ein wesentlicher Vorteil von Asphaltschichten gegenüber Betonfahrbahnen besteht darin, dass Bitumen nach Abkühlen auf eine Standardumgebungstemperatur (ca. 20 C) die für die Belastbarkeit notwendige Festigkeit erreicht hat. Eine Übergabe an den Verkehr ist daher nach relativ kurzer Zeit möglich. Verformungseigenschaften Die Verformungseigenschaften sind abhängig von der Temperatur und der Dauer der Belastung. Bei tiefen Temperaturen unterhalb des Brechpunktes sind die Verformungen sehr gering und gehen, nach Entlastung, fast vollständig wieder zurück (elastisches Verhalten). Bei noch tieferen Temperaturen wird das Bitumen allerdings spröde und bricht bei geringer Belastung. Mit zunehmender Temperatur nehmen die plastischen (bleibenden) Verformungen und dabei der viskose Verformungsanteil zu. Wird Bitumen belastet und nach einiger Zeit wieder entlastet, geht der viskoelastische Verformungsanteil zeitverzögert zurück, während der viskoplastische Anteil bestehen bleibt. Der viskoelastische Verformungsanteil verringert sich bei zunehmender Temperatur, während der viskoplastische Anteil zunimmt. Bei Temperaturen über dem Erweichungspunkt treten somit immer größere bleibende Verformungen auf. Die Dauer der Belastung beeinflusst ebenfalls sehr stark das Verformungsverhalten: Bei kurzer Belastungszeit (schneller Verkehr) reagiert das Bitumen elastisch. Je länger die Belastungszeit (langsamer und ruhender Verkehr) jedoch andauert, umso mehr reagiert das Bitumen viskos; damit werden die bleibenden Verformungen größer. Dichte Die Dichte von Bitumen ist abhängig von der Härte: Mit zunehmender Härte steigt die Dichte. Bei 25 C liegt sie zwischen 1,01 und 1,06 g/cm 3. Wasserundurchlässigkeit Die Wasseraufnahme ist so gering, dass sie vernachlässigt werden kann. Bitumen wird daher auch als Abdichtungsstoff im Hoch- und Wasserbau eingesetzt. - SB

83 Alterung Bitumen kann durch Luftzutritt, hohe Gebrauchstemperaturen und UV-Strahlung altern. In der ersten Nutzungsphase (Herstellung, Transport und Einbau) wird der Alterungsprozess begünstigt durch hohe Temperaturen. Dadurch findet eine Verdunstungsalterung statt, wobei die leichtflüchtigen Ölanteile durch thermische Vorgänge verdampfen. Des Weiteren findet eine oxidative Alterung (chemische Vorgänge durch Luftzutritt) statt. Nach Einbau der Asphaltschicht kann eine Alterung des Bitumens vor allem bei Schichten mit einem großen Hohlraumgehalt (ca. 6 Vol.- %) festgestellt werden. Gealtertes Bitumen führt zu einer Verschlechterung des Gebrauchsverhaltens des Asphaltbelages und das Bitumen kann nur noch begrenzt als Recycling-Bindemittel eingesetzt werden Prüfverfahren für bitumenhaltige Bindemittel Auf die standardisierten Prüfverfahren Nadelpenetration, Erweichungspunkt Ring und Kugel, Brechpunkt nach Fraaß, Duktilität und elastische Rückstellung von modifiziertem Bitumen wird hier nicht eingegangen, da sie im Skript Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen behandelt worden sind. Die im nachfolgenden beschriebenen Prüfverfahren dienen der weitergehenden Prüfung von Bitumen. Bestimmung der Viskosität Die Viskosität des Bitumens spielt eine entscheidende Rolle bei der Festlegung der Pumpund Verarbeitungstemperatur sowie den rheologischen Eigenschaften. Die Prüfung der kinematischen Unsicherheit erfolgt nach DIN EN [58]. Hierbei wird die Zeit ermittelt, die ein bestimmtes Volumen einer Flüssigkeit benötigt, um bei definierter Temperatur und Druck durch ein kalibriertes Glas-Kapillar-Viskosimeter zu fließen. Die kinematische Viskosität wird durch Multiplikation der gemessenen Ausflusszeit in Sekunden mit dem Kalibrierungsfaktor des Viskosimeters berechnet. Sie liegt bei bitumenhaltigen Bindemitteln bei 60 C und 135 C im Bereich von 6 bis mm 2 /s. Die dynamische Viskosität nach DIN EN [59] ist das Maß des Widerstandes einer Flüssigkeit gegen Fließen unter Schwerkraft. Sie lässt sich bei bitumenhaltigen Bindemitteln bei 60 C im Bereich von 0,0036 Pa*s und Pa*s ermitteln. Bestimmung des Flammpunktes Mit dem Flammpunkt nach DIN EN ISO 2592 [60] wird die Temperatur bestimmt, bei der sich die aus einer in einer offenen Schale erhitzten Bitumenprobe austretenden Dämpfe an einer - SB

84 offenen Flamme entzünden. Der Flammpunkt ist ein Hinweis auf die Fähigkeit von Substanzen, brennbare Gemische zu bilden. Diese Eigenschaft leistet einen Beitrag, um Brand- und Explosionseigenschaften von Bitumen einzuschätzen. Prüfung im dynamischen Scher-Rheometer Der dynamische Scher-Rheometer besteht aus 2 kreisförmigen Platten, zwischen denen sich das Bindemittel befindet. Die untere Platte bleibt fest, während die obere bei vorgegebener Temperatur und vorgegebener Frequenz sich um einen bestimmten Winkel um die eigene Achse jeweils nach links und rechts verdreht. Durch die Probekörperabmessungen, den Drehwinkel und das zur Auslenkung maximale Drehmoment kann der Schubmodul G* und der Phasenwinkel bestimmt werden. Mit diesen beiden Kennwerten können Aussagen über die elastischen und viskoelastischen Eigenschaften getroffen werden. Rein elastisches Verhalten liegt bei = 0 vor, bei = 90 zeigt das Bitumen ein viskoelastisches Verhalten. Prüfung im Biegebalken-Rheometer Dieser Versuch wird durchgeführt, um das mechanische Verhalten, vor allem die Kriechverformung, von bitumenhaltigen Bindemitteln bei tiefen Temperaturen zu beurteilen. Zur Durchführung wird zunächst ein Probekörper in Form eines Balkens mit den Maßen b = 12,5 mm und h = 6,25 mm hergestellt; dieser wird auf zwei Stützen, die im Abstand von l = 102 mm angeordnet sind, aufgelegt. Der Probekörper wird bei konstanter Temperatur (T = -16 C) in einer Flüssigkeit (Methanol) mit einer Kraft belastet. In der Zeit, in der die Kraft aufgebracht wird, wird die Verformung und die zeitabhängige Kriechverformung aufgezeichnet, mit denen man das Steifigkeitsmodul berechnen kann. Dieser wird in einem Diagramm über die Zeit aufgetragen. Die Neigung der Geraden bei 60 s entspricht dem m-modul. Bestimmung der Kraftduktilität Die Kraftduktilitätsprüfung nach DIN EN [61] wird analog der Duktilitätsprüfung durchgeführt, dabei wird zusätzlich noch die beim Ausziehweg auftretende Zugkraft gemessen. Mit den kontinuierlich gemessenen Werten Ausziehweg und Zugkraft kann die Formänderungsarbeit in Joule [J] berechnet werden (Abbildung 4.9). In diesem Versuch kann man z.b. ermitteln, ob es sich bei dem untersuchten Bitumen um Polymermodifiziertes Bitumen oder Straßenbaubitumen handelt. - SB

85 Kraft Probe 2 Kraft Probe 1 Formänderungsarbeit Probe 2 Formänderungsarbeit Probe Kraft [N] Formänderungsarbeit [J] Weg [mm] Abbildung 4.9 Beispiele für Kraftduktilitätskurven von PmB 4.2 Pech- oder teerhaltige Bindemittel In den 50er und 60er Jahren wurden pech- und teerhaltige Bindemittel im Straßenbau eingesetzt. Diese werden bei der thermischen Zersetzung von Steinkohle oder Braunkohle bei einer Temperatur von bis C gewonnen. In ihrer Wirkung als Bindemittel gibt es aus bautechnischer Sicht keine großen Unterschiede zwischen Bitumen und Pech. Die Unterschiede liegen jedoch in der Zusammensetzung. Pech- und teerhaltige Bindemittel enthalten krebserregende polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffen (PAK), die bei der Verkokung (Pyrolyse) von Kohle im Temperaturbereich größer C entstehen. Zusätzlich enthalten sie noch beträchtliche Mengen an Phenolen, die sich durch einen durchdringenden Geruch und einen brennenden ätzenden Geschmack bemerkbar machen und in hohem Maße krebserzeugend und wassergefährdend sind (Abbildung 4.10). Bindemittel PAK nach EPA [mg/kg] Phenole [mg/kg] Bitumen ,2-1,8 Teerbitumen mit 5 % Teer Teer / Pech Abbildung 4.10 Inhaltsstoffe in Bitumen und Teer Es ist bei Erneuerungs- und Umbaumaßnahmen von Straßen nicht immer aus den Akten ersichtlich, ob bei der Erstellung der Straße Straßenpech (Teer) verwendet wurde. Es emp- - SB

86 fiehlt sich daher bei Verdacht immer, Voruntersuchungen durchzuführen. Solange sich pechhaltige Straßenbaustoffe in der Fahrbahnkonstruktion befinden, sind Beeinträchtigungen von Boden und Grundwasser durch Pechinhaltsstoffe nicht zu erwarten. Der Verbleib pechhaltiger Schichten im Straßenaufbau ist daher zulässig, wenn die Gradiente und / oder die Querneigung verändert wird. Beim Ausbau anfallende pechhaltige Straßenausbaustoffe müssen einer umweltverträglichen Verwertung zugeführt werden. Das Verwerten als Baustoff steht hierbei im Einklang mit den gesetzlichen Vorgaben und hat sich insgesamt wesentlich kostengünstiger erwiesen als eine Deponierung. 4.3 Hydraulische Bindemittel Baukalk, Zement und hydraulischer Boden- und Tragschichtbinder zählen zu den im Straßenbau verwendeten hydraulischen Bindemitteln. Ihre Eigenschaften werden in der Baustofftechnologie behandelt, daher wird hier nur kurz auf deren Verwendung im Straßenbau eingegangen. Baukalke werden aufgrund der unterschiedlichen Erhärtung in Luftkalke und hydraulische Kalke unterschieden. Sie werden zur Bodenverbesserung und Bodenverfestigung eingesetzt, wenn der Boden sich aufgrund eines zu hohen Wassergehaltes nicht verdichten lässt. Luftkalke erhärten nur an der Luft unter Aufnahme von Kohlendioxid, sie werden im Straßenbau zur Bodenverbesserung eingesetzt. Im Regelfall wird Kalkhydrat verwendet, eine Zugabe von 3 bis 6 Gew.-% erreicht im Normalfall die gewünschte Bodenverbesserung. Hydraulische Kalke erhärten schneller und es werden höhere Festigkeiten erreicht als bei Luftkalk. Die häufigste Verwendungsform ist Branntkalk (CaO). Wegen des Wasserverbrauchs zeigt er eine stärkere Wirkung und wird daher zur Bodenverfestigung eingesetzt. Als Überschlagsformel gilt, dass für die Verringerung des Wassergehaltes um 1 % eine Zugabe von 1 Gew.-% CaO nötig ist. Jedoch sind beim Einsatz von Branntkalk Schutzmaßnahmen gegen die ätzende Wirkung erforderlich. Bei der Zugabe von Zement wird der geeignete bzw. aufbereitete Boden, nach dem Einmischen einer festgelegten mittleren Zementmenge und günstigem Wassergehalt, verdichtet. Die Erhärtung des Zements erfolgt durch eine chemische Reaktion zwischen den Bestandteilen des Zementklinkers und Wassers, dieser Vorgang wird als Hydratation bezeichnet. Durch die Hydratation entsteht eine frostbeständige in bestimmbaren Grenzen biegezugfeste Tragschicht, die in Abhängigkeit des Straßenoberbaues eingesetzt werden kann. Die hydraulischen Boden- und Tragschichtbinder sind kalk- oder zementähnliche Bindemittel, die für Bodenverbesserungen, Bodenverfestigungen oder Tragschichten mit hydraulischem Bindemittel verwendet werden. Sie enthalten Portlandzement, Kalke und andere Bestandtei- - SB

87 le, wie z.b. latent hydraulische puzzolanische oder hydraulische Stoffe, zu denen Hüttensand und Flugasche gehören. Hydraulische Boden- und Tragschichtbinder werden mit Wasser vermischt, erhärten unter Luft und Wasser und bleiben unter Wasser fest. Sie dürfen nur in hydraulisch gebundenen Tragschichten eingesetzt werden. Für unterschiedliche Anwendungsgebiete gibt es verschiedene hydraulische Tragschichtbinder, die nach einem festen Mengenverhältnis zusammengesetzt sind und dadurch unterschiedliche Eigenschaften besitzen. 4.4 Verständnisfragen Welche Bindemittelarten werden im Straßenbau eingesetzt? Wie wird Bitumen hergestellt? Welche bitumenhaltigen Bindemittel unterscheidet man? Wie werden die Bitumensorten eingeteilt, welche Anforderungen müssen sie erfüllen? Nennen Sie die Eigenschaften von Polymermodifiziertem Bitumen. Beschreiben Sie die Kolloidstruktur von Bitumen. Wie ändert sich die Viskosität von Bitumen in Abhängigkeit von der Temperatur? Aus welchen Bestandteilen setzt sich die Verformung von Bitumen zusammen, welche Faktoren beeinflussen das Verformungsverhalten? Wie unterscheiden sich die Inhaltsstoffe von Bitumen und Teer, wann dürfen pechhaltige Schichten im Straßenaufbau verbleiben? Welche hydraulischen Bindemittel werden im Straßenbau verwendet? - SB

88 5 Asphaltbauweise Anknüpfend an die Erkenntnisse, die in der Vorlesung Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen [13] vermittelt wurden, sollen hier weitergehende Informationen über Asphaltbauweisen besprochen werden. 5.1 Allgemeine Grundlagen Für die Wahl der Dicke und Anordnung der Schichten sind die RStO [102] maßgebend. Für nicht in den RStO [102] behandelte Verkehrsflächen sind die entsprechenden Technischen Regelwerke (z.b. die Richtlinien für den ländlichen Wegebau (RLW [101]) heranzuziehen. Die RStO [102] unterscheiden neben den Belastungsklassen nach besonderer und normaler Beanspruchung. Dazu ist bei der Wahl der Asphaltmischgutarten und -sorten davon auszugehen, dass in den Belastungsklassen Bk100 und Bk32 bis Bk3,2 immer besondere Beanspruchungen, in den Belastungsklassen Bk1,8 und Bk1,0 normale Beanspruchungen und in der Belastungsklasse Bk0,3 sowie auf Rad- und Gehwegen leichte Beanspruchungen vorliegen. Die Beanspruchungen können durch klimatische Einflüsse verstärkt werden, wie - besonders hohe Temperaturen über längere Zeiträume oder - intensive Sonneneinstrahlung, z.b. auf Südhanglagen. Asphaltmischugtsorten für besondere Beanspruchungen sind am Ende der Bezeichnung mit S, Asphaltmischgutsorten für normale Beanspruchungen mit N und solche für leichte Beanspruchungen mit L gekennzeichnet. Die zweckmäßige Zuordnung der Asphaltmischgutarten und -sorten zu den Belastungsklassen in Abhängigkeit von den zu erwartenden Beanspruchungen ist in Abbildung 5.1, die zweckmäßigen Bindemittelarten und -sorten in Abhängigkeit von der zu erwartenden Beanspruchung sind in der Abbildung 5.2 angegeben Für Kreisverkehrsflächen ist bezogen auf den am stärksten belasteten Abschnitt der Kreisverkehrsfläche die nächsthöhere Belastungsklasse festzulegen. Bei Asphalttragschichten ist für die Wahl der Mischgutsorten nach der vorgesehenen Herstellungsart (ein- oder mehrlagiger Einbau) zu unterscheiden. Bei Asphalttragschichten mit vorgesehenen Einbaudicken von 16 cm und mehr ist auch ein mehrlagiger oder mehrschichtiger Einbau möglich. - SB 5-1 -

89 Abbildung 5.1 Zweckmäßige Asphaltmischgutart und Asphaltmischgutsorte in Abhängigkeit von der zu erwartenden Beanspruchung [76] Abbildung 5.2 Zweckmäßige Bindemittelart und Bindemittelsorte in Abhängigkeit von der zu erwartenden Beanspruchung [76] Die Mindest-Einbaudicke jeder Schicht oder Lage einer Asphaltschicht muss im verdichteten Zustand mindestens das 2,5-fache der oberen Siebgröße betragen. Bei Deckschichten kompakter Asphaltbefestigungen darf dieser Wert unterschritten werden. Die Mindest-Einbaudicke jeder Schicht oder Lage einer Asphalttragschicht mit einer oberen Siebgröße von 22 oder 32 mm muss im verdichteten Zustand 8 cm betragen. Bei kompakten Asphaltbefestigungen ist die Dicke der Asphaltdeckschicht zu Gunsten der Dicke der Asphaltbinderschicht zu verringern. Die Dicke der Asphaltdeckschicht beträgt 2,0 bis 2,5 cm bei Asphaltsorten mit einer oberen Siebgröße von 8 oder 11 mm. Die Dicke der Asphaltbinderschicht liegt je nach Belastungsklasse zwischen 5,5 und 10,0 cm. Bis zur Verkehrsfreigabe ist eine ausreichende Zeitspanne zur Abkühlung der Asphaltdeckschicht bzw. der gemeinsamen eingebauten Asphaltdeck- und Asphaltbinderschicht einzuhalten. Nach Fertigstellung der Asphaltdeckschicht allein sind mindestens 24 Stunden erforderlich, für Asphaltdeckschichten auf nicht ausgekühlter Unterlage mindestens 36 Stunden. - SB 5-2 -

90 Diese Abkühlfristen können in begründeten Ausnahmefällen geändert werden; jedoch muss dann mindestens eine Nacht zwischen der Herstellung der Asphaltdeckschicht und der Verkehrsfreigabe liegen. 5.2 Asphaltmischgut Unterschiede und Merkmale Das Asphaltmischgut für Asphalttrag-, Asphaltbinder-, Asphaltdeck- und Asphalttragdeckschichten muss den TL Asphalt-StB [90] entsprechen. Es gibt verschiedene Arten von Asphaltmischgut (z.b. Asphaltbeton, Splittmastixasphalt), die sich in ihrer Zusammensetzung und ihren Eigenschaften unterscheiden. Innerhalb einer Asphaltmischgutart sind verschiedene Asphaltmischgutsorten definiert, die sich insbesondere hinsichtlich ihrer Korngrößenverteilung bzw. ihres Größtkorns unterscheiden (z.b. Asphaltbeton 0/8 mm und Asphaltbeton 0/11 mm). Prinzipiell wird unterschieden zwischen - Walzasphalt, einem Asphaltmischgut mit Hohlräumen, das durch Walzen verdichtet wird, und - Gussasphalt, einem Asphaltmischgut ohne Hohlräume, das im heißen Zustand gießbar und streichfähig ist und keiner Verdichtung bedarf. Die Unterschiede sind in Abbildung 5.3 dargestellt. - SB 5-3 -

91 Walzasphalt (mit Hohlräumen) Gussasphalt (ohne Hohlräume) Entscheidendes Kriterium Hohlräume im Mineralgemisch mit Bitumen soweit ausgefüllt, dass bei maximaler Lagerungsdichte noch ein Resthohlraum verbleibt. Mischgut ist anfangs locker und muss nach dem Einbau bis auf den Resthohlraumgehalt verdichtet werden. Hohlräume im Mineralgemisch mit Bitumen voll ausgefüllt. Darüber hinaus noch ein geringer Bindemittelüberschuss. Mischgut ist von Anfang an hohlraumfrei und bedarf in der Regel keine Verdichtung. Es wird beim Einbau lediglich verstrichen. Zugehörige Mischgutsorten Asphaltbeton, Asphaltbinder, Mischgut für Asphalttragschichten und Asphalttragdeckschichten, Splittmastix- Gussasphalt asphalt und offenporiger Asphalt Mit Mörtel verklebtes Korngerüst. Mischgutcharakteristik Mit Gesteinskörnungen versteifte hochviskose Flüssigkeit. Im heißen Zustand die Walzverdichtung unterstützen, später das durch die Walzenverdichtung standfeste Korngerüst dauerhaft verkleben und stabilisieren. Relativ weich. Füller/Bitumen-Verhältnis 1,5 bis 1,8. Bitumensorte 70/100, 50/70, PmB 45 A oder PmB 25 A Aufgaben des Mörtels Beschaffenheit des Mörtels Im heißen Zustand das Verstreichen ermöglichen, später die Splittkörner voll einbetten und schützen. Entscheidender Beitrag zur Standfestigkeit. Relativ steif. Füller-Bitumen-Verhältnis 3,0 bis 3,5. Bitumensorte 20/30, 30/45 oder PmB 45 A Temperaturspanne: 120 bis 160 C Dementsprechend längere Verarbeitungsfrist. Einbauparameter Temperaturspanne: 220 bis 240 C Dementsprechend kürzere Verarbeitungsfrist. Es genügt der Transport mit Wärmehaltung, um Temperaturverluste gering zu halten. Lkw mit Abdeckplanen oder wärmeisolierten Behältern (Thermoswagen). Entmischungsgefahr gering. Transport Transport mit Wärmezufuhr erforderlich, um Temperaturverluste völlig zu vermeiden. Auf Lkw aufsetzbare Behälter mit thermostatgesteuerter Heizung (Öl, Gas) und Rührwerk, um Entmischungen durch absetzen der schweren Splittkörner zu vermeiden oder sog. Kocher als Anhänger. Sog. Straßenfertiger auf Raupen oder Rädern. Einbaugerät Spezielle Einbaubohlen auf Schienen, Raupen oder Rädern. Beheizte Einbausohle wird vom einzubauenden Mischgut getragen ( schwimmende Bohle ). Vorverdichtung des Mischgutes durch die Einbausohle (Stampfen, Rütteln). Endverdichtung durch nachlaufende Walzen. Abbildung 5.3 Unterschiede von Walz- und Gussasphalt Beheizte Einbausohle wird nicht vom Mischgut, sondern vom Gerät getragen (starre Bohle). Aufrauhen des zwangsläufig auftretenden Mörtelspiegels durch nachgeführte Splittstreugeräte. Die verschiedenen Asphaltarten werden nachfolgend kurz bezüglich ihrer Zusammensetzung, Anwendung und den Schichteigenschaften beschrieben. - SB 5-4 -

92 Asphalttragschichten Eine Asphalttragschicht besteht aus Asphalttragschichtmischgut, das im heißen Zustand eingebaut und verdichtet wird. Die Zusammensetzung ist so abgestimmt, dass damit verformungsbeständige Asphalttragschichten hergestellt werden können, deren Raumdichte und Korngrößenverteilung sich unter Verkehr nur wenig verändern. Asphalttragschichten können auf Verkehrsflächenbefestigungen aller Art angewendet werden. Es ist Asphalttragschichtmischgut nach den TL Asphalt-StB [90], Abschnitt 3.2.1, zu verwenden. Bei Verwendung von Asphaltgranulat und gefordertem Straßenbaubitumen 70/100 oder 50/70 kann der Auftragnehmer entgegen der ausgeschriebenen Bindemittelsorte auch einen resultierenden Erweichungspunkt Ring und Kugel (T R&Bmix ) im Eignungsnachweis angeben, der der nächst härteren Sorte entspricht. Diese Sorte gilt dann für das Baustoffgemisch als geforderte Bindemittelsorte. Für die fertige Schicht gelten die Anforderungen von Abbildung 5.4 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad. Abbildung 5.4 Anforderungen an Asphalttragschichten [76] Asphalttragdeckschichten Asphalttragdeckschichtmischgut besteht aus einem Gesteinskörnungsgemisch abgestufter Korngrößenverteilung mit Straßenbaubitumen als Bindemittel. Das Asphalttragdeckschichtmischgut wird in heißem Zustand eingebaut und verdichtet. Die Zusammensetzung ist so abgestimmt, dass damit widerstandsfähige und verkehrssichere Asphalttragdeckschichten hergestellt werden können, die nur noch einen geringen Hohlraumgehalt aufweisen und deren Lagerungsdichte und Korngrößenverteilung sich unter Verkehr nur wenig ändert. Eine Asphalttragdeckschicht kann als einschichtige Befestigung auf Verkehrsflächen untergeordneter Bedeutung, auf ländlichen Wegen sowie auf Rad- und Gehwegen angewendet werden. - SB 5-5 -

93 Es ist Asphalttragdeckschichtmischgut nach den TL Asphalt-StB, Abschnitt 3.2.3, zu verwenden [90]. An die fertige Schicht werden die Anforderungen von Abbildung 5.5 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad gestellt. Abbildung 5.5 Anforderungen an Asphalttragdeckschichten [76] Asphaltbinderschichten Eine Asphaltbinderschicht besteht aus Asphaltbinder, das im heißen Zustand eingebaut und verdichtet wird. Die Zusammensetzung ist so abgestimmt, dass damit verformungsbeständige Asphaltbinderschichten hergestellt werden können, deren Raumdichte und Korngrößenverteilung sich unter Verkehr nur wenig verändern. Asphaltbinderschichten können auf Verkehrsflächenbefestigungen aller Art angewendet werden. Es ist Asphaltbinder nach den TL Asphalt-StB [90], Abschnitt 3.2.3, zu verwenden. Für die fertige Schicht gelten die Anforderungen von Abbildung 5.6 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad. Abbildung 5.6 Anforderungen an Asphaltbinderschichten [76] Asphaltbeton Eine Asphaltdeckschicht aus Asphaltbeton für Asphaltdeckschichten besteht aus einem Gesteinskörnungsgemisch abgestufter Körnung mit Straßenbaubitumen oder Polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel. Das Asphaltmischgut wird in heißem Zustand eingebaut und verdichtet. Die Zusammensetzung ist so abgestimmt, dass damit widerstandsfähige, verformungsbeständige und verkehrssichere Asphaltdeckschichten hergestellt werden kön- - SB 5-6 -

94 nen, die nur noch einen geringen Hohlraumgehalt aufweisen und deren Raumdichte und Korngrößenverteilung sich unter Verkehr nur wenig verändert. Asphaltbeton für Asphaltdeckschichten kann als Asphaltdeckschicht auf Verkehrsflächenbefestigungen der Belastungsklassen Bk10 bis Bk1,8 und Wegen aller Art angewendet werden. Es ist Asphaltbeton für Asphaltdeckschichten nach den TL Asphalt-StB [90], Abschnitt 3.2.4, zu verwenden. Für die fertige Schicht gelten die Anforderungen von Abbildung 5.7 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad. Abbildung 5.7 Anforderungen an Asphaltbeton [76] Splittmas tixas phalt Eine Asphaltdeckschicht aus Splittmastixasphalt besteht aus einem Gesteinskörnungsgemisch mit Ausfallkörnung, aus Polymermodifiziertem Bitumen oder Straßenbaubitumen als Bindemittel und Zusätzen als Bindemittelträger. Das Asphaltmischgut wird heiß eingebaut und verdichtet. Ein hoher Anteil grober Gesteinskörnungen ergibt ein in sich abgestütztes Gesteinskorngerüst, dessen Hohlräume mit Asphaltmastix weitgehend ausgefüllt sind. Die gleichzeitige Verwendung hoher Bindemittelgehalte erfordert die Zugabe von Zusätzen als Bindemittelträger, um eine Entmischung bei Herstellung, Transport, Einbau und Verdichtung des Splittmastixasphaltes zu verhindern. Als Zusätze kommen u.a. organische und/oder mineralische Faserstoffe in Frage. Die Zusammensetzung des Splittmastixasphaltes ist so abgestimmt, dass der Asphaltmastix den Zusammenhalt des Gesteinskörnungsgerüstes dauerhaft sichert und damit widerstandsfähige, verformungsbeständige und verkehrssichere Asphaltdeckschichten hergestellt werden können, die nur noch einen geringen Hohlraumgehalt aufweisen und deren Raumdichte und Korngrößenverteilung sich unter Verkehr nur wenig ändern. Splittmastixasphalt kann als Asphaltdeckschicht auf Verkehrsflächenbefestigungen aller Art angewendet werden. Es ist Splittmastixasphalt nach den TL Asphalt-StB [90], Abschnitt 3.2.5, zu verwenden. Asphaltgranulat darf nicht verwendet werden. - SB 5-7 -

95 Soll in besonderen Fällen die Verwendung von Asphaltgranulat möglich sein, ist dies in die Leistungsbeschreibung aufzunehmen. An die fertige Schicht werden die Anforderungen von Abbildung 5.8 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad gestellt. Abbildung 5.8 Anforderungen an Splittmastixasphalt [76] Gussasphalt Eine Asphaltdeckschicht aus Gussasphalt ist eine dichte Schicht aus groben und feinen Gesteinskörnungen, Füller und als Bindemittel Straßenbaubitumen oder Polymermodifiziertes Bitumen oder ein Gemisch aus Straßenbaubitumen und Naturasphalt. Das Gesteinskörnungsgemisch ist hohlraumarm zusammengesetzt. Der Bindemittelgehalt ist auf die Hohlräume des Gesteinskörnungsgemisches so abgestimmt, dass diese im Einbauzustand voll ausgefüllt sind oder ein geringer Überschuss an Bindemittel vorhanden ist. Zur Einhaltung der Arbeitsschutzbestimmungen sind geeignete viskositätsveränderte Bindemittel oder viskositätsverändernde Zusätze zu verwenden. Alternativ können geeignete verfahrenstechnische Maßnahmen zur Reduktion der Dämpfe und Aerosole aus Bitumen ergriffen werden; die Wirksamkeit dieser Maßnahmen ist dann nachzuweisen. Die Struktur der Oberfläche wird unmittelbar nach dem Einbau des Gussasphaltes durch Aufbringen von Abstreumaterial hergestellt. Auf stark geneigten Flächen (Schrägneigung größer als 7 %) sind für den Einbau von Gussasphalt besondere Maßnahmen festzulegen. Die Einbaubreiten von Gussasphaltschichten sind in der Leistungsbeschreibung festzulegen. Gussasphalt kann als Deckschicht auf Verkehrsflächenbefestigungen aller Art angewendet werden. Es ist Gussasphalt gemäß den TL Asphalt-StB [90], Abschnitt 3.2.6, zu verwenden. Für die fertige Schicht gelten die Anforderungen von Abbildung 5.9 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad. - SB 5-8 -

96 Abbildung 5.9 Schichteigenschaften für Deckschichten aus Gussasphalt [76] Offenporiger Asphalt Eine Asphaltdeckschicht aus Offenporigem Asphalt ist so zusammengesetzt, dass sie im eingebauten Zustand lärmmindernd und wasserabführend wirkt. Sie hat einen sehr hohen Anteil an miteinander verbundenen Hohlräumen, die den Durchgang von Wasser und Luft ermöglichen. Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt müssen auf einer dichten Unterlage hergestellt werden. Offenporiger Asphalt kann als Asphaltdeckschicht auf Verkehrsflächenbefestigungen der Belastungsklassen Bk100 und Bk32 bis Bk3,2 angewendet werden. Das Merkblatt für Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt (M OPA) [119] ist zu beachten. Die Länge eines Einbauloses einer Asphaltdeckschicht aus Offenporigem Asphalt sollte aus bautechnischen, lärmtechnischen und verkehrstechnischen Gründen mindestens m betragen. Die Funktionstüchtigkeit von Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt setzt voraus, dass ihre Entwässerung sichergestellt ist. Dazu sind insbesondere bei Randeinfassungen und Einbauten geeignete Entwässerungseinrichtungen anzuordnen und im Leistungsverzeichnis hierfür jeweils eine gesonderte Ordnungszahl aufzunehmen. Vor der Ausführung von Asphaltdeckschichten aus Offenporigem Asphalt müssen entweder sämtliche Erd-, Entwässerungs- und Ausstattungsarbeiten abgeschlossen sein oder geeignete Schutzmaßnahmen für die Oberfläche angeordnet werden; im Leistungsverzeichnis ist jeweils hierfür eine gesonderte Ordnungszahl aufzunehmen. Vor dem Aufbringen der Abdichtung ist die Unterlage mit geeigneten Geräten zu reinigen. Zur wasserdichten Abdichtung der Unterlage unter einer Asphaltdeckschicht aus Offenporigem Asphalt ist eine ausreichend dicke Bitumenschicht erforderlich. Hierzu sind in Abhängigkeit von der Beschaffenheit der Unterlage 2,0 bis 3,0 kg/m² Polymermodifiziertes Bitumen 40/ aufzubringen und mit 5 bis 10 kg/m² einer vorbituminier- - SB 5-9 -

97 ten Lieferkörnung 8/11 der Kategorie SZ 18 /LA 20 abzustreuen und erforderlichenfalls mit Walzen anzudrücken. Nicht gebundene Gesteinskörner sind zu entfernen. Die auf der Asphaltbinderschicht herzustellende Abdichtung ist hinsichtlich ihrer Dicke der Asphaltdeckschicht aus Offenporigem Asphalt zuzurechnen. Es ist Offenporiger Asphalt gemäß den TL Asphalt-StB [90], Abschnitt 3.2.7, zu verwenden. Für die fertige Schicht gelten die Anforderungen von Abbildung 5.10 bezüglich Einbaudicke, Einbaumenge und Verdichtungsgrad. Abbildung 5.10 Anforderungen an Offenporigen Asphalt [76] Eignungsnachweis Der Auftragnehmer hat die Eignung der vorgesehenen Baustoffe und der Baustoffgemische nachzuweisen. Der Eignungsnachweis erfolgt durch: a) Angaben zur Zusammensetzung und zu den im Rahmen der Erstprüfung nach den TL Asphalt-StB [90] durchgeführten Prüfungen: - Art und Herkunft des Asphaltmischgutes - Art, Gewinnungsort und Hersteller der Gesteinskörnungen - Kornanteil grober Gesteinskörnungen in Gesteinskörnungsgemisch in M.-% - Grobkornanteil (Kornanteil der gröbsten Kornklasse im Bereich der groben Gesteinskörnungen einschließlich Überkornanteil), bei Splittmastixasphalt (SMA) alle Kornanteile bei den groben Gesteinskörnungen jeweils in M.-% - Anteil der Kornklasse feiner Gesteinskörnungen 0,063/2 im Gesteinskörnungsgemisch in M.-% - bei Asphaltbeton (AC) Kornanteil kleiner 0,125 mm im Gesteinskörnungsgemisch in M.-% - Fülleranteil kleiner 0,063 mm im Gesteinskörnungsgemisch in M.-% - SB

98 - Bindemittelart und -sorte - bei Verwendung von Polymermodifiziertem Bitumen 40/100-65: Lieferant sowie Erweichungspunkt Ring und Kugel aus der Erstprüfung - bei Verwendung eines viskositätsveränderten Bindemittels oder viskositätsverändernden Zusätzen: Lieferant sowie Erweichungspunkt Ring und Kugel des rückgewonnenen Bindemittels aus einer Erstprüfung - Bindemittelgehalt in M.-% - Art der Zusätze, soweit enthalten - Menge der Zusätze in M.-% - bei Mitverwendung von Asphaltgranulat: - Art und Menge in M.-% - Erweichungspunkt Ring und Kugel des rückgewonnenen Bindemittels aus dem Asphaltgranulat - Erweichungspunkt Ring und Kugel am resultierenden Bindemittelgemisch, der sich bei Verwendung von Asphaltgranulat ergibt - gegebenenfalls die Ergebnisse weitergehender Prüfungen b) Erklärung über die Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck c) gegebenenfalls zusätzliche Angaben Die Angaben a) bis c) sind maßgebend für die Ausführung und Abnahme der Bauleistungen. Ändern sich Art und Eigenschaft der Baustoffe und Baustoffgemische oder die Einbaubedingungen, so ist erneut die Eignung nachzuweisen. Werden vom Auftraggeber Anforderungen gestellt oder Prüfungen gefordert, die über die TL Asphalt-StB hinausgehen, so sind Art und Umfang in der Leistungsbeschreibung festzulegen. Erstprüfung Für jede Zusammensetzung eines Asphaltmischgutes muss eine Erstprüfung durchgeführt werden, um nachzuweisen, dass die Anforderungen der TL Asphalt-StB erfüllt werden. Die Erstprüfung umfasst die vollständige Reihe der Prüfungen von repräsentativen Proben, um die Gebrauchstauglichkeit einer Asphaltmischgutsorte zu bestimmen. Die Ertsprüfung muss vor der ersten Verwendung durchgeführt werden. - SB

99 Der Erstprüfungsbericht gilt nur für eine Sollzusammensetzung und für eine Dauer von bis zu 5 Jahren. Für die Prüfung von Asphaltmischgut gelten die TP Asphalt-StB [86]. Der Nachweis aller Eigenschaften erfolgt durch Validierung im Laboratorium, d.h. die Prüfungen sind an Asphaltmischgut vorzunehmen, das in einem Laboratorium aus Baustoffen hergestellt wurde, die der Sollzusammensetzung entsprechend nach den TP Asphalt-StB [86], Teil 35 gemischt wurden. Der Umfang der Prüfung ist in der Abbildung 5.11 angegeben. - SB

100 Abbildung 5.11 Prüfung der Baustoffe im Rahmen der Erstprüfung [90] - SB

101 Für die Prüfung der Baustoffe gelten die in den jeweiligen Lieferspezifikationen (Normen bzw. Technische Lieferbedingungen) angegebenen Prüfverfahren. Diese sind überwiegend im Skript zur Vorlesung Bemessungsgrundlagen im Straßenwesen enthalten. Weitere Prüfverfahren zur Bestimmung der Verformungseigenschaften der Asphalte werden im nachfolgenden Kapitel beschrieben. Die TP Asphalt-StB, Teil 25 (Druck-Schwellversuche [84] und Stempeleindringversuche [83]) und Teil 22 (Spurbildungsversuche) [85] sind dabei geforderter Bestandteil der Prüfungen im Rahmen der Erstprüfungen. 5.3 Asphalteigenschaften Da Asphalte temperatur- und zeitabhängige Eigenschaften besitzen, ist neben der Beanspruchung durch die unterschiedlichen Verkehrsbelastungen in den verschiedenen Tiefen, in denen die Schichten liegen, zusätzlich von Beanspruchungen durch die Witterung und durch die Dauer der einzelnen Belastung auszugehen. Asphalte müssen folgende Eigenschaften besitzen: - Formänderungsverhalten und Verformungswiderstand: Sie sollen ihre Form unter der Belastung nicht bleibend verändern, d.h. keine Spurrinnen, keine Wellen, keine Unebenheiten bekommen. - Risssicherheit: Sie sollen so flexibel sein, dass sie sich bei Abkühlung anpassen, d.h. Spannungen durch Relaxation abbauen. - Ermüdung: Sie sollen aber auch eine große Zahl von Lastwechseln ohne Ermüdungsrisse überstehen. - Verdichtbarkeit: Der Aufwand für die Verdichtung von Walzasphalt soll gering bleiben (Walzasphalt). - Darüber hinaus wird für die oberste Schicht, die direkt dem Verkehr dient und der Witterung ausgesetzt ist, verlangt: - Dichtigkeit / Wasserdurchlässigkeit: Wasser darf nicht durch die Deckschicht eindringen, die Haftung des Bitumens am Gestein unterbrechen und die Tragfähigkeit der gebundenen Schichten abbauen. - Verkehrssicherheit: Widerstand gegen Abrieb, Ausmagerung, Substanzverlust. Ausreichende und bleibende Griffigkeit sowie Helligkeit und Lichtstreuvermögen müssen erzielt werden, der Verkehrslärm soll gering gehalten werden. Zur Erfüllung dieser Forderungen sind teilweise sich widersprechende Maßnahmen erforder- - SB

102 lich, die nur eine Optimierung der Eigenschaften für den jeweiligen Zweck, aber kaum eine Maximierung einer Eigenschaft zulassen. Überbetonung einer Forderung hat in der Vergangenheit zu schwerwiegenden Fehlschlägen geführt. Die Lösung wird zusätzlich dadurch erschwert, dass den Kosten eine entscheidende Rolle zukommt Formänderungsverhalten und Verformungswiderstand Für theoretische Überlegungen und Berechnungen, aber auch zum Verständnis des Verhaltens von Asphalt, ist die Kenntnis der Formänderungseigenschaften erforderlich. Hier bringt das Bitumen sein viskoelastisches Verhalten bei den Gebrauchstemperaturen ein, das Mineralkorn elastische und das verschiebliche Korngerüst auch plastische Verformungsanteile. Die Zeitabhängigkeit der viskosen (und indirekt auch der plastischen) Verformungen erfordert eine getrennte Betrachtung, je nachdem, ob es um Spannungen geht, die unter Kurzzeitbelastungen (z.b. fahrender Verkehr), oder um solche, die verstärkt unter Langzeitbelastung auftreten. Bei Kurzzeitbelastungen kann der absolute E-Modul E nach Francken und Verstraeten geschätzt werden [6]. Dieser enthält die unter einer dynamischen Wechselbeanspruchung auftretende Summe der elastischen, plastischen und viskosen Verformungen. Für die Schätzung ist der Einfluss des Bindemittels, der Temperatur und der Belastungsdauer, charakterisiert mit dem Faktor R, aus einem Diagramm zu entnehmen (siehe Abbildung 5.12). Die Zusammensetzung des Asphaltes geht durch die Volumenanteile der 3 Phasen Mineral, Bitumen und Luft in die Gleichung für E ein. Abbildung 5.12 Faktor R nach Franken und Verstraeten [6] Bei Langzeitbeanspruchungen spielen das plastische und viskose Verhalten des Asphaltes eine entscheidende Rolle. - SB

103 Hierzu werden z.b. statische oder dynamische Kriechversuche durchgeführt. Die Ergebnisse werden hauptsächlich zur Beurteilung des Verformungswiderstandes von Asphalten eingesetzt. Hierzu wird nur ein Kennwert bei einer Temperatur und bei einer Belastungsgröße benötigt. Beim Einsatz im Bauwerk unter den unterschiedlichen, tatsächlichen Bedingungen (Temperatur, Lasten) wird es deswegen auch trotz gleicher Kennwerte zu sehr unterschiedlichen Verformungsgrößen kommen (siehe Abbildung 5.12). Als charakteristischer Wert für den Verformungswiderstand wird entweder eine Verformung nach einer bestimmten Belastungsdauer, die aus dieser Verformung und der aufgebrachten Spannung errechnete Steifigkeit S mix = σ / ε t oder eine charakteristische Kenngröße der Kriechkurve angegeben. Verformungswiderstand wird durch zwei Komponenten erzeugt [6]: Erstens durch die Kohäsion des bitumenhaltigen Mörtels. Dieser besteht aus dem Bitumen und dem darin eingeschlossenen Füller und evtl. Feinsand: Bitumen und feinkörnige Gesteinskörnungen bilden eine geschlossene Phase. Sein Einfluss wird bei Erhöhung der Temperatur und Verlängerung der Belastungszeit geringer. Zweitens sind es die Reibung und die Verzahnung im Korngerüst der Gesteinskörnungen, die von diesen äußeren Einflüssen nicht betroffen und deswegen besonders wichtig sind. Ihre Wirkung bleibt jedoch nur erhalten, wenn der Mörtel den direkten Kornkontakt nicht behindert. Dazu sind gleichmäßig verteilte Hohlräume im Asphalt notwendig, die das Entstehen eines quasihydraulischen" Systems verhindern, bei dem die Gesteinskörner praktisch reibungslos im Mörtel schwimmen, da dieser nicht ausweichen kann; dieser muss dann die gesamte Spannung übernehmen. Mit steigendem Hohlraumgehalt wächst jedoch die Wasserdurchlässigkeit. Außerdem wird mit der Sperrigkeit des Korngerüstes und der Verzahnung der Körner der Aufwand größer, der bei der Verdichtung zu leisten ist, um die engste Kornpackung herzustellen. Sind alle Hohlräume im Korngerüst gefüllt (H bit = 0), liegt Gussasphalt vor. Der Mörtel muss dann genügend hart sein, um allein die Verformungen zu verhindern. Das Korngerüst kann erst wieder nach Verdrängung von Mörtel aus dem Volumen mitwirken Risssicherheit in der Kälte, Kälteflexibilität Asphaltstraßen werden fugenlos gebaut. Die bei Temperaturabfall auftretenden Verkürzungen erzeugen dadurch Zugspannungen im Asphalt. Sie werden in höheren Temperaturbereichen durch Relaxation schnell abgebaut, weil die viskosen Eigenschaften des Bitumens wirksam sind. Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt nimmt die Relaxation wegen der geringen viskosen Verzerrungsanteile progressiv ab, so dass bei Abkühlung kryogene Zugspannungen entstehen [6]. Die Spannungen wachsen bei gleichen Längenänderungen an und bleiben länger bestehen. Es wird dadurch im Asphalt eine so große Zugspannung erzeugt, dass diese allein oder durch Überlagerung mit den Zugspannungen aus der Ver- - SB

104 kehrsbelastung zum Reißen des Asphaltes führen kann. Dieser Punkt wird unterhalb von -10 C besonders schnell erreicht, weil die Zugfestigkeit, die von der Temperatur abhängig ist, dann wieder abnimmt (Abbildung 5.13). Zugspannung σt [MPa] 6,0 5,0 4,0 σ Br 3,0 2,0 1,0 0,0 T Br β t,max T( β t,max ) Temperatur T [ C] Zugfestigkeit β t (T) Zugfestigkeitsreserve β t (T) Kryogene Spannung σ cry (T) Abbildung 5.13 Entstehung abkühlungsbedingter Risse [11] Durch die Wahl weicherer Bitumen mit kürzeren Relaxationszeiten und nur in sehr geringem Maße durch dickere Bindemittelfilme kann die Risssicherheit erhöht werden. Mit weicheren Bitumen wirkt man auch den Verhärtungen durch Alterung entgegen, die im Laufe der Zeit die Situation erheblich verschärfen kann. Auch ein Bitumen 70/100 kann nach wenigen Jahren durch Alterung die Härte eines Bitumen 20/30 erreicht haben, besonders wenn der Asphalt hohlraumreich und dadurch luftzugänglich ist Ermüdung Infolge ständig sich wiederholender Belastungen durch den Verkehr wird die Struktur des Asphaltes immer wieder beansprucht. Festigkeit und Steifigkeit nehmen bei jeder Belastung ab, bis der Festigkeitsvorrat verbraucht ist: Der Asphalt bricht. Die Asphalte erreichen keine Dauerfestigkeit, ihre Festigkeit ist von der Zeit und der Temperatur abhängig. Nach Saal und Pell beträgt die Anzahl der Lastwechsel bis zum Versagen infolge einer Biegespannung σ r : 6 16 E dyn N = 1,44 10 σr 1, = 6 1 εr E dyn = dynamischer E-Modul Die Anzahl der ertragbaren Lastwechsel N infolge einer vorgegebenen maximalen Zugspannung steigt mit dem Bindemittelgehalt des Asphaltes. Liegen Erholungspausen zwischen den - SB

105 Belastungen, steigt die Zahl N - je nach der Dauer der Belastungspausen und bei höheren Temperaturen - bis auf das 60-fache. Die die Ermüdung verursachenden Belastungen sind die Anzahl und die Größe der Verkehrslasten, die Verkehrsgeschwindigkeit und damit die Dauer der Belastung sowie abkühlungsbedingte Zugspannungen. Die Einzelfälle der Belastung müssen der Ermüdungsfestigkeit des Asphaltes gegenübergestellt werden. Jede Belastung i verursacht einen belastungsabhängigen Verzehr an Nutzungsdauer 1:N i. Dieser Verzehr an Nutzungsdauer ist auszurechnen, nacheinander aufzuaddieren bis die Summe aller 1:N i den Wert 1 erreicht hat [6]. i= n 1 = 1 i= 1Ni (Miner-Hypothese) Verdichtbarkeit Als Verdichtbarkeit eines Stoffes bezeichnet man seine Eigenschaft, unter Einwirkung einer Verdichtungsarbeit bei konstanter Masse sein Volumen zu verringern. Die Verdichtbarkeit von heiß einbaubaren Walzasphaltgemischen ist eine temperaturabhängige Eigenschaft. Walzasphalte werden in der Regel mit einem Straßenfertiger eingebaut, durch die Einbaubohle vorverdichtet und durch anschließendes Walzen verdichtet. Die Dichte der Asphaltschicht nimmt zunächst mit jedem Walzübergang zu. Die Zunahme der Dichte, die mit einem Walzübergang erreicht werden kann, ist zu Beginn des Verdichtungsprozesses verhältnismäßig groß und wird gegen Ende der Verdichtung immer kleiner. Schließlich kann trotz fortgesetzter Walzarbeit keine Dichtezunahme mehr erzielt werden, es ist dann sogar eine Auflockerung möglich. Grundsätzlich lassen sich leichter und schwerer verdichtbare Walzasphaltmischgutsorten unterscheiden: - Asphaltmischgutsorten, die zu Beginn des Verdichtungsprozesses eine große Dichteänderung erfahren und bei Aufbringen weiterer Verdichtungsarbeit ihre Dichte kaum noch ändern, werden als leicht verdichtbar bezeichnet. - Asphaltmischgutsorten, deren Dichtezuwachs zu Beginn des Verdichtungsprozesses geringer ausfällt und die nach einer größeren Anzahl von Walzübergängen noch Dichteänderungen erfahren können, werden als schwer verdichtbar bezeichnet. Zum Erreichen der angestrebten Dichte ist eine größere Verdichtungsarbeit zu verrichten als bei leicht verdichtbaren Asphalten. - Der Verlauf der Dichtezunahme in Abhängigkeit von der Verdichtungsarbeit (Abbildung 5.14) lässt sich durch den Verdichtungswiderstand beschreiben. Leicht verdichtbare Walzasphalte besitzen einen geringen, schwer verdichtbare Walzasphalte einen gro- - SB

106 ßen Verdichtungswiderstand. Der Verdichtungswiderstand kann auf der Grundlage experimentell gewonnener Daten im Laboratorium bestimmt werden. Abbildung 5.14 Dichteverlauf in Abhängigkeit von der Anzahl der Verdichtungsschläge am Marshall-Probekörper [124] Die Verformungsneigung der Gussasphalte läuft wiederum mit der Verarbeitbarkeit gleich. Diese hat hier eine größere Bedeutung als beim Walzasphalt. Wird sie gleich gehalten, zeigen Versuche der Esso, dass härteres Bitumen, der Zusatz von Brechsand statt Rundsand und hoher Splittgehalt eine deutliche Abnahme, mehr Füller und größeres Größtkorn eine mäßige Verringerung der Verformung bewirken. Auch ein geringerer Bindemittelgehalt hat ebenso wie eine Polymermodifizierung eine Verringerung der Verformungsneigung zur Folge; gleichzeitig verschlechtert sich aber auch die Verarbeitbarkeit. Bei Zusatz von Trinidad- Epuré ist dagegen dieser Zusammenhang abgeschwächt Dichtigkeit, Wasserdurchlässigkeit Nur Gussasphalt und Mastix sind hohlraumfrei und deshalb wasserdicht. Walzasphalt darf jedoch nicht porenfrei werden, damit der Verformungswiderstand nicht verloren geht. Es muss daher ein Kompromiss gefunden werden, bei dem gerade noch so viele Hohlräume vorhanden sind, dass das System stabil bleibt und die Wasserdichtigkeit ein möglichst hohes Maß erreicht. Der endgültige Hohlraumgehalt im Betrieb ist schwer vorherzubestimmen, weil er nicht vom Aufbau des Materials allein abhängt, sondern von der Verdichtung beeinflusst wird. Unter Verdichtung ist hier sowohl die Verdichtungsarbeit beim Einbauvorgang als auch die Nachverdichtung durch die Verkehrseinwirkung zu verstehen. Die Größe der Wasserdurchlässigkeit hängt sowohl vom Hohlraumgehalt als auch von der Hohlraumstruktur ab. Dabei muss zwischen kleinen Poren und zusammenhängenden, für Wasser zugänglichen Hohlräumen unterschieden werden, die zusammen den gesamten Hohlraumgehalt ergeben (Abbildung 5.15). - SB

107 Abbildung 5.15 Wasserdurchlässigkeit von Asphalt [6] Verschleißfestigkeit Unter Verschleiß wird der Verlust von Mörtel und/oder Gesteinskörnungen infolge direkter Verkehrsbeanspruchungen der Fahrbahnoberfläche verstanden. Die Verschleißfestigkeit wird überwiegend beeinflusst durch [5]: - Eigenschaften der Gesteinskörnungen - Frostbeständigkeit - Festigkeit - Haftung zwischen Gestein und Bitumen - versteifende Eigenschaften von Füller - Steifigkeit, Dichte und Klebfähigkeit des Mörtels Griffigkeit Die Griffigkeit ist im Wesentlichen von der Dicke des Wasserfilms auf der Fahrbahn, der Fahrgeschwindigkeit und der Rauheit der Fahrbahnoberfläche abhängig. Die Rauheit der Fahrbahnoberfläche beurteilt man nach dem Schärfegrad (Fein- oder Mikrorauheit) und dem Profil der Fahrbahnoberfläche (Grob- oder Makrorauheit). Während die Grobrauheit hauptsächlich von dem Aufbau des Deckschichtgemisches und dem Verschleiß (Abnutzungszustand) bestimmt wird, ist die Feinrauheit von der Beschaffenheit der Kornoberfläche und dem Polierwiderstand der Einzelkörner abhängig. Die Griffigkeit wird maßgeblich beeinflusst durch den Schärfegrad der Fahrbahnoberfläche im Geschwindigkeitsbereich bis etwa 50 km/h und durch die Grobrauheit (in Abhängigkeit von dem Schärfegrad) bei Geschwindigkeiten um 80 km/h. - SB

108 5.3.8 Helligkeit Die optischen Eigenschaften der Fahrbahn werden durch die Helligkeit und Farbe der verwendeten Gesteinskörnungen und des Mörtels sowie durch die Rauheit der Oberfläche bestimmt, die besonders bei Regenwetter die Reflexion sicherstellen müssen. Ein glattes, speziell ein schwarzes Material spiegelt hierbei, d.h. das Licht des Fahrzeuges kommt nicht zum Fahrer zurück; Objekte auf der Fahrbahn werden schlecht erkannt. Helle, raue Deckschichten fördern die Sicherheit bei Nachtfahrt [6]. Helle Decken werden außerdem im Sommer nicht so heiß wie dunkle - der Asphalt bleibt im Sommer etwa (3 bis 8 Kelvin) kühler - und besitzen dadurch einen höheren Verformungswiderstand. Auch der Einfluss auf die Wirkung der Straßenbeleuchtung ist günstig. Hellfarbige Splitte wie Quarzite, Granite, Labradorite oder Anorthosite im Asphaltmischgut und aufgestreuter, heller Splitt vom gleichen Gestein verbessern die Helligkeit. Kalkstein verbessert zwar die Helligkeit, gefährdet jedoch die Griffigkeit (Anwendung nur auf langsam befahrenen Straßendecken). Künstliche, fast weiße Splitte (Flintex, Luxovite) haben zwar eine besonders gute Aufhellungswirkung, sie sind jedoch sehr teuer und besitzen geringere Festigkeits- und Hafteigenschaften Einflüsse auf die Mischguteigenschaften Die Mischguteigenschaften können auf verschiedene Weise beeinflusst werden. Auf dem rein stofflichen Sektor gibt es die Einflüsse der Gesteinskörnungen, des Bindemittels und des Verbundes, während auf dem verarbeitungstechnischen Sektor die Einflüsse der Mischgutherstellung, des Transportes, Einbaues und der Verdichtung stehen. Bei der Gesteinsart sind für die Haltbarkeit der Asphaltschicht die Frostbeständigkeit und Schlagfestigkeit entscheidend. Bei den Körnungen geht der größte Einfluss von der Kornform aus: Gebrochenes Korn erhöht die innere Reibung des Mischgutes und somit die Verformungsbeständigkeit; außerdem ist es unerlässlich für die Griffigkeit. Hinsichtlich der Korngrößenverteilung ist ein ausreichend hoher Anteil grober Splitte Voraussetzung für ein fest verspanntes Korngerüst. Ein ganz erheblicher Einfluss geht vom Füller aus: Er bewirkt vor allem ein Versteifen des Bitumens. Füllersorte und Füllergehalt müssen immer im Zusammenhang mit Bitumengehalt und Hohlraumgehalt gesehen werden. Bitumen wirkt sich über sein thermoplastisches und viskoelastisches Verhalten dominant auf die Mischguteigenschaften aus. Von Einfluss sind die Bitumensorte und der Bitumengehalt des Mischgutes. Je härter die Bitumensorte, desto steifer ist der Mörtel, desto höher die Verformungs- und Verschleißfestigkeit, desto dauerhafter sind Griffigkeit und Haftverhalten, desto stärker ist der Widerstand gegen Kornverfeinerung unter Verkehr, desto höher ist jedoch - SB

109 die Verarbeitungstemperatur und der erforderliche Verdichtungsaufwand infolge kürzerer Verarbeitungsfrist. Der Bitumengehalt muss mindestens so groß gewählt werden, dass sämtliche Einzelkörner des Mineralgemisches lückenlos umhüllt und sicher miteinander verklebt werden. Jede weitere Steigerung des Bitumengehaltes vergrößert die Filmdicke zwischen den Gesteinskörnern und verringert den Verschiebewiderstand mit der Folge, dass das Mischgut zwar verdichtungswilliger, aber auch verformbarer wird. Der damit verbundene Hohlraumgehalt des eingebauten und verdichteten Mischgutes nimmt Einfluss auf das Gebrauchsverhalten der Asphaltschichten. Ein niedriger Hohlraumgehalt verringert die Einwirkungsmöglichkeiten von Wasser und erhöht damit die Witterungsunempfindlichkeit und Verschleißfestigkeit. Ein zu niedriger Hohlraumgehalt mindert aber die Verformungsfestigkeit und kann im Sommer zu Griffigkeitsverlusten führen. Diese Zusammenhänge verdeutlicht die nachfolgende bodenmechanische Betrachtungsweise. Sie geht davon aus, dass der Asphalt aus einem fest verspannten Gesteinskörnungsgerüst besteht, das durch den Asphaltmörtel dauerhaft verklebt wird. Nach Mohr-Coulomb setzt sich die Scherfestigkeit τ aus einem Kohäsionsanteil c und dem Reibungsanteil σ tan ρ zusammen: τ = c + σ tan ρ Hinsichtlich der Wertung der Kohäsions- und Reibungsanteile im Walzasphalt gilt, dass die Hohlräume des Gesteinskörnungsgerüstes nur so weit mit Mörtel ausgefüllt sein sollten, dass bei maximaler Lagerungsdichte noch ein Resthohlraumgehalt verbleibt. Die Lastübertragung erfolgt somit vorwiegend über die Reibung im Gesteinskörnungsgerüst und nur in geringem Maße über die Kohäsion des Mörtels; der Reibungsanteil ist deshalb vorrangig. Diese Zusammenhänge verdeutlicht Abbildung 5.16 für verschiedene Asphaltarten bzw. -zusammensetzungen; dabei können die Fälle für den Asphaltbeton exemplarisch auf den Splittmastixasphalt übertragen werden. Im oberen Teil der Abbildung werden vier Fälle tabellarisch beschrieben, die im unteren Teil der Abbildung als Normalspannungs- Schubspannungs-Diagramm dargestellt sind. - SB

110 Fall Bezeichnung Bindemittel / Mörtel Kohäsion Gesteinskörnung bzw. Hohlräume im Korngerüst Reibung Tragschicht ohne Bindemittel - keine grob, weitgestuft groß 2 Asphaltbeton mittelhart mäßig fein, teilweise gebrochen mittel 2.1 Asphaltbeton härter erhöht fein, teilweise gebrochen mittel 2.2 Asphaltbeton härter erhöht gröber, mehr gebrochenes Korn erhöht 3 Schiebender Asphaltbeton alle Hohlräume gefüllt quasi hydrostatisches System mäßig, nicht ausreichend alle Hohlräume gefüllt quasi hydrostatisches System Verlust der Reibung (Pfeil 3) 4 Gussasphalt hart, viel Füller groß keine Hohlräume, Bindemittelüberschuss keine Abbildung 5.16 Modell des Verformungswiderstandes von Asphalten [10] Betrachtet man den Hohlraumgehalt, der nach der Verdichtung eines Walzasphalts erhalten bleibt (H bit in Vol.-%), sind folgende Grenzen zu beachten, an denen sich das Gebrauchsverhalten bzw. die Eigenschaften entscheidend ändern: Unterhalb von H bit = 2 Vol.-% nimmt der Verformungswiderstand durch sich ausbreitende quasihydraulische Bereiche rapide ab. Der Walzasphalt lässt sich jedoch sehr leicht verdichten und ist danach praktisch wasserdicht. Diese Bedingungen sind nur bei sehr leichten Verkehrsbelastungen erwünscht (Anliegerstraßen, Radwege, landwirtschaftliche Wege). Bei einem Hohlraumgehalt von H bit = 6 Vol.-% können die größten Werte des Verformungswiderstandes erzeugt werden. Es sind aber auch die größten Verdichtungswiderstände zu überwinden. Außerdem ist es der Grenzbereich für die Wasserdurchlässigkeit. H bit = 5 Vol.-% ist der größte Hohlraumgehalt für verformungsbeständige und noch ausreichend wasserdichte Deckschichten bei extrem hohen Verkehrsbeanspruchungen. Mit H bit = 7 Vol.-% liegen Binder und Tragschichten auf der sicheren Seite für maximalen Verformungswiderstand. - SB

111 Diese Materialtypen dürfen wasserdurchlässig sein. Ab H bit = 9 Vol.-% geht der Verformungswiderstand auch in günstigen Fällen deutlich zurück, der Asphalt lässt sich wieder leichter verdichten, aber er bleibt offen. Der weniger intensive Kornverbund lässt die Gefahr geringer Dauerhaftigkeit unter Belastung und unter Wasserund Lufteinfluss aufkommen. Diese Asphalte können nur noch für Sonderfälle gebraucht werden (untere Tragschichten, Fundationsschichten). Bei offenporigen Asphalten mit mindestens 15 Vol.-% Hohlraum sind besondere Anstrengungen bei der Auswahl des Mörtels und der Gesteinskörnungen erforderlich, um diese Gefahren in Grenzen zu halten. Ähnliche Bedeutung hat für den Gussasphalt der Bindemittelüberschuss" Bü, eine weitgehend theoretische Größe: Sie vernachlässigt die Rolle des Füllers, ist experimentell nur unsicher zu bestimmen und soll rechnerisch das Bitumen in Vol.-% darstellen, das nach Füllung aller Hohlräume im Korngerüst überschüssig ist. Der Bindemittelüberschuss wächst wegen der größeren Wärmedehnung des Bitumens gegenüber dem Gestein bei der hohen Einbautemperatur des Gussasphalts an und erlaubt somit eine einfache Verabeitung des Gussasphaltes. Mit steigendem Überschuss an Bitumen wird die Verstreichbarkeit erleichtert: Muss bei Werten um 0 Vol.-% noch Vibration den Asphalt zusätzlich flüssiger" gestalten, können schon bei 1 bis 2 Vol.-% Einbaugeräte und bei weiterer Vergrößerung auch das Streichholz des Asphalteurs das Verstreichen übernehmen. Gleichzeitig geht der Verformungswiderstand des Gussasphaltes im Gebrauch zurück; ab 4 Vol.-% Überschuss kann nicht mehr damit gerechnet werden, dass Körner auch bei Verformung noch ein Gerüst ausbilden; die Körner fließen aneinander vorbei. Der Füller hat im Asphalt eine zweifache Bedeutung. Da der Gussasphalt auf einen harten Mörtel angewiesen ist, der nicht einfach durch die Wahl eines sehr harten Bindemittels erzeugt werden kann, weil dabei die Rissanfälligkeit im Winter zu groß würde, macht man von der Füllerung Gebrauch, bei der der Erweichungspunkt des Mörtels angehoben wird, ohne dass der Brechpunkt sich wesentlich verändert. Spurbildungsversuch nach TP Asphalt-StB, Teil 22 [85] Der Spurbildungsversuch ist ein Prüfverfahren, bei dem Asphaltplatten mit Rädern durch wiederholte Belastungen bei isothermen Bedingungen beansprucht werden. Die sich daraus ergebende Spurrinnentiefe dient als Kenngröße zur Bestimmung des Verformungsverhaltens des untersuchten Asphaltes. - SB

112 Lastrad Probekörper Einspannung an allen Seiten Abbildung 5.17 Schema Spurbildungsversuch [10] Bei diesem Versuch kommt das Spurbildungsgerät zum Einsatz. Dies ist eine maschinell angetriebene Einrichtung mit zwei Prüfrädern aus Vollgummi zur Erzeugung von Spurrinnen und Messung der Spurrinnentiefe an den Probekörpern. Die Gummiräder werden mit einer Kraft von 700 N belastet und überrollen die Probekörper auf einer Strecke von 230 mm 53 Mal pro Minute (hin und zurück) insgesamt Mal. Die planebene Lauffläche hat eine Breite von 47,0 mm; der Raddurchmesser beträgt 203 mm. Als Proben kommen Bohrkerne mit einem Mindestdurchmesser von 300 mm und Ausbaustücke oder Probeplatten mit den Abmessungen 320 x 260 mm zum Einsatz. Probeplatten werden vorzugsweise mit dem Walzsektorverdichter in der Höhe der vorgesehenen Einbaudicke hergestellt. Dabei ist anzumerken, dass die Herstellungsart und der Verdichtungsgrad der Platten entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis haben. Die Platten werden nicht verschiebbar eingespannt und rechtzeitig vor Beginn der Prüfung im Luftbad auf 60 C temperiert. Die sich durch die Belastung einstellende absolute Spurrinnentiefe RD Luft ( rut depth in Luft) wird als Mittelwert aus mindestens 25 Einzelwerten als Differenz von Sohlhöhe der Spurrinne und Nullmessung aus dem Profil der mittleren 100 mm der Rollstrecke (Mittelpunkt ± 50 mm) ermittelt. Weiterhin werden die proportionale Spurrinnentiefe PRD Luft ( proportional rut depth in Luft) in % bezogen auf die Dicke der Probeplatte sowie bei Bedarf die Spurbildungsrate WTS Luft ( wheel tracking slope in Luft) bestimmt, das ist die auf 10 3 Überrollungen bezogene Veränderung der Spurrinnentiefe im Versuchsabschnitt zwischen und Überrollungen. Der Versuch gilt als beendet, wenn Überrollungen durchgeführt wurden oder eine Spurrinnentiefe von 20 % der Plattendicke erreicht ist. Die Spurrinnentiefe der beiden Einzelproben wird als Mittelwert angegeben (Abbildung 5.18). - SB

113 Überrollungen n [-] Spurrinnentiefe s [mm] Probe 1 Mittelwert Probe 2 5 Spurrinnentiefe Probe 1 [mm] Spurrinnentiefe Probe 2 [mm] Mittelwert beider Proben [mm] 6 Abbildung 5.18 Grafische Darstellung der Entwicklung der Spurrinnentiefe in Abhängigkeit der Überrollungen Wenn vor Ablauf der Überrollungen eine Spurrinnentiefe von 20 mm erreicht wurde, ist die zugehörige Zahl der Überrollungen anzugeben. Die kritische Spannweite d a der beiden Einzelwerte darf 50 % des Zahlenwertes des Ergebnisses nicht überschreiten. Das Verfahren ist anwendbar für Asphalte aus Asphaltbeton, für Asphaltdeckschichten und für Asphaltbinderschichten sowie auf Splittmastixasphalt nach den TL Asphalt-StB. Einaxiale Druck-Schwellversuche an Walzasphalten nach TP Asphalt-StB, Teil: Einaxialer Druck-Schwellversuch [84] Druck-Schwellversuche ohne radiale Einspannung werden nach der Technischen Prüfvorschrift Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB Teil: Einaxialer Druck-Schwellversuch Bestimmung des Verformungsverhaltens von Asphalten bei Wärme [84] durchgeführt. Erste Anwendungen eines analogen Druck-Schwellversuches wurden bereits Mitte der 80er Jahre beschrieben. Die o.g. Technische Prüfvorschrift beschreibt ein Verfahren, mit dem das Verformungsverhalten von Asphalten bei hohen Gebrauchstemperaturen unter achslastsimulierender dynamischer Belastung angesprochen werden kann. Hierbei wird ein zylindrischer Asphaltprobekörper bei isothermen Versuchsbedingungen einer auf der Grundfläche des Probekörpers gleichmäßig verteilten sinus-impulsförmigen (haversine) Druck-Schwellbelastung unterwor- - SB

114 fen. Als Probekörper kommen orthogonal-planparallel nass geschliffene Marshall- Probekörper zum Einsatz. Während des Versuches werden für jeden Belastungszyklus die sich am Probekörper einstellenden irreversiblen Verformungen in Belastungsrichtung aufgezeichnet und ausgewertet. Das Schema des Versuches zeigt Abbildung Laststempel Probekörper keine radiale Einspannung Abbildung 5.19 Schema Druck-Schwellversuch ohne radiale Einspannung [10] In Abbildung 5.20 ist der dem Versuch zugrunde liegende Last-Zeit-Verlauf dargestellt. Der zeitliche Verlauf ist eine Abfolge von Lastimpulsen und Lastpausen; dabei beträgt die Impulsdauer 0,2 s und die Lastpause 1,5 s. Insgesamt werden Lastimpulse aufgebracht. Diese Anzahl ist bei den gegebenen Prüfbedingungen unter versuchsökonomischen Gesichtspunkten ausreichend, um zwischen unterschiedlichen Asphaltzusammensetzungen differenzieren zu können. Abbildung 5.20 Last-Zeit-Verlauf und zugehörige Verformung im Druck- Schwellversuch gemäß TP Asphalt-StB [84] Der Lastverlauf ist durch eine Unterlast P u und eine Oberlast P o gekennzeichnet. Die Oberlast P o ist materialspezifisch zu wählen und beträgt z.b. 2,8 kn für Splittmastixasphalte und 1,6 kn für Asphaltbetone. Die Unterlast P u hat eine über den gesamten Versuch konstante Größe von 0,2 kn. Diese ist aus versuchstechnischen Gründen notwendig, um einen Kraft- - SB

115 schluss zwischen Probekörper und Stempel zur kraftgeregelten Steuerung des Systems herzustellen. Oberlast und Unterlast sollen gleichmäßig auf die Probekörperoberfläche einwirken. Bei einem Durchmesser des Probekörpers von d = 100 mm ergeben sich für Splittmastixasphalt somit eine Unterspannung σ u = 0,025 N/mm² und eine Oberspannung σ o = 0,35 N/mm². Zur gleichmäßigen Krafteinleitung auf den Probekörper wird dieser zentrisch unter dem Laststempel eingebaut und zuvor orthogonal-planparallel auf eine Endhöhe von 60 mm geschliffen. Um Reibungskräfte an den Stirnflächen der Probekörper zu reduzieren bzw. zu vereinheitlichen, werden diese zusätzlich mit Silikonfett (Haftmittel) bestrichen und mit Graphitflocken (Gleitmittel) bestreut. Durch Aufbringen der konstanten Unterlast wird die Belastung eingeleitet. Der eigentliche Versuchsbeginn, bei dem die Anzahl der Lastimpulse gezählt wird, ist das Aufbringen der ersten Impulsbelastung P o (1) ab dem Zeitpunkt P a (wie in Abbildung 5.20 dargestellt). Daran anschließend folgen die erste Lastpause und die zweite Impulsbelastung P o (2). Der Punkt s a stellt den Nullpunkt der Verformung dar, ab dem die Verformung des Probekörpers nach jedem Belastungszyklus zunimmt. Der Zuwachs an Verformung entspricht der bleibenden Verformung des Probekörpers und wird im Punkt s u (1) gemessen. Die Messung P u (1) beginnt kurz vor der nächsten Impulsbelastung P o (2). Die grafische Darstellung der bleibenden Verformungen s u (1), s u (2),... (..) über der Anzahl der Lastimpulszahlen ergibt die Impulskriechkurve (Abbildung 5.21). Dehnung ε [ ] Dehnungsrate ε* [ /n] Phase 3 Phase 2 Phase 1 ε w Wendepunkt ε w n w Lastimpulsanzahl n [-] Abbildung 5.21 Impulskriechkurve mit drei Phasen im Druck-Schwellversuch TP Asphalt-StB [84] Grundsätzlich lässt sich die Impulskriechkurve in drei Phasen gliedern. Die erste Phase ist durch starke Verformungen mit degressiv abnehmender Verformungsgeschwindigkeit gekennzeichnet (Konsolidierung). Im zweiten Bereich ist die Verformungsgeschwindigkeit na- - SB

116 hezu konstant und zeigt einen Wendepunkt (volumenkonstante Formänderung). In der dritten Phase nimmt die Verformung progressiv bis zum Versagen zu. Für die Beurteilung des Verformungsverhaltens von Asphalten wird nach Technischer Prüfvorschrift [84] die ermittelte Impulskriechkurve herangezogen. Als Kenngrößen dieser Kurve sind die Lastimpulsanzahl n w [-], die Dehnung ε w [ ] und die Dehnungsrate ε w * [ 10-4 /n] definiert. Diese werden entweder im Wendepunkt oder falls dieser im Versuchsablauf noch nicht erreicht wurde bei Versuchsende (n = ) angegeben. Das Ergebnis des Druck- Schwellversuches ist das arithmetische Mittel aus mindestens drei statistisch verträglichen Einzelwerten. Die Präzision des Verfahrens wurde bisher noch nicht bestimmt. Das Verfahren wird als erweiterte Eignungsprüfung zur Untersuchung des Verformungswiderstandes von Splittmastixasphalten, aber auch von Asphaltbetonen, Asphaltbindern und Asphalttragschichten eingesetzt. Dynamischer Eindringversuch mit ebenem Stempel an Gussasphalt nach TP Asphalt- StB, Teil 25 [83] Dieser Versuch wird nach der Technischen Prüfvorschrift für Asphalt im Straßenbau TP Asphalt-StB Teil: Dynamischer Eindringversuch mit ebenem Stempel an Gussasphalt [83] durchgeführt. Die Technische Prüfvorschrift beschreibt ein Verfahren, mit dem das Verformungsverhalten von Gussasphalt bei hohen Gebrauchstemperaturen unter achslastsimulierender dynamischer Belastung bestimmt und bewertet werden kann. Hierbei wird ein zylindrischer Probekörper bei isothermem Versuchsablauf über einen mittig aufgesetzten kleineren Stempel einer Druck-Schwellbelastung ausgesetzt. Laststempel Probekörper radiale Einspannung (seitliche Behinderung durch größeren Probekörper) Abbildung 5.22 Schema dynamischer Eindringversuch an Gussasphalt [10] Im Unterschied zum bereits beschriebenen Druck-Schwellversuch kommen orthogonalplanparallel nass geschliffene Gussasphaltprobekörper mit einem Durchmesser von 150 mm und einer Höhe von 60 mm zum Einsatz. Der Laststempel hat mit 56,42 mm einen geringeren Durchmesser als die Probe. Während des Versuches wird für jeden Belastungszyklus die sich am Probekörper einstellende bleibende (irreversible) dynamische Eindringtiefe in Belas- - SB

117 tungsrichtung aufgezeichnet. Die Kenngröße zur Bewertung des Verformungsverhaltens von Gussasphalt bei Wärme ist die dynamische Eindringtiefe ET dyn in mm bei Versuchsende nach Belastungszyklen. Wird vor dem Erreichen von Belastungszyklen eine dynamische Eindringtiefe von 5 mm überschritten, ist der Versuch zu beenden und das Ergebnis durch Approximation einer Funktion der mathematischen Form ET dyn = b n a bis Versuchsende zu extrapolieren. Die Probenvorbereitung und die Versuchsdurchführung erfolgen analog zum Druck-Schwellversuch ohne radiale Einspannung. Lediglich die Oberlast von 0,875 KN, die einer Oberspannung von 0,35 N/mm² entspricht, ist den Eigenschaften des zu untersuchenden Gussasphaltes angepasst. Das Ergebnis wird als Mittelwert von mindestens zwei Einzelwerten bei einer vorläufigen Präzision von 10 % des Mittelwertes angegeben. 5.4 Herstellung von Asphaltstraßen Mischgutherstellung und Transport Damit das Mischgut die im Rahmen der Erstprüfung angestrebten Eigenschaften erreicht, müssen die Baustoffe sorgfältig gelagert und so verarbeitet werden, dass sie sich nicht verändern. Dies gilt gleichermaßen für Gesteinskörnungen und Bitumen. Gesteinskörnungen Mineralstoffe Füller Bitumen Zusätze Lagerung Vordosierung Bitumenanlage Lager- und Zugabeeinrichtung Bitumenanlage Trocknung/Entstehung Heißabsiebung/Silierung ASPHALT- MISCHEN Zugabe: Heißelevator Silierung (Zwischenlagerung) des fertigen Asphaltmischgutes oder direkte Auslieferung Abbildung 5.23 Schema der Asphaltherstellung [4] Die Mischanlage sollte stationär an einem günstigen Standort positioniert sein. Wichtig ist eine logistisch günstige Lage zur Versorgung mit den Ausgangsstoffen zur Asphaltmischgutproduktion, den notwendigen Betriebsstoffen und zur Belieferung der Baustellen mit Asphaltmischgut. Bei großen Baulosen, wie z.b. für Autobahnen, Speicherbecken, Flughäfen o.ä., ist es lohnenswert, für die Dauer des Bauvorhabens mobile Asphaltmischanlagen in - SB

118 unmittelbarer Nähe des Bauwerks zu errichten [4] Der Platzbedarf wird durch die Anordnung der Anlagenteile zueinander, die erforderlichen Transportwege, die kurze und sich nicht überschneidende Transporte ermöglichen sollen, und durch die erforderliche Vorratshaltung zahlreicher getrennt zu lagernder Lieferkörnungen sowie für Bindemittel, Heiz- und Zusatzstoffe bestimmt. Abbildung 5.24 aus [9] zeigt wegen der Übersichtlichkeit der Arbeitsabläufe ein älteres System mit Kennziffern. Moderne Anlagen werden übereinander aufgebaut und eingehaust. Dies dient dem Lärm- und Staubschutz und mindert die Wärmeverluste. Mit großen Schaufelladern (1) werden die Vordoseurgruppen (2) für Gesteinskörnungen, Asphaltgranulat und Fräsasphalt aus ausgebautem Material mit bis zu 12 Taschen beschickt, aus denen die Körnungen entsprechend den Mischrezepten volumen- oder gewichtsmäßig auf Förderbänder (3) abgezogen werden. Der Vordoseur besteht aus einem Vorratsbunker von 1 bis 5 m 3 Inhalt und der darunter liegenden Zuteileinrichtung: Rüttelrinne oder Zuteilband, auf dem durch Klappenöffnung und Intensität der Bewegung die erforderliche Menge in der Zeiteinheit abgemessen wird. Seltener sind Bandwaagen. Förderbänder (3) transportieren das feuchte vordosierte Mineralgemisch zum Einlauftrichter der Trockentrommel (4), in der das Material durch einen gegenläufigen Heizgasstrom (5) während des Durchlaufs getrocknet und auf eine solche Temperatur gebracht wird, dass nach Zugabe des Füllers die Mischtemperatur erreicht ist. Das Gestein bewegt sich mit der Neigung der Trockentrommel zum Ausgang, wobei es durch Leisten immer wieder an der Wand hochgehoben wird und durch die heißen Gase fällt. Am Ausgang rutscht das Material in ein isoliertes Becherwerk (Heißelevator (6)), das es im Regelfall auf eine Zwischensiebung (7) hebt, in der das Material im getrockneten Zustand in 3 bis 6 Körnungen aufgeteilt wird. Aus isolierten Zwischensilos (8) wird es chargengerecht abgewogen und fällt in den darunter liegenden Mischer (9) für 400 bis kg Inhalt. Der Füller wird aus Zement -Silos für Fremdfüller, meist Kalksteinmehl (10), für zurückgewonnenen Füller aus der Entstaubung (12) pneumatisch oder über Zuteilschnecken (11) und (13) direkt dem Mischer kalt zugeführt. Die erhitzten, groben Gesteinskörnungen müssen normalerweise den Füller auf die Mischtemperatur durch Wärmeabgabe erwärmen. Die Mischtemperatur hängt von der Bitumensorte ab (s. Abbildung 5.25): Sie beträgt bei Walzasphalt mit Bitumen 70/100 etwa 175 C. - SB

119 Abbildung 5.24 Mischanlage für Asphalt-Mischgut [6] - SB

120 Abbildung 5.25 Zulässige Höchsttemperatur (in C) des Bindemittels im Behälter [76] Der Weg des Ausbauasphaltes führt bei geringen Zusatzmengen (bis 30 %) ohne Vorerwärmung durch ein Fenster'' in die Trockentrommel außerhalb der Flamme oder in den Heißelevator oder über eine Kammer des Zwischensilos in den Mischer. Probleme bereiten der auftretende Wasserdampf, die Abkühlung der Gesamtmasse und die ausreichende Erwärmung der Ausbauasphaltteile. Nur Zusatzmengen bis ca. 30 % sind sicher zu verarbeiten. Neue Anlagen haben deswegen eine indirekt beheizte Paralleltrommel, so dass der Ausbauasphalt getrocknet und erwärmt über die Dosierung in den Mischer gegeben werden kann, oder es wird in einer Langtrommel die vordere Hälfte für frische Gesteinskörnungen genutzt, in der hinteren der Ausbauasphalt von den Abgasen wirtschaftlich erwärmt. Hohe Anteile bis 80 % sind möglich. Im Mischer wird das erhitzte Gestein mit dem Füller kurz vorgemischt, bevor es über einen Sprühbalken mit der nötigen Bindemittelmenge versehen wird. Danach wird fertig gemischt und durch eine im Boden eingebaute Klappe in den Kübel des Schrägaufzuges (16) entleert, aus dem das Mischgut in das Transportfahrzeug oder in ein isoliertes, evtl. beheiztes Vorratssilo (17), häufig mit mehreren Taschen für unterschiedliche Mischgüter, abgekippt wird. Die Mischer sind i.d.r. schnell laufende Doppelwellenzwangsmischer. Das Bindemittel wird aus mit Thermalöl beheizten Vorratstanks (14) abgepumpt, von der Lager- auf die Mischtemperatur erhitzt, volumenmäßig zugeteilt und mit hohem Druck in das bewegte Mineral eingesprüht. Die Steuerung der Mengen und Vorgänge erfolgt mit Hilfe der Elektronik. Die Standardrezep- - SB

121 te, für die die Eignungsprüfungen vorliegen, werden gespeichert und nach Bedarf abgerufen. Sie können sehr schnell verändert werden. Mit solchen Steuerungen ist theoretisch ein Mischgutwechsel ohne Pause möglich. Der Rechner wird auch zur Planung und Kontrolle der Arbeitsabläufe, der Materialbewirtschaftung und der Rechnungslegung benutzt. Die Nennleistungen der Anlagen liegen zwischen 30 und 450 Tonnen Mischgut/Stunde. Sie werden nur bei grobem Korn mit geringem Feuchtigkeitsgehalt und geringer Füller- und Bindemittelzugabe erreicht, da die Engpässe in der Trocknung und der Zwischensiebung liegen. Als wirtschaftliche Größen für die Mischanlagen haben sich Leistungen um 200 t/h durchgesetzt. Die Chargengröße gestattet dann noch einen schnellen Wechsel der Mischgutart, wie er bei stationären Mischwerken und Kleinabnehmern notwendig ist. Auf der Suche nach Anlagen mit hoher Flexibilität der Liefermöglichkeit und Minimierung des Energieeinsatzes sind eine Reihe von Besonderheiten zu erläutern: Kontinuierliche Mischung in Trommelmischern mit gemeinsamer Trocknung, Erhitzung und Mischung erlaubt einen stationären Materialfluss und dadurch die Umgehung der Zwischensiebung. Die Flamme ist mit dem Materialfluss gleichlaufend und bestreicht zuerst die kalten und feuchten Stoffe. Der Trommelmischer erleichtert auch die Zugabe von Altasphalt, ohne dass hierbei unzumutbare Belastungen für das Mischgut und die Umgebung entstehen. Sie sind jedoch nicht für schnelle Mischgutwechsel geeignet. Die Arbeit mit Heißsilierung der Gesteinskörnungen erlaubt eine große Flexibilität beim Mischgutwechsel, da die Körnungen nach der Erhitzung getrennt aufbewahrt werden. Sie erhöht die Leistungsfähigkeit der Anlage durch Vorratswirtschaft und kontinuierliche Arbeit der Trocknung auch außerhalb der Abgabe- und Mischzeiten. Die Silierung von fertigen Mischgütern erlaubt den beliebigen Abzug unterschiedlicher Mischgutarten und die Vorratshaltung für große Einbauleistungen. Es besteht jedoch die Gefahr der Bindemittelhärtung, wenn die Lagerzeit größer wird und die Silos nicht gefüllt und dicht sind. Gussasphalt wird ebenfalls in der Mischanlage hergestellt. Im Vergleich zur Herstellung anderer Asphaltgemische sinken dabei die Mischleistungen erheblich ab. Das hat folgende Ursachen [7]: - Die Erwärmung der Zuschlagstoffe auf die hohe Mischtemperatur von 220 C benötigt mehr Zeit. - Weil der Füller in großen Anteilen (> 20 %) kalt zugegeben wird, ist zur Sicherung des Temperaturausgleichs die Trockenmischung des kalten Füllers mit den überhitzten - SB

122 Edelsplitt- und Sandkörnungen vorzunehmen. Damit soll auch das Bitumen vor Überhitzung geschützt werden. - Das Einmischen des Bindemittels in das Gesteinsgemenge erfordert wegen des hohen Füllergehalts längere Mischzeiten. Transport Es gehört zum üblichen Baubetrieb, dass das Walzasphaltmischgut in Hinterkipper-Lkw transportiert und an der Einbaustelle in den Mischgutkübel des Fertigers gekippt wird. Ist das Mischgut auf dem Transport dem Fahrtwind zugänglich, kann es von außen her abkühlen. Außerdem kann der Fahrtwind in das locker gelagerte Mischgut eindringen und immer neuen Luftsauerstoff an die Bitumenfilme herantragen. Auf diese Weise ist eine weitere Verhärtung des Bitumens möglich, die je nach Mischgutzusammensetzung, Mischguttemperatur und Fahrzeit zu einem Anstieg des Erweichungspunktes um bis zu 3 C führen kann [4]. Um sowohl Temperaturverluste als auch Bindemittelverhärtungen so gering wie möglich zu halten, schreiben die ZTV Asphalt-StB [76], dass das Mischgut während des Transportes und bei Verweilzeiten abzudecken ist. Diese Vorschrift ist unbedingt einzuhalten, wobei zumindest Abdeckplanen zu verwenden sind. Lange Transportwege oder der Einbau kleiner Mengen erfordert den Transport in geschlossenen sogenannten Thermobehältern [16]. Der vorgemischte Gussasphalt wird am Mischgut in Transportkocher mit Rührwerk übergeben, die ein Fassungsvermögen von 4 bis 12 t aufweisen. Während der Fahrt zur Einbaustelle wird mit dem Rührwerk eine weitere Homogenisierung bei konstanter Temperatur um 220 C vorgenommen. Die Dauer dieses Nachmischprozesses bis zum Einbau soll mindestens 0,75 h betragen. Je länger der Gussasphalt im Kocher bleibt, desto niedriger sind die Temperaturen zu halten, um das Bindemittel des Gussasphaltes zu schonen (2 Stunden max. 240 C; 6 Stunden max. 230 C) Vorarbeiten Zwischen allen Asphaltschichten muss ein ausreichender Schichtenverbund zur Aufnahme von horizontalen Kräften erreicht werden. Dazu sollen die Schichten während des Einbaues verzahnt oder mit Bitumenemulsionen verklebt werden Beim Einbau von Gussasphalt darf die Unterlage nicht angesprüht werden. Beim Einbau von Walzasphalt auf einer Asphaltschicht ist diese mit einer Bitumenemulsion anzusprühen. Das Ansprühen hat so zu erfolgen, dass eine gleichmäßige Verteilung der Bindemittelmenge - SB

123 erreicht wird. Bevor die nächste Schicht eingebaut wird, muss die Bitumenemulsion gebrochen sein. Das Wasser aus der Bitumenemulsion muss verdunstet sein. Für die Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 ist eine Polymermodifizierte Bitumenemulsion C60BP1-S zu verwenden, für die Belastungsklassen Bk1,8 bis Bk0,3 eine lösemittelhaltige Bitumenemulsion C40BF1-S. Abbildung 5.26 Art und Dosierung der Polymermodifizierten Bitumenemulsion in Abhängigkeit von der Unterlage in den Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 [76] Abbildung 5.27 Art und Dosierung der lösemittelhaltigen Bitumenemulsion in Abhängigkeit der Unterlage in den Belastungsklassen Bk1,8 bis Bk0,3 [76] Das Ansprühen hat mit einer Spritzrampe zu erfolgen. Handgeführte Spritzgeräte sind nur in Ausnahmefällen einzusetzen. Ein gleichmäßiges Aufbringen des Bindemittelfilms auf der Unterlage, insbesondere in Randbereichen, ist sicherzustellen. Bei Erneuerungen von Deckschichten auf alten Straßen sind Schlaglöcher und andere Un- - SB

124 ebenheiten vorzuflicken sowie Ränder und Ansätze anzufräsen. Die Unterlage muss sauber sein und ist gegebenenfalls durch Saugkehrmaschinen oder Druckluft zu reinigen [6]. Abbildung 5.28 Dosiertes und gleichmäßiges Ansprühen der Unterlage Einbau Feuchtigkeit auf der Unterlage entzieht dem eingebauten heißen Mischgut Wärme (zum Verdampfen), behindert infolgedessen die Verdichtung und kann auch den Schichtenverbund gefährden. Ausgesprochene Nässe (geschlossener Wasserfilm) verschlechtert die Einbaubedingungen derart, dass die ZTV Asphalt-StB [76] den Einbau von Binder-, Deck- und Tragdeckschichten bei diesen Witterungsbedingungen zu Recht untersagen [6]. Abbildung 5.29 Einbaubedingungen für Asphalt [76] Die Herstellung einer Walzasphaltdeckschicht ist schematisch in Abbildung 5.30 dargestellt. Das Einbaugerät wird Fertiger" genannt, auch wenn nur das Verteilen und Abgleichen sowie Vorverdichten des Asphaltes getätigt wird. Für die Hauptverdichtung und die Nacharbeiten sind besondere Arbeitsgänge erforderlich. - SB

125 Das Walzasphalt-Mischgut wird im Regelfall vom Lkw in den Materialkübel, der an der Front des Fertigers angebaut ist, entladen. Hierzu fährt der Lkw rückwärts an die Schubrollen des Fertigers, der seine Arbeit nicht unterbricht und den Lkw während des Entladens vor sich her schiebt [6]. Abbildung 5.30 Einbau einer Walzasphaltschicht [5] Aus dem Kübel wird das Material am Boden durch Bänder abgezogen und dem Verteilerorgan, einer für links und rechts geteilt regelbaren Schnecke oder einer querlaufenden Klappe, vorgelegt. Bei großen Verteilbreiten und grobkörnigem, mörtelarmem Mischgut können Entmischungen auftreten. Die Zuteilmenge wird durch über den Bändern liegende Schieber und die Schnecken reguliert. Seitenbleche begrenzen die Verteilbreite, wenn keine Randeinfassung vorhanden ist. Zum vollständigen Entleeren des Kübels können seine Seitenwände hochgeklappt werden. Das höhengerechte Abgleichen der entsprechend dem Verdichtungsmaß mit Überhöhung eingebauten Schicht und der Unebenheitsausgleich erfolgen durch die Einbaubohle. An der Bohle sind auch die Vorverdichtungsaggregate angebracht. Mit einem Stampfmesser (Tamper) wird das Mischgut vor die beheizte Bohle gestopft und erhält eine erste Verdichtung. Zusätzlich ist immer eine Vibrationseinrichtung auf dem Bohlenkasten vorhanden, die besonders bei größeren Dicken und steifem Mischgut zugeschaltet werden kann und die Verdichtungswirkung verbessert. Hub und Frequenz können auf das Material optimal einge- - SB

126 stellt werden. Es werden Verdichtungsgrade bis zu 90 % der Marshalldichte erreicht. Je besser die Vorverdichtung, desto schwerer und wirksamer kann das folgende Verdichtungsgerät sein und desto besser sind die Voraussetzungen zur Erreichung einer guten Ebenheit und Dauerhaftigkeit [6]. Eine hohe, gleichmäßige Vorverdichtung durch den Fertiger reduziert den Anteil der erforderlichen Nachverdichtung durch Walzen. Sie reduziert das Risiko gegenüber Verdichtungsqualität durch Verkürzung des Verdichtungszeitraumes. Das ist besonders bei niedrigen Temperaturen wichtig. Der Gussasphalt-Einbauzug besteht aus Abstreifbohle, Splittstreuer als Antriebseinheit und beim splittarmen Gussasphalt aus angehängtem Walzelement zum Andrücken des aufgestreuten Splitts [6]. Das Einbaugerät ist die beheizte Einbaubohle", die in einem Fahrgestell aufgehängt ist und über die gesamte Fahrbahnbreite (z.b. 11,0 m) den vor der Bohle abgelassenen Gussasphalt in der vorgesehenen Höhe abstreift. Sie wird nach Vorheizen (Wärmeverformung) auf die Deckenhöhe eingestellt. Eine Überhöhung der eingebauten Schicht ist nicht erforderlich. Es gibt keine Verdichtung [6]. Da unterschiedliche Wulsthöhen vor der Bohle infolge des unterschiedlich starken Durchdrückens der Gussasphalt- Flüssigkeit" auf die Rückseite zu Unebenheiten führen würden, wird der Wulst durch eine querverfahrbare Schaufel vor der Bohle auf gleicher Höhe gehalten. Wegen des Fließens" des Gussasphalts ist der Einbau auf Strecken mit Steigungen bis etwa 7 % begrenzt [6]. Vibrationseinrichtungen an der Bohle gestatten den Einbau von Gussasphalt mit sehr hohem Splittgehalt und vergrößern die mögliche Vortriebsgeschwindigkeit. Unter einem Splittsilo, das mit Greifer oder Förderband aus mitfahrenden Lkws beschickt wird, ist die Splittzuteileinrichtung angebracht. Sie streut über Walzen und schnell drehende Beschleunigungsbürsten den Splitt zum Abstumpfen oder zum Aufrauen der Oberfläche in der vorgesehenen Menge auf. Zum Schluss folgt beim splittarmen Gussasphalt eine in der Höhe geführte, glatte, genoppte oder geriffelte Walze, die den Splitt (2 bis 5 kg/m 2 der Größe 2/5 mm), der nur die Griffigkeit herstellen soll, andrückt [6] Verdichtung des Walzasphalt-Mischguts Die Wahl des geeigneten Verdichtungsgerätes ist vom Mischgut, der erforderlichen Leistung (Einbaubreite, Einbaugeschwindigkeit) und anderen Randbedingungen abhängig. Es werden statische Dreirad-, Tandem- und Vibrations-Glattmantelwalzen, Gummiradwalzen sowie - SB

127 Kombinations-Walzen eingesetzt [7]. In Abhängigkeit von der Befestigungsschicht, der Mischgutart und -sorte und dem eingesetzten Verdichtungsgerät sind unterschiedliche Walzschemata möglich. Die Temperatur des abgeladenen Asphaltmischgutes darf beim Einbau die unteren Grenzwerte der Tabelle 5 [76] nicht unterschreiten. Art, Gewicht und Anzahl der Walzen sind auf die Einbauleistung, Schichtdicke, Asphaltmischgutart sowie auf Witterung, Jahreszeit und örtliche Verhältnisse abzustimmen. Insbesondere zur Verdichtung von mit S gekennzeichneten Asphaltmischgutsorten des Splittmastixasphaltes sind statische Walzen mit hohen Linienlasten und/oder dynamische Vibrationswalzen einzusetzen. Dabei darf die Vibrationsverdichtung nur bei ausreichend hoher Asphaltmischguttemperatur (mindestens 100 C) und erst nach einem statischen Walzübergang erfolgen. Die Verdichtung von Offenporigem Asphalt darf nur statisch erfolgen. Die Walzen sind so einzusetzen, dass hierdurch keine bleibenden Eindrücke, Unebenheiten oder Risse entstehen. 5.5 Verständnisfragen Welchen besonderen Verkehrsbeanspruchungen können Verkehrsflächen unterliegen? Erläutere die Asphaltmischgutsorten, die bei Deckschichten zum Einsatz kommen. Warum müssen bei offenporigem Asphalt Vorkehrungen zur Vermeidung von Verschmutzung getroffen werden? Welche Eigenschaften müssen Asphalte besitzen? Wofür sind Hohlräume beim Walzasphalt notwendig? Wie groß sollte der Hohlraumgehalt sein, um den größten Verformungswiderstand zu erhalten? Wodurch entstehen Zugspannungen? Wann entstehen durch die Zugspannungen Risse? Was versteht man unter dem Ermüdungsverhalten von Asphalt? Welche Faktoren verbessern die Verdichtbarkeit von Asphalt? Wie wird die Griffigkeit bestimmt? Welche Prüfungen werden im Rahmen der Erstprüfung durchgeführt? Wie wird der optimale Bindemittelgehalt bestimmt? Erläutern Sie die Versuchsdurchführung beim Druck-Schwellversuch und beim dynamischen Stempeleindringversuch. Nenne die Unterschiede zwischen Gussasphalt und Walzasphalt bei der Herstellung, beim Transport und beim Einbau. - SB

128 6 Betonbauweisen 6.1 Historische Entwicklung des Betonstraßenbaus Bereits die Römer nutzten die Vorteile hydraulisch gebundener Schichten auch im Straßenbau: Hohe Standfestigkeit bei leichter Verarbeitbarkeit. Sie verwendeten dafür Kies und zerschlagenes Gestein, denen sie als Bindemittel gemahlenes Vulkangestein oder ein Gemisch aus Luftkalk und gemahlenem Tonbrand untermischten und in Schichten bis zu 50 cm einbauten ( opus caementitium ). Die so gebundenen Schichten konnten direkt befahren werden, i.d.r. wurden sie aber mit Steinplatten abgedeckt. Reste dieser Straßen lassen sich heute noch (z.b. bei Trier) besichtigen. Mit dem Zerfall des römischen Reichs geriet auch das opus caementitium in Vergessenheit, und es dauerte bis ins 19. Jahrhundert bis die Zementherstellung und damit die Betontechnologie wieder im Bauwesen entwickelt und angewendet wurde. Die vermutlich erste Zementbetondecke, damals Zementmakadam genannt, wurde in Deutschland im Jahre 1888 gebaut, nachdem schon in den Jahren 1856 in England und 1876 in Frankreich diese Deckenart zur Anwendung gekommen war. Diese Decken, die vorerst nur in Städten verlegt wurden, waren 20 cm dick. Sie wurden in zwei Lagen hergestellt: 15 cm Unterbeton und 5 cm Oberbeton; sie hatten Querfugen im Abstand von 6 bis 10 m sowie Längsfugen bei Breiten ab 3 m. Der rasch zunehmende Kraftfahrzeugbestand führte in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts zu einer Belebung des Straßenbaus. Im Jahr 1925 wurden die ersten Vorschriften für den Betonstraßenbau in Deutschland entwickelt. In diesen Zeitraum fällt auch die Anlage von zahlreichen Versuchsstrecken auf Landstraßen. Bis zum Jahr 1932 wurden insgesamt 2,8 Millionen qm in Beton gebaut. Im Jahr 1933 wurden die Zementbetondecken dann für Autobahnen als Regelbauweise bestimmt. Es folgte eine sorgfältige Überprüfung der konstruktiven Ausführung von Betondecken. In einem systematischen Untersuchungsprogramm wurden vor allem Fragen der Plattendicke, der Fugenanordnung und -ausbildung, der Dübel, der Bewehrung und auch der Temperatureinflüsse geklärt. Bis zum Ausbruch des zweiten Weltkrieges waren bereits rund 63 Millionen qm Betonfahrbahnfläche hergestellt. Mit der Zunahme des Verkehrs und dem wachsenden Erfahrungsschatz wurden die Anforderungen an die Straßen immer höher. Zahlreiche Verbesserungen der Konstruktion, der Betontechnologie sowie der Misch- und Einbautechnik führten zu einem verbesserten Gebrauchsverhalten und einer längeren Lebensdauer von Betonfahrbahnen. Trotzdem wurde erst 1972 die heutige Bauweise mit verhältnismäßig kurzen Platten unter Wegfall der Bewehrung und ohne Raumfugen eingeführt. Zu den weiteren Entwicklungsstufen - SB 6-1 -

129 gehören der frostsichere Aufbau der Befestigung, eine erosionsbeständige Unterlage der Decke (hydraulisch gebundene Tragschicht oder Asphalttragschicht), Anordnung einer Längsfuge zwischen Fahr- und Standstreifen, zielsichere Herstellung eines Betons mit hohem Frostund Tausalzwiderstand sowie Einsatz von Gleitschalungsfertigern mit Dübel- und Ankersetzgeräten. Allgemein werden Verkehrsflächen aus Beton insbesondere bei hohen Lasten angewendet. Dazu gehören beispielsweise neben hochbelasteten Autobahnen auch Flugbetriebsflächen (Abstellflächen und Start- und Landebahnen), Containerstellflächen (hohe punktuelle Lasten) und Parkplätze. Heute gelten für den Betonstraßenbau die ZTV Beton-StB [77] und die TL Beton-StB [97]. Die Bemessung von Fahrbahnen und sonstigen Verkehrsflächen wird in der Regel nach den RStO [102] durchgeführt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, Betondecken frei zu bemessen. 6.2 Gebrauchseigenschaften von Betonstraßen Die Gebrauchseigenschaften einer Betondecke werden in den ZTV Beton-StB [77] geregelt. Dort sind Mindestwerte für Betondruck- und Betonzugfestigkeit sowie für den Luftgehalt des Frischbetons angegeben. Weiterhin sind Luftporenkennwerte des Festbetons festgelegt und die Abweichung von der Solldicke sowie die profilgerechte Lage, Ebenheit und Griffigkeit begrenzt. Voraussetzung für ein dauerhaftes Gebrauchsverhalten und Wirtschaftlichkeit sind eine sorgfältige Planung, Ausschreibung und Herstellung der Betondecke. Die Betondecke verfügt dann über eine hohe Tragfähigkeit, Verformungsstabilität, verlässliche Griffigkeit und Helligkeit. Weiterhin sind das leise Reifen-Fahrbahn-Geräusch, geringe Unterhaltungskosten sowie die Dauerhaftigkeit von Vorteil. Betondecken weisen unabhängig von der Art der Unterlage bereits eine hohe, temperaturunabhängige Tragfähigkeit auf. Betonfahrbahndecken sind bei jeder Temperatur verformungsstabil. Oberflächenschäden wie Wellen und Spurrinnen treten bei Betondecken nicht auf, so dass Befahrbarkeit und Oberflächenwasserabfluss über die Liegezeit erhalten bleiben. Mit Blick auf die geplanten EU-weiten Achslasterhöhungen, bei gleichzeitiger Erhöhung von Reifeninnendrücken und damit verbundenen höheren Reifenaufstandslasten werden diese Eigenschaften auf hochbelasteten Strecken in den Vordergrund rücken. Die Anforderungen an die Griffigkeit sind in den ZTV Beton-StB [77] festgelegt. Sie sind für - SB 6-2 -

130 den Zeitpunkt der Abnahme und am Ende der Gewährleistungsfrist einzuhalten. Die Helligkeit der Fahrbahnoberfläche trägt zur Verkehrssicherheit bei. Im Allgemeinen sind Betondecken hell und gewähren eine bessere Sicht auf Hindernisse. Auf Grund der hellen Oberfläche reduzieren sich Investitions- und Betriebskosten für die Straßenbeleuchtung zum Beispiel im Tunnel. Die Geräuschentwicklung hängt von der Fertigungstechnik der Betonoberfläche ab. Gute Erfahrungen liegen mit Längsglätter, Jutetuch und Waschbetonoberflächen vor. 6.3 Wirtschaftlichkeit Kostenvergleichsrechnungen zwischen Beton- und Asphaltbauweisen sind ausgesprochen schwierig, auch auf Grund fehlender verlässlicher Daten. Das Ergebnis von Kostenvergleichsrechnungen hängt im Übrigen alleine schon vom angesetzten Betrachtungszeitraum ab. Im Allgemeinen sind langfristige Betrachtungen für Betondecken günstiger. Weitere beeinflussende Faktoren sind die Baulastträgerkosten, zu denen neben den Investitionskosten für Neu- und Ausbau die Kosten für Unterhaltung, Instandsetzung, Erneuerung, Verkehrssicherung und Verwaltung gehören. Ebenso sind Nutzerkosten wie Zeitkosten der Nutzer (Staus, Geschwindigkeitsbeschränkungen), Kraftfahrzeugbetriebskosten (größerer Verbrauch in Abhängigkeit des Rollwiderstandes, größerer Verschleiß durch Unebenheit) und Unfallkosten, die durch geminderte Gebrauchswerte verursacht werden, einzukalkulieren. Durch die geringere Anzahl an Eingriffen in den Straßenverkehr auf Grund des geringeren Erhaltungsaufwandes sind die Nutzerkosten bei Betonstraßen niedriger. 6.4 Wiederverwendbarkeit Das Recycling der alten Betondecken bei Erneuerungen von Betonstraßen hat zugenommen. Der aus alten Betondecken gewonnene Splitt und Schotter wird als Gesteinskörnung in hydraulisch gebundenen und ungebundenen Tragschichten eingesetzt, z.t. auch wieder in der neuen Betonfahrbahndecke verwendet. Die Wiederverwendung von Recycling Material aus Betondecken in zementgebundenen Tragschichten ist Stand der Technik. Die Verwendung von Betonsplitt in Betondecken wurde bereits erprobt. Versuche mit 100 M.-% Betonrecyclingmaterial als ungebundene Tragschicht zeigten, dass sich durch Nacherhärtung des Betons nach 10 Jahren eine Betontragschicht ausbildete. - SB 6-3 -

131 6.5 Regelwerke für den Bau Für den Bau von Betonstraßen sind als eines der wesentlichen Regelwerke die ZTV Beton- StB [77] zu nennen. Diese sind grundsätzlich darauf abgestellt, dass die VOB Teil C und insbesondere die ATV DIN [30] Allgemeine Regelungen für Bauarbeiten jeder Art sowie ATV DIN [31] Verkehrswegebauarbeiten; Oberbauschichten mit hydraulischen Bindemitteln Teil des Bauvertrages sind. DIN Normen, auf die die ATV oder ZTV verweisen, sind dadurch Bestandteil des Bauvertrages. Mit den ZTV Beton-StB [31] sind z.b. die DIN 1045 [64], DIN EN [66], die TL Beton-StB [97] und TL Gestein-StB [89] Bestandteil des Bauvertrages. 6.6 Baustoffe und Betonzusammensetzung Die Anforderungen an den Fahrbahnbeton ergeben sich aus den Beanspruchungen. Dazu zählen die Verkehrslast und deren Häufigkeit, aber auch klimatische Bedingungen wie Temperatur (Hitze, Frost) und Feuchtigkeit sowie äußere Einwirkungen wie der Taumitteleinsatz. Die Anforderungen an den Frischbeton ergeben sich im Wesentlichen aus der Produktion der Betondecke. Er sollte folgende Eigenschaften aufweisen: - hohe Gleichmäßigkeit - gute Verarbeitbarkeit - ausreichende Verarbeitungszeit - ausreichende Grünstandfestigkeit beim Einsatz von Gleitschalungsfertigern Die Anforderungen an den Festbeton ergeben sich zu großen Teilen aus den Gebrauchseigenschaften: - hohe Druck- und Biegezugfestigkeit - hoher Verschleißwiderstand - hoher Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand - Oberflächeneigenschaften hinsichtlich profilgerechter Lage, Ebenheit und Griffigkeit Betonausgangsstoffe Fahrbahndecken aus Beton werden aus hydraulischen Bindemitteln, Gesteinskörnungen, Zugabewasser, Betonzusatzmitteln und ggf. -stoffen zusammengesetzt. Die Anforderungen an diese Ausgangsstoffe richten sich nach der Verwendung der Betondecke als Fahrbahn, Flugbetriebsfläche, Rad- bzw. Gehweg, ländlicher Weg, Abstell- oder Industriefläche. - SB 6-4 -

132 Hydraulische Bindemittel Für die Herstellung der Decken ist in der Regel ein Portlandzement CEM I der Festigkeitsklasse 32,5 R oder alternativ 42,5 N nach DIN EN [68] oder DIN [69] zu verwenden. Der Zement CEM I 32,5 muss folgende Anforgerungen erfüllen: - der Wassergehalt zur Erzielung der Normsteife (Wasseranspruch) darf 28,0 M.-% nicht überschreiten - die Druckfestigkeit im Alter von 2 Tagen darf 29,0 Mpa (N/mm²) nicht überschreiten - die Mahlfeinheit, bestimmt als spezifische Oberfläche, darf cm²/g nicht überschreiten. In Abstimmung mit dem Bauherrn können auch folgende Zemente nach DIN EN [68] oder DIN [69] der Festigkeitsklassen 32,5 oder 42,5 verwendet werden: - Portlandhüttenzement CEM II/A-S oder CEM II/B-S - Portlandschieferzement CEM II/A-T oder CEM II/B-T - Portlandkalksteinzement CEM II/A-LL - Hochofenzement CEM III/A /mindestens der Festigkeitsklasse 42,5 N) Unabhängig von der Festigkeitsklasse dürfen Zemente für den Bau von Fahrbahndecken aus Beton die in der Abbildung 6.1 angegebenen charakteristischen Werte für den Gesamtalkaligehalt (äquivalenter Natriumanteil) nicht überschreiten. Dieser wird wegen der Schwindneigung begrenzt. Außerdem ist auf das Zusammenwirken mit den Gesteinskörnungen zu achten, die alkalilösliche Bestandteile beinhalten können. Hier besteht die Gefahr der Alkali- Kieselsäure-Reaktion, die eine frühzeitige Zerstörung der Betondecke zur Folge haben kann. Für alle Zemente, ausgenommen Zemente für frühhochfesten Straßenbeton, gilt, dass das Erstarren bei 20 C, bei einer Prüfung nach DIN EN [70], frühestens 2 Stunden nach dem Anmachen beginnen darf. - SB 6-5 -

133 Abbildung 6.1 Geforderter charakteristischer Wert des Alkaligehaltes von Zementen für den Bau von Fahrbahndecken aus Beton [97] Die Einbaugemische für zweischichtige Decken müssen im Ober- und Unterbeton mit Zement der gleichen Art und Festigkeitsklasse hergestellt werden, damit sich Erstarrungs- und Erhärtungsverhalten der Schichten ähneln. Bei der Verarbeitung des Zementes soll die Zementtemperatur unter 80 C liegen. Gesteinskörnungen Für die verwendeten Gesteinskörnungen gelten die TL Gestein-StB [89] und die darin angegebenen Prüfverfahren. Erlaubt sind natürliche Gesteinskörnungen aus gerundetem und gebrochenem Korn, industriell hergestellte Gesteinskörnungen und rezyklierte Gesteinskörnungen. Die Verwertung von Asphaltgranulat und pechhaltigen Straßenausbaustoffen in Verfestigungen und HGT ist ebenfalls möglich. An die Gesteinskörnungen werden nach TL Gestein-StB [89] und TL Beton-StB [97] vielfältige Anforderungen gestellt. Dazu gehören die Eigenschaften wie Form, Festigkeit, Widerstand gegen Frost und Widerstand gegen Abrieb. Des Weiteren sind schädliche Bestandteile, die das Erstarren und Erhärten des Betons stören oder die Festigkeit und Dichtheit des Betons herabsetzen, zu vermeiden. Die Kornzusammensetzung ist durch die Art der Gesteinskörnung, das Größtkorn, die Sieblinie, den Mehlkorngehalt und den Wasseranspruch definiert. Besondere Aufmerksamkeit ist bei den Gesteinskörnungen auf alkaliempfindliche Bestandteile zu legen. Diese reagieren bei Feuchte mit den Alkalien des Zementsteins (Alkali-Kieselsäure- Reaktion), was zu einer Volumenvergrößerung führen und Abplatzungen an der Betondecke zur Folge haben kann. Zugabewasser Zugabewasser muss die Anforderungen der DIN EN 1008 [71] erfüllen. - SB 6-6 -

134 Die Verwendung von Restwasser für Fahrbahndecken aus Beton ist unzulässig, für Tragschichten mit hydraulischen Bindemitteln darf Restwasser entsprechend den Regelungen in der DIN EN [66], der DIN EN 1008 [71] und der DIN [64] verwendet werden. Betonzusatzmittel Betonzusatzmittel müssen die Anforderungen der DIN EN [72] erfüllen oder eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung besitzen. Für die Anwendung von Betonzusatzmitteln nach DIN EN [72] ist DIN V zu beachten. Beton muss zur Gewährleistung des Frost- und Frost-Tausalz-Widerstandes genügend Luftporen aufweisen. Hierzu werden Luftporenbildner verwendet. Andere Zusatzmittel als Luftporenbildner, wie z.b. Betonverflüssiger, Fließmittel oder Verzögerer, dürfen nur nach Vereinbahrung verwendet werden. Bei gleichzeitiger Verwendung eines Luftporenbildners und entweder eines Fließmittels (FM) oder Betonverflüssigers (BV) muss im Rahmen einer Wirksamkeitsprüfung die Einhaltung des Abstandsfaktors von höchstens 0,20 mm und des Mikro-Luftporengehaltes von mindestens 1,5 Vol.-% mit dieser Zusatzmittelkombination nachgewiesen sein (siehe Merkblatt für die Herstellung und Verarbeitung von Luftporenbeton ). Innerhalb eines Betons darf aus einer Wirkungsgruppe nur ein Betonzusatzmittel verwendet werden. Die gleichzeitige Verwendung von Zusatzmitteln einer Wirkungsgruppe verschiedener Hersteller innerhalb eines Betons ist grundsätzlich ausgeschlossen. Betonzusatzstoffe Betonzusatzstoffe sind pulverförmige oder flüssige Zusätze, die bestimmte Eigenschaften des Betons beeinflussen; sie haben im Straßenbau nur eine geringe Bedeutung. Sie müssen grundsätzlich den Anforderungen der DIN [66] und der DIN [64] entsprechen. Dem Beton dürfen Betonzusatzstoffe vom Typ I oder Typ II nach DIN [64] zugegeben werden. Stahl Es werden Betonstabstähle BSt 500 S (B) und Betonstahlmatten BSt 500 M für eine Bewehrung der Decke eingesetzt. Dübel für die Querfugen bestehen aus Rundstahl St 37-2 nach DIN EN [73]. Ihr Durchmesser beträgt 25 mm und ihre Länge 500 mm. Sie sind nach TL Beton-StB [97] mit einer mindestens 0,3 mm dicken Beschichtung versehen, die dem Korrosionsschutz dient und die Haftung zwischen Beton und Dübel verringert, so dass die freie Längenausdehnung der - SB 6-7 -

135 Platte bei Temperaturänderung möglichst wenig behindert wird. Anker bestehen wie die Bewehrung aus BSt 500 S (B). Ihr Durchmesser beträgt für die Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 20 mm und ihre Länge mindestens 800 mm, für andere Belastungsklassen beträgt der Durchmesser 16 mm und die Länge mindestens 600 mm. Sie sind im mittleren Bereich auf einer Länge von 200 mm mit einer mindestens 0,3 mm dicken Beschichtung versehen. Auch bei Schraubankern (2 mal 400 mm) muss der mittlere Teil mit dem Gewindebereich beschichtet sein. Fugenfüllstoffe Fugenfüllstoffe dichten Fugen gegen Wasser und Fremdstoffe ab. Fugenfüllstoffe können Fugeneinlagen, Fugenmassen oder Fugenprofile sein. Fugeneinlagen werden bei der Herstellung der Betondecke eingebracht und verbleiben teilweise oder ganz im Fugenspalt. Sie müssen steif genug sein, damit sie sich beim Einrütteln in den frischen Beton nicht verformen. Sie werden heute für Scheinfugen kaum noch angewendet. Raumfugen werden mit Fugeneinlagen, die den Fugenspalt auf der gesamten Betondeckendicke ausfüllen, versehen. Diese Einlagen müssen die Längenänderung der Betonplatten zum Teil mitmachen und dürfen sich gleichzeitig bei der Betondeckenherstellung nicht verformen. Fugenfüllstoffe müssen den TL Fug-StB [95] entsprechen. Nachbehandlungsmittel Die wirkungsvollste Nachbehandlung ist die ununterbrochene Nassnachbehandlung. Das Wasser muss dazu Zugabewasser-Qualität haben. Weiterhin ist das Abdecken mit Folien sehr wirkungsvoll. Die Verwendung von flüssigen Nachbehandlungsmitteln ist gebräuchlich, wobei nur Mittel die den TL NBM-StB entsprechen, benutzt werden sollten. Dort sind Bezeichnungen, Eigenschaften und Prüfungen festgelegt Betonzusammensetzung Beton für Fahrbahndecken ist so zusammenzusetzen, dass er die Anforderungen der TL Beton-StB [97] erfüllt. Dazu ist der Beton mit hohem Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand, Festigkeit sowie hohem Verschleißwiderstand auszuführen und entsprechend den Anforderungen nach Abbildung 6.2 im Rahmen einer Erstprüfung zusammenzusetzen. Die Zusammensetzung selbst bleibt dem Auftragnehmer überlassen. Die Überwachung des Betons erfolgt anhand der in den ZTV Beton-StB [77] vorgeschriebenen Kontrollprüfung. - SB 6-8 -

136 Abbildung 6.2 Anforderungen an den Beton [97] Für Beton können verschiedene Festigkeiten bestimmt werden. Neben der Druckfestigkeit sind Biegezugfestigkeit und Spaltzugfestigkeit bekannte Größen. In den ZTV Beton-StB [77] werden Mindestwerte für die 28-Tage Druckfestigkeit und die Biegezugfestigkeit angegeben. Die Lagerung des Betons (Feuchtigkeit, Temperatur) beeinflusst die Biegezugfestigkeit erheblich. Aus diesem Grund ist bei der Ausführung auf die Nachbehandlung größten Wert zu legen. Die Biegezugfestigkeit kann durch raues Grobkorn (Splitt statt Kies), kleineres Größtkorn (z.b. 16 statt 32 mm) und sandreichere Gesteinskörnungen erhöht werden. Zementgehalt Der Zementgehalt ist u.a. abhängig vom Wasseranspruch der Gesteinskörnung und wird auf Grund einer Erstprüfung festgelegt, wobei bei den Belastungsklassen Bk100, Bk32 Bis Bk3,2 ein Mindestwert von 340 kg/m³ verdichteten Frischbeton nicht unterschritten werden darf. Zusammensetzung der Gesteinskörnung Die Kornzusammensetzung muss vorgegebenen Sieblinien nach DIN (Anhang L) [64] für 16 und 32 mm Größtkorn entsprechen. Häufig werden Gemische mit einem Größtkorn von 22 mm verwendet, dann gilt DIN [64] Bild L3 sinngemäß. Weiterhin sind für bestimmte Oberflächen (lärmmindernde) Oberbetone mit einem Größtkorn von 8 mm möglich. Die für die Zusammensetzung des Gesteinskörnungsgemisches mindestens erforderlichen Korngruppen enthält die Abbildung 6.2. In der Regel werden Kornzusammensetzungen mit stetiger Sieblinie im günstigen Bereich (3, siehe Abbildung 6.3) mit nicht zu viel Grobkorn und nicht zu viel Feinsand verwendet. Zu viel Grobkorn wäre schwerer zu verarbeiten und der Deckenschluss nicht gewährleistet, bei zu viel Feinsand wären ein erhöhter Wasseranspruch und Zementbedarf sowie eine geringerer Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand die Folge. Bei Verwendung von Ausfallkörnungen kann - SB 6-9 -

137 ein höherer Grobanteil enthalten sein; der Beton neigt dann aber zum Entmischen und wird empfindlicher. Die Gesteinskörnungen für die Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk1,8 werden aus mindestens drei getrennten Korngruppen zusammengesetzt. Für Decken mit Größtkorn 8 mm sowie Decken der Belastungsklassen Bk1,0 und Bk0,3 werden mindestens zwei Korngruppen verwendet (siehe Abbildung 6.2). Decken der Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 müssen bei zweischichtiger Herstellung im Oberbeton für die Körnung > 8 mm mindesten 50 M.-% gebrochene Gesteinskörnung enthalten. Dieser Anteil muss 35 M.-% der gesamten Gesteinskörnung betragen. Entsprechend Belastungsklasse und Beanspruchung ist ein festgelegter PSV-Wert einzuhalten. Abbildung 6.3 Beispiel für Sieblinien gemäß DIN , Anhang L [64] Der Beton muss eine bestimmte Menge an feinkörnigen Bestandteilen enthalten, damit er gut verarbeitbar ist, ein geschlossenes Gefüge erhält und nicht zum Entmischen neigt. Der Anteil dieser feinkörnigen Bestandteile setzt sich zusammen aus dem Zement, dem Kornanteil 0,25 mm der Gesteinskörnungen und gegebenenfalls dem Zusatzstoff. Enthält das Gesteinskörnungsgemisch zu wenig feinkörnige Bestanteile, ist gegebenenfalls als Zusatzstoff Füller nach TL Gestein-StB [89] zuzugeben. Der Gesamtanteil an feinkörnigen Bestandteilen < 0,25 mm darf 450 kg/m³ verdichteten Frischbetons, bei Beton mit 8 mm Größtkorn 500 kg/m³, nicht überschreiten. - SB

138 Konsistenz und Wasserzementwert Die Konsistenz des Frischbetons muss auf das Einbaugerät, die Witterung sowie auf die Transport- und Verarbeitungszeit abgestimmt sein. Ziel sind ein dichtes Korngefüge und der Deckenschluss. Im Allgemeinen kommen steife bis plastische Betone zur Anwendung, bei Gleitschalungsfertigern eine etwas weichere Konsistenz als bei stehender Schalung. Es ist darauf zu achten, dass die Seitenflächen des Einbaustreifens nicht beulen und die Kanten nicht absacken. Die Feinmörtelschicht der Oberfläche soll möglichst dünn sein. Einflüsse auf die Konsistenz haben: - Zementleimmenge; steiferer Beton geringere Menge - Kornform der Gesteinskörnung; gedrungene Körner weniger Zementleim - Kornzusammensetzung; feinere Gesteinskörnung mehr Zementleim - Betonzusatzmittel Der Zementleim ist das Gemisch aus Zement und Wasser. Die Menge bestimmt sich aus der gewünschten Konsistenz, der Gesteinskörnung und der Kornzusammensetzung. Das Mengenverhältnis wird als Wasserzementwert (w/z-wert) bezeichnet. Er bestimmt ganz wesentlich Eigenschaften und Dichte des Betons. Deswegen sollte der w/z-wert für Beton mit hohem Frost- und Frost-Tausalz-Widerstand nicht größer als 0,50 sein. Bei Betondecken der Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 darf der w/z-wert bei der Erstprüfung nicht größer 0,45 sein. Gebräuchlich sind w/z-werte von 0,40 bis 0,44. Luftgehalt Für einen hohen Frost-Tausalz-Widerstand ist in verdichtetem Beton ein ausreichender Gehalt an Mikroluftporen erforderlich. Die ZTV Beton-StB [77] stellen Forderungen an den Luftgehalt des Frischbetons, davon ausgehend, dass damit die Menge und Verteilung der Mikroluftporen im Beton gewährleistet ist (Abbildung 6.4). Einzelwerte dürfen diese Anforderungen um höchstens 0,5 Vol.-% unterschreiten. Abbildung 6.4 Mindestluftgehalt des Frischbetons nach ZTV Beton-StB [77] - SB

139 Ohne Luftporenbildner weist vollständig verdichteter Beton einen Luftporengehalt von 1 bis 2 Vol.-% auf. Der Luftporengehalt und die Luftporengrößenverteilung durch Luftporenbildner ist von der Art und Menge des Zusatzmittels, der Herstellung, Verarbeitung und Betontemperatur abhängig. Hinweise für die Zugabe von Luftporenbildnern enthält das Merkblatt für die Herstellung und Verarbeitung von Luftporenbeton. 6.7 Konstruktive Ausbildung von Betonstraßen Betonstraßen sind grundsätzlich wie in Abbildung 6.5 dargestellt aufgebaut. Der Aufbau kann zunächst nach - Oberbau und - Unterbau bzw. Untergrund unterschieden werden. Der Oberbau einer Fahrbahn aus Beton besteht prinzipiell aus - der Betondecke, - der Tragschicht und - der Frostschutzschicht. Darunter befindet sich der Untergrund bzw. der Unterbau mit dem Planum als Oberflächenabschluss. Der gesamte unter der Betondecke liegende Straßenkörper wird als Unterlage der Betondecke bezeichnet. Abbildung 6.5 Prinzipieller Aufbau einer Fahrbahnbefestigung aus Beton [77] 6.8 Die Betondecke In Abbildung 6.6 ist eine Betondeckenkonstruktion beispielhaft für einen zweistreifigen Fahrbahndeckenaufbau einer Autobahn mit ihren Bezeichnungen dargestellt. Die Breite der gesamten Konstruktion ergibt sich aus den beiden 3,75 m breiten Fahrstreifen, den rechts und links der beiden Fahrstreifen anschließenden 0,75 m breiten Randstreifen und einem 2,50 m breiten Standstreifen. Prinzipielles Konstruktionselement aller Betondecken sind die Fugen in Längs- wie in Querrichtung, wodurch sich einzelne Platten ergeben. Fugen können je nach Art - SB

140 unterschiedliche Funktionen haben. Die im Allgemeinen im Abstand von 5 m hergestellten Querscheinfugen dienen als Sollbruchstellen für die nach der Herstellung auftretenden Zugspannungen aus Abkühlung und Schwinden des Betons. Auf diese Weise werden wilde Risse in der Betondecke vermieden. Abbildung 6.6 Beispiel einer Betondeckenkonstruktion [14] Dicke der Betondecke Die Dicke der Betondecke ist abhängig vom gewählten Aufbau und ergibt sich beispielsweise aus den RStO [102] (Abbildung 6.7). Entsprechend der ermittelten Belastungsklasse sind für die Betondecken beim Neubau Dicken von 20 bis 27 cm bei gebundener Tragschicht und 24 bis 29 cm bei Schottertragschicht vorgesehen. - SB

141 Abbildung 6.7 Bauweisen mit Betondecke für Fahrbahnen auf F2- und F3- Untergrund/Unterbau (Tafel 2 der RStO) [102] - SB

142 6.8.2 Ausbildung von Fugen Arten von Fugen Man unterscheidet zwischen Schein-, Raum- und Pressfugen. Scheinfugen sind Sollbruchstellen in der Betondecke, die durch Kerben an der Oberseite der Decke hergestellt werden. Raumfugen trennen eine Betondecke in ihrer ganzen Dicke und ermöglichen eine zwängungsfreie Dehnung der Betondecke. Pressfugen trennen die Betondecke ebenfalls auf ihrer gesamten Dicke, lassen jedoch keinen Raum für die Ausdehnung der Betondecke. Arbeitsfugen werden im Allgemeinen als Pressfugen ausgebildet. Fugenanordnung Querfugen werden im Allgemeinen rechtwinklig zur Straßenachse angeordnet und dürfen im Bereich von Längsfugen nicht gegeneinander versetzt sein. Im Bereich von Bauwerken dürfen sie jedoch auch schräg geschnitten werden. Der Abstand der Schein- und Pressfugen soll in der Regel das 25-fache der Plattendicke nicht überschreiten. Im Autobahnbau sind für Querfugen Abstände von 5 m üblich, das entspricht in etwa dem 18- bis 20-fachen der Deckendicke. Betondecken von mehr als 4 m Breite erhalten eine, von mehr als 10 m Breite zwei Längsfugen. Die Längsfugen sollen nicht im Bereich der Radspuren liegen und auf die Markierung der Fahrstreifen abgestimmt sein. Entscheidend ist dabei, den Lastfall Plattenrand soweit wie möglich zu entschärfen, das heißt, den Abstand der Rollspur zur nächstliegenden Längsfuge so groß wie möglich zu gestalten. Raumfugen werden notwendig, wenn die Betonfahrbahn an feste Einbauten angrenzt. Beim Anschluss an Brücken werden beispielsweise zwei unmittelbar aufeinander folgende Raumfugen mit nachgiebiger Einlage vorgesehen. Ausbildung und Aufgaben von Fugen Mit einer geeigneten Abdichtung soll das Eindringen von Wasser in die Fuge weitestgehend verhindert werden. Dort eingedrungenes Wasser kann durch die Pumpeffekte die Tragschicht erodieren und die Auflagerverhältnisse nachteilig verändern. Aus diesem Grund sind die Fugenfüllstoffe so zu wählen, dass sie die Fuge dauerhaft abdichten. Dies bedeutet, dass die Fugenfüllstoffe auch Plattenbewegungen auffangen können müssen. Die Fugenabdichtung kann mit heiß oder kalt verarbeitbarer Fugenmasse erfolgen. Hierbei kommen verschiedene Systeme zur Anwendung, der grundsätzliche Aufbau ist aber in Abbildung 6.8 dargestellt. Bei der Ausführung sind die ZTV Fug-StB [79] und die TL Fug-StB [95] zu beachten. - SB

143 Eine weitere Möglichkeit der Fugenabdichtung stellen komprimierbare elastische Fugenprofile dar. Dies sind vorgeformte elastomere Elemente, die in den Fugenspalt des erhärteten Betons eingebaut werden und diesen verschließen. Nach der Bauart werden offene Profile, Hohlkammer- und Vollprofile unterschieden. Sie unterliegen einer Grundprüfung sowie einer Güteüberwachung und müssen den TL Fug-StB [95] entsprechen. Die Prüfung der Profile erfolgt gemäß den TP Fug-StB [87]. Der Einbau erfolgt maschinell. Um die Plattenbewegungen an jeder einzelnen Fuge gering zu halten, werden Scheinfugen als Sollbruchstellen in der Betondecke in Form von Kerben bereits bei der Fertigung der Decke hergestellt. Beim Abkühlen und Schwinden des jungen Betons treten Zugspannungen auf, die der Beton nicht mehr aufnehmen kann, es kommt zur Rissbildung an den zuvor künstlich hergestellten Querschnittsschwächungen. Der zu planende Abstand (in Längs- und Querrichtung) der Scheinfugen und damit die Abmessungen der Platten hängen von der Größe der aufnehmbaren Zug- bzw. Biegezugspannungen ab, die wiederum eine Funktion der Abmessungen auch der Dicke der Platten sind. Anhaltswerte für Plattenabmessungen wurden bereits oben angegeben. Durch rechtzeitiges Herstellen der Sollbruchstellen können unregelmäßige Risse vermieden werden. Solche Risse sollten wegen der fehlenden Abdichtungsmöglichkeit und der örtlichen Überbeanspruchung der Rissflanken unbedingt vermieden werden. Weiterhin wird durch die gleichmäßige und häufige Rissbildung die Fugenöffnungsweite gering gehalten, so dass die Fugenfüllstoffe weniger stark beansprucht werden und ihre Funktion langfristig erhalten bleibt. Nicht zuletzt wird durch die geringe Fugenöffnungsweite die Rissverzahnung und somit Kraftübertragung an der Platte sichergestellt. Die Kerben müssen zwischen 25 und 30 % der Deckendicke tief sein, damit sie als Sollbruchstelle wirksam werden. Dies reicht bei Längsscheinfugen nicht aus, diese müssen auf Grund der geringeren Zwangsspannungen 40 bis 45 % der Deckendicke tief sein. Die Kerbenbreite hat keinen Einfluss auf das Verhalten der Fuge. Pressfugen werden dort ausgebildet, wo Fertigungsstreifen oder Tagesabschnitte (Tagesendfuge) in zeitlichem Abstand aneinanderbetoniert werden (Arbeitsfugen). Pressfugen müssen immer senkrecht zur Fahrbahnoberfläche ausgeführt werden, damit die Wärmedehnung der Betondecke gefahrlos aufgenommen werden kann. Pressfugen müssen ebenfalls abgedichtet werden und erhalten im oberen Teil einen Fugenspalt, der auf den Fugenfüllstoff abgestimmt ist. Raumfugen trennen die Platten in ganzer Dicke voneinander und ermöglichen durch einen breiten, vorgebildeten Spalt eine Ausdehnung wie auch eine Verkürzung der Platten. Der Fugenspalt wird durch eine kompressible Einlage ausgefüllt (Holzbretter, Dichtungsbänder oder Kunststoffeinlagen). Die Einlagen müssen bei den Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 eine Stärke von 18 mm, ansonsten von 13 mm aufweisen. Diese verlieren mit der Zeit bei - SB

144 starken Längenausdehnungen der Platte ihr Rückstellvermögen, wodurch das Eindringen von Schmutz ermöglicht wird. Raumfugen werden deshalb heute nur noch bei festen Einbauten, quasi als Dehnungsfuge eingesetzt; ansonsten werden immer Scheinfugen hergestellt. Bei der Herstellung von Raumfugen ist darauf zu achten, dass die Einlage mit der Seitenschalung und der Unterlage bündig abschließt, so dass keine Brückenbildung des Betons entstehen kann, die in der Folge zu Abplatzungen führt. Die Ausbildung einer Raumfuge ist in Abbildung 6.8 dargestellt. Abbildung 6.8 Fugenmassen in verschiedenen Fugenausbildungen [79] Dübel und Anker An den Querfugen werden zur Lastübertragung und zur Sicherung gleicher Höhenlage Dübel eingebaut. An den Längsfugen sind zur Verhinderung des Auseinanderwanderns der Platten Anker vorzusehen. Für die Anordnung der Dübel sind verschiedene Ausführungsarten (Abbildung 6.9) vorgesehen. Abbildung 6.9 Dübelanordnung [77] - SB

145 Mit dem Einbau von Dübeln an der Querfuge lassen sich Schäden, die zu einer Herabsetzung der Nutzungsdauer der Decke führen, wirksam vermeiden, indem diese eine langfristige Querkraftübertragung sicherstellen. Dübel übertragen somit Querkräfte, stellen aber keine biegesteife Verbindung dar. Die Größe der Querkraftübertragung wird durch den Wirksamkeitsindex W ausgedrückt (ein Wirksamkeitsindex von 100 % bedeutet volle, ein Index von 0 % keine Querkraftübertragung); er kann z.b. bei Tragfähigkeitsmessungen bestimmt werden. Die Dübel müssen in Plattenmitte, mit der Neigung der Decke, parallel zur Fahrbahnoberfläche und Straßenachse verlegt werden. Für die Verankerung werden Normal-, Schraub- oder Klebeanker verwendet. Im Allgemeinen sind in Längsrichtung je drei Anker in gleichmäßigen Abständen zu verlegen (bei Krümmungen bis R = 600 m sind sie im mittleren Drittel der Platte anzuordnen). Anker sind in Längsscheinfugen im unteren Drittel der Plattendicke, in Längspressfugen in der Mitte der Plattendicke einzubauen Bewehrung Die in Deutschland gängigen Standardbauweisen nach RStO [102] für Betonfahrbahnen sehen keine Bewehrung der Decke vor, entsprechend sind die Plattenabmessungen und die Dicke auf diese Bauweise abgestimmt. Nur in bestimmten Fällen ist eine Bewehrung der Platten vorzunehmen. Dies betrifft z.b. den Übergangsbereich von Betondecken zu anderen Befestigungsarten oder vor Bauwerken. Wie bereits oben erläutert können in diesen Bereichen Raumfugen angeordnet werden. Soll darauf verzichtet werden, kann zwischen Betondecke und Bauwerk ein Oberbau aus Asphalt von mindestens 15 m Länge angeordnet werden. Dieser kann jedoch nicht die Längenänderungen des Betons aufnehmen. Deswegen muss zur Sicherung ein Endfeld mit Endsporn oder eine Verstärkung der letzten Platte (Abbildung 6.10) mindestens um die Dicke der gebundenen Tragschicht erfolgen. Abbildung 6.10 Verstärkung der letzten Platte [77] - SB

146 Andere Anwendungsfälle für eine konstruktive Bewehrung bei kurzen Platten sind Straßen für militärischen Schwerstlastverkehr, in Bergsenkungsgebieten sowie bei wenig tragfähigem Untergrund Sonderbauweisen Zu den Sonderbauweisen gehören beispielsweise die durchgehend bewehrte Betondecke oder Spannbetondecken. Decken mit durchgehender Bewehrung kommen in Deutschland derzeit als Standardbauweise nicht zur Anwendung, spielen aber im europäischen Ausland durchaus eine Rolle (beispielsweise in den Benelux Ländern oder in Frankreich). Bei dieser Konstruktion dient die Bewehrung allein der Risssteuerung der Betondecke. Wie im Stahlbetonbau auch, soll die Bewehrung die wilde Rissbildung dahingehend steuern, dass die Risse aus Schwinden und Temperaturänderung in regelmäßigen, relativ kurzen Abständen (ca. 80 cm) auftreten und die Rissöffnungsweite klein bleibt. Die Bewehrung wird in der Mitte der Betondecke verlegt und hat dementsprechend keine konstruktive Bedeutung, d.h. sie hat keine lastabtragende Wirkung. Wesentlich für das Gelingen und eine regelmäßige Rissbildung ist die Tragschicht, auf der die Betondecke aufliegt. Diese sollte möglichst eben sein. Vorteile von bewehrten Betondecken sind die fugenlose Bauweise, wodurch der Wartungsaufwand entfällt. Es müssen außerdem keine Dübel und Anker verlegt werden. In der Fahrbahnplatte stellt sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung ein und Spannungsspitzen am Plattenrand bzw. Platteneck entfallen. Nachteile sind die erhöhten Baukosten, bedingt durch den größeren Aufwand beim Verlegen der Bewehrung. Zu beachten ist auch, dass eine Beschickung des Fertigers von vorne nicht mehr möglich ist und eine seitliche Beschickung vorgesehen werden muss. In Deutschland liegen bisher keine Langzeiterfahrungen mit dieser Bauweise vor. Schwierig ist auch die Wiederverwertung, die durch die Bewehrung deutlich aufwändiger wird. - SB

147 Abbildung 6.11 Betonieren einer Fahrbahndecke mit Bewehrung [Foto: Wirtgen] Spannbetondecken wurden in den 60er Jahren im Flugplatzbau eingesetzt. Es wurden Rollbahnen, Vorfelder und Abstellflächen mit dieser Bauweise erstellt. Um wilde Risse zu vermeiden, wurden 100 bis 120 m lange Betonfelder mit einer Breite bis 60 m mit einer Spannbewehrung in Längs- und Querrichtung versehen. Zwischen den einzelnen Feldern müssen in Längsrichtung Dehnfugen vorhanden sein, die Temperaturdehnungen der Spannbetonplatte erlauben. Diese Fugenkonstruktionen sind sehr aufwändig, da sie Fugenbewegungen von 50 bis 60 mm ausgleichen müssen. Der hohe Aufwand bei der Herstellung und der personalintensive Einbau der Spannbewehrung sowie die hohe Fehleranfälligkeit bei der Herstellung bei gleichzeitig geringen Materialkosten für Beton machen diese Bauweise unwirtschaftlich, so dass sie heute in Deutschland kaum mehr angewendet wird. 6.9 Anforderungen an die Unterlage unter Betondecken Mit Unterlage sind die gebundenen oder ungebundenen Schichten im Oberbau, der Unterbau und der Untergrund selbst gemeint. Der Begriff Unterlage ist deswegen so weit gefasst, da das Verhalten der Betondecke durch den Straßenkörper insgesamt wie auch durch dessen einzelne Schichten beeinflusst wird. Auf Grund ihrer Dicke und ihrer hohen Steifigkeit verteilen Betondecken Lasten wirksam auf die Unterlage und schonen diese dadurch. Unter Betondecken angeordnete gebundene Tragschichten sollten daher neben ihrer lastverteilenden Funktion vor allem eine hohe Standfestigkeit und Erosionsbeständigkeit aufweisen. Eine für Betondecken geeignete Unterlage muss grundsätzlich die Anforderungen der ZTV SoB-StB [78] und ZTV Beton-StB [77] erfüllen. Insbesondere kommt bei Betondecken der Entwässerung des Straßenkörpers und der einzelnen Schichten eine erhebliche Bedeutung zu, da die meisten Schäden an Betondecken wegen unzulänglicher Entwässerung auftreten. Nachverdichtungen und Verformungen an der Unterlage können Hohllagen unter der - SB

148 Decke hervorrufen, die bei Überschreitung der aufnehmbaren Kräfte zu Plattenbrüchen führen. Dabei kommt es zum so genannten Pumpen unter Einfluss von Wasser, das zu einer Verdrängung und Umlagerung der Unterlage und damit zu einer ungleichmäßigen Auflagerung führt. Besonders gefährdet sind Tragschichten im Bereich der Fugen. Durch Vertikalbewegungen der Platten beim Überrollen der Fugen, insbesondere an Querfugen, kann es zu einer Erosion der Tragschichten kommen. Dabei wird das losgelöste Material entweder durch die Fugen verdrängt oder seitwärts gedrückt, wobei Hohllagen im Fugenbereich entstehen. Selbst bei einer guten Fugenpflege muss damit gerechnet werden. Deshalb muss dort eindringendes Wasser so abgeleitet werden, dass ein Wasserstau oder eine Durchfeuchtung der Unterlage vermieden wird. Als Tragschichten unter Betondecken kommen drei unterschiedliche Bauweisen zur Anwendung. Es handelt sich dabei um hydraulisch gebundene Tragschichten (HGT) mit (und ohne) Vliesstoff zwischen Tragschicht und Betondecke, Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) und Asphalttragschichten. Diese Bauweisen der Tragschichten haben in Deutschland regional ganz unterschiedliche Bedeutung. Werden in Ostdeutschland viele Betondecken auf ToB gebaut, so ist im Süden die HGT mit und ohne Vlies und im Westen die Asphalttragschicht verbreitet Herstellung von Betonfahrbahnen Allgemeines Die Herstellung einer Betonfahrbahndecke besteht aus den folgenden Arbeiten: - Mischen - Transportieren - Verteilen - Verdichten - Einbau von Dübeln und Anker - Glätten - Strukturieren der Oberfläche - Nachbehandlung des Betons - Fugenschneiden All diese Arbeiten müssen in einem eng begrenzten Zeitraum durchgeführt werden, so dass - SB

149 eine entsprechende Koordination der Arbeiten wichtig ist. Bei großen Flächen wird der Beton im Wesentlichen mit Gleitschalungsfertigern eingebaut, d.h. die Schalung wird mitgeschleppt. Dies sind heute komplexe Anlagen, die die oben genannten Arbeiten vom Verteilen bis zur Strukturierung der Oberfläche integrieren. Sie sind auf Raupenfahrwerken montiert und besitzen eine automatische Höhen- und Seitensteuerung. Im Vergleich zu Betonfertigern mit stehender Schalung ist der Personaleinsatz geringer und die Einbauleistung höher. Dadurch ergeben sich auch kürzere Bauzeiten. Mit einem Fertiger werden Einbaubreiten über 15 m erreicht, wobei der Einbau in zwei Schichten erfolgen kann. Tagesleistungen bis m können damit erreicht werden. Limitierend ist meist die Leistung der Betonmischanlage, die aus baustellenorganisatorischen Gründen oft nur Kapazitäten von 400 m erreicht (400 m bei 0,27 m Einbaudicke und 12 m Breite entspricht m³ verdichteten Beton. Bei einem Verdichtungsmaß von 1,3 (steifer Beton) und 2,4 t/m³ = ca t Beton. Mit 25 t/kipper bei 8 Stunden Betonierzeit ergibt das 1 Kipper alle 3 Minuten) Betonherstellung Der Beton kann in einer Baustellenmischanlage (Baustellenbeton) oder in einem Werk (Transportbeton) hergestellt werden. Fahrbahndecken aus Beton erfordern Beton gleichbleibender Eigenschaften und müssen kontinuierlich eingebaut werden. Fertigerstillstand, Änderungen der Zusammensetzung oder der Konsistenz können zu Veränderungen der Betonoberfläche führen und sind deswegen zu vermeiden. Der Frischbeton muss daher für jede Schicht aus einer Mischanlage mit ausreichender Kapazität kommen. Die Betonmischung ergibt sich aus der Erstprüfung; Abweichungen von der Zugabemenge sind auf maximal 3 % begrenzt. Um das Zugabewasser korrekt beizugeben, müssen die Oberflächenfeuchtigkeiten der Gesteinskörnungen regelmäßig gemessen werden. Der Luftgehalt durch Luftporenbildner muss an der ersten Mischung geprüft und die Dosierung des LP so eingestellt werden, dass der geforderte Luftgehalt eingehalten wird. Entscheidend ist aber der gemessene Luftgehalt unmittelbar vor Einbau des Betons, deshalb ist eine schnelle Datenübermittlung zwischen Einbauort und Mischanlage notwendig, um evtl. Korrekturen vornehmen zu können Betontransport Beton mit steifer Konsistenz darf mit Fahrzeugen ohne Mischer oder Rührwerk transportiert werden und muss nach 45 Minuten abgeladen sein und sogleich verarbeitet werden. Bei kühler Witterung sind etwas längere Zeiten möglich, bei hohen Temperaturen verkürzt sich die - SB

150 Zeit entsprechend. Die Kippmulden dürfen nicht aus Aluminium sein, da Aluminiumabrieb im Beton zur Gasentwicklung führt und so die Betonstruktur stört: Es kommt zur Festigkeitsverringerung. Weiterhin sollten sie abdeckbar sein, um den Beton während des Transportes vor Austrocknung und Niederschlagswasser zu schützen. Beton anderer Konsistenz darf nur mit Mischfahrzeugen transportiert werden, wobei die Trommel langsam drehen soll, um den Einfluss auf den Luftporengehalt zu verringern Betoneinbau Der Einbau des Betons kann mit stehender oder geschleppter Schalung erfolgen. Es werden Fertiger verwendet, die aus Verteilern, Verdichtungs- und Fertigungsgerät, Dübel- und Ankersetzgerät sowie Glätteelement bestehen (Abbildung 6.12). Stehende Schalung wird vor dem Einbau direkt auf der Unterlage montiert. Die Schalung muss stabil befestigt sein und darf sich beim Betoneinbau weder in Seiten- noch in Höhenlage verschieben. Üblicherweise wird bei dieser Methode ein Einbauzug auf Schienen verwendet. Die Schienen sind fest mit der Schalung verbunden, die Schienenoberfläche dient meist als Höhenbezugslinie und darf ihre Lage bei der Befahrung nicht ändern. Der Montage- und Demontageaufwand für die Schalung ist bei solchen Fertigern sehr lohnkostenintensiv. Geschleppte Schalung wird von Gleitschalungsfertigern mitgeschleppt. Sie beginnt im Verteilungsbereich und muss so lang sein, dass der Beton nach der Verdichtung und dem Weggleiten der Schalung stehen bleibt. Die Schulter der frischbetonierten Fahrbahndecke darf nicht absacken, deswegen müssen Frischbetonkonsistenz und Gleitschalung aufeinander abgestimmt sein. Die Laufflächen der Raupenfahrwerke sind tragfähig, eben und höhengerecht auszubilden. Die Feinregelung der Seiten- und Höhenlage wird bei Gleitschalungsfertigern vom Fertiger geregelt, der durch Taster die Lage anhand eines Bezugsdrahtes (Fahrdraht) ermittelt. Der Einbau des Betons erfolgt ein- oder zweischichtig. Zweischichtig bedeutet, dass zwei Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung (Unter- und Oberbeton) eingebaut werden. Beim einschichtigen Einbau ist über die gesamte Dicke Oberbetonqualität erforderlich. Jede Schicht wiederum kann ein- oder mehrlagig hergestellt werden, d.h. Beton gleicher Zusammensetzung wird in einer oder in mehreren Lagen eingebaut. Der Beton ist in jeder Schicht oder Lage in gleichmäßiger Dicke einzubauen. Weiterhin ist prinzipiell frisch in frisch zu bauen, so dass sich ein monolithischer Körper ergibt. Bei zweischichtiger Bauweise ist auf die richtige Höhenlage des Unterbetons zu achten, so dass die vorgesehene Oberbetondicke von 4 cm eingehalten werden kann. Außerdem ist darauf zu achten, dass der Unterbeton nicht zu weit vorgelegt wird, so dass ein Antrocknen der Oberflä- - SB

151 che vor dem Einbringen des Oberbetons vermieden wird. Die Entscheidung für ein- oder zweischichtigen Einbau hängt im Besonderen auch von den Kosten ab. Beim einschichtigen Einbau können höhere Kosten durch die qualitativ hochwertigen Splitte, die für den Oberbeton benötigt werden, entstehen, insbesondere wenn sie örtlich nicht vorhanden sind und über lange Wege transportiert werden müssen. Demgegenüber stehen beim zweischichtigen Einbau höhere Kosten durch größeren Geräte- und Personalaufwand bei der Beton- (zwei Mischanlagen) und Deckenherstellung (zwei Verteiler, zwei Fertiger). Werden Dübel oder Anker eingerüttelt, ist die Decke in der Regel zweilagig oder zweischichtig herzustellen. Das Verlegen der Dübel kann vor oder während des Betoneinbaus erfolgen. Vor dem Betoneinbau sind sie z.b. durch Stützkörbe in ihrer Lage zu sichern. Der Einbau während des Betonierens erfolgt vor dem Einbau der letzten Lage bzw. Schicht. Um die Lage der Dübel zu gewährleisten, werden die Anker vor den Dübeln eingerüttelt. Abbildung 6.12 Prinzipskizze - Fertiger für einschichtigen Einbau [1] Beim Verdichten des Betons sind die Grundsätze des Betonbaus zu beachten. Der Beton darf sich nicht entmischen und beim zweischichtigen Einbau darf der Unterbeton nicht an die Oberfläche gezogen werden. Die Verdichtung muss auf ganzer Einbaubreite erfolgen. Gleitschalungsfertiger verdichten den Beton mit innenliegenden Rüttelflaschen, wobei das Gesamtsystem so abzustimmen ist, dass keine Rüttelgassen entstehen. - SB

152 Abbildung 6.13 Prinzipskizze - Fertiger für zweischichtigen Einbau [1] Die Oberfläche wird mit Glätteinrichtungen fertiggestellt und erreicht dadurch die Ebenheit. Je nach Anforderung ist zusätzlich ein Längsglätter einzusetzen, der die quer zur Straßenachse entstandenen periodischen Unebenheiten beseitigt. Ebenheit und akustische Eigenschaften der Oberfläche werden dadurch verbessert. Bei der Verdichtung entsteht eine dünne Mörtelschicht (Mehlkorn- und Feinstanteile) an der Oberfläche, die so dünn wie möglich gehalten werden muss, da sie die Griffigkeit ungünstig beeinflusst. Deswegen ist eine Oberflächenbearbeitung notwendig, die die nach ZTV Beton-StB [77] geforderte Anfangsgriffigkeit sicherstellt. Dazu können die folgenden Verfahren angewendet werden: - Strukturieren mit Stahlbesen: Von einer Arbeitsbühne aus wird nach dem Glätten die Oberfläche mit einem Stahlbesen quer oder längs strukturiert. Die Griffigkeit ist hoch, die Lärmentwicklung stark. - Abziehen mit Jutetuch: Ein an den Fertiger angehängtes Jutetuch strukturiert die Oberfläche in Längsrichtung. Die geforderte Griffigkeit wird in der Regel erreicht, die Lärmemission reduziert. - Abziehen mit Kunstrasen: Ein an den Fertiger angehängter Kunstrasen strukturiert die Oberfläche in Längsrichtung. Höhere Griffigkeit als beim Jutetuch bei gleichbleibender Lärmemission. - Waschbetontextur: Auf die Betonoberfläche wird direkt nach der Herstellung Verzögerer aufgesprüht, so dass die oberste Zementleimschicht nicht erhärten kann. Diese wird an- - SB

153 schließend ausgebürstet und es entsteht eine gleichmäßige Splitttextur mit Splitt der Korngruppe 4/8 auf der Fahrbahnoberfläche. Bei guten Griffigkeitswerten stellt sich eine geringe Lärmemission ein. Erfolgt das Betonieren unter besonderen Bedingungen, können verschiedene Maßnahmen getroffen werden. Bei niedrigen Temperaturen ist dafür Sorge zu tragen, dass die Betontemperatur in den ersten drei Tagen des Erhärtens nicht unter +5 C absinkt. Geeignete Maßnahmen hierfür sind: - die Erhöhung des Zementgehaltes - die Verwendung von Zementen höherer Anfangsfestigkeit - das Anwärmen des Zugabewassers und/oder der Gesteinskörnung (bei mehr als 70 C warmen Zugabewasser zuerst mit Gesteinskörnung mischen, dann Zement zugeben) Bei hohen Lufttemperaturen über +25 C muss die Temperatur des Frischbetons an der Einbaustelle überprüft werden. Sie darf +30 C nicht überschreiten. Die Temperatur des Frischbetons kann gesenkt werden durch: - Abkühlen der Unterlage durch Annässen - Besprühen der groben Gesteinskörnung mit Wasser Bei hochsommerlichen Temperaturen können die Betonierzeiten in die Nacht verlegt werden. In jedem Fall ist eine ausreichende Nachbehandlung mit Wasser sicherzustellen, damit der Betonoberfläche genügend Wasser zum Erhärten zur Verfügung steht, ansonsten kann es zu feinen Netzrissen (1 bis 2 mm tief) kommen und im schlimmsten Fall erhärtet der Beton nicht richtig, so dass die nötige Oberflächenfestigkeit nicht ereicht wird. Im Anschluss an die Herstellung der Betondecke mittels Fertiger muss diese nachbehandelt werden. Die Nachbehandlung stellt Festigkeit und Dichte sowie Frost-Tausalz-Widerstand sicher, sorgt für einen hohen Verschleißwiderstand und gewährleistet dauerhafte Oberflächeneigenschaften. Der Beton ist in den ersten zwei Stunden nach Herstellung z.b durch Zelte vor Niederschlägen zu schützen. Bei hohen Tagestemperaturen kann der Beton so stark aufgeheizt sein, dass es in der Nacht infolge der Abkühlung zu Rissbildung kommen kann. Der Frischbeton muss dann bis zum Schneiden der Kerben mit einer wärmedämmenden Abdeckung geschützt werden. Nachbehandlungsmethoden sind: - Nassnachbehandlung mit Wasser: Die Decke ist mindestens drei Tage durch flächendeckendes Besprühen ständig feucht zu halten. Um ein rasches Abkühlen zu vermeiden ist ein feiner Sprühfilm aufzubringen. Das Verfahren ist lohnintensiv und wirkungsvoll. - SB

154 - Aufbringen wasserhaltender Abdeckungen wie Jutetuch und Geotextil: Das Verfahren ist aufwändig und nur für kleine Felder geeignet. - Abdecken mit Folien: Die Folie wird nach dem Fertiger von einer Rolle faltenfrei verlegt. Sie schützt vor Schlagregen, aber unter der Folie kann sich der Beton aufheizen und die aufliegende Folie kann die Oberflächeneigenschaften ungünstig beeinflussen. Beim Fugenschnitt durch die Folie muss dieser Bereich anschließend weiter nachbehandelt werden. - Aufbringen von Nachbehandlungsmitteln: Die aufzubringende Menge ist abhängig vom verwendeten Mittel und der Rauheit der Oberfläche. Werden zu große Mengen aufgebracht kann die Abwitterung des Mittels behindert sein, so dass die Anfangsgriffigkeit nicht erreicht wird. Eine geringere Aufheizung der Oberfläche wird über hell pigmentierte Nachbehandlungsmittel erreicht. Die so behandelten Flächen dürfen erst befahren werden, wenn der Nachbehandlungsfilm dadurch nicht mehr geschädigt wird. Bei extremen Temperaturen über +30 C, starker Sonneneinstrahlung und geringer Luftfeuchte sowie Wind muss die Decke zusätzlich nass nachbehandelt werden Fugenherstellung Die Fugen müssen rechtzeitig ausgebildet werden, bevor eine wilde Rissbildung einsetzt. Bei Betondecken auf HGT wird die HGT gekerbt und die Betondecke mit Fugen versehen. Die Fugen sollten sich direkt über den Kerben befinden, wobei Abweichungen bis zu 10 cm zugelassen sind. Dies soll Reflexionsrisse in der Betondecke vermeiden. Die Scheinfugen können in die erhärtete Betondecke geschnitten werden. Zur Herstellung sind Geräte zu verwenden, die ein geradliniges und scharfkantiges Schneiden ermöglichen. Eine ausreichende Anzahl von Geräten auf der Baustelle sichert das rechtzeitige Herstellen der Fugenspalten. Der anfallende Schneidschlamm ist unmittelbar nach dem Schneiden zu beseitigen. Die Fugenspaltkanten werden unter 45 maximal 3 mm abgefast. Dieses Verfahren kommt auf Straßen der Belastungsklassen Bk100, Bk32 bis Bk3,2 ausschließlich zur Anwendung. Bei Wegen und untergeordneten Straßen können Querscheinfugen auch durch Einrütteln eines Fugenprofils hergestellt werden. Dabei wird ein Fugenschwert in den frischen Beton eingerüttelt, herausgezogen und anschließend die Fugeneinlage einvibriert. Dadurch kann das Schneiden der Fugenspalte vermieden werden. Das Verfahren erfordert ein besonders sorgfältiges Vorgehen, um Störungen des Betongefüges und Unebenheiten an den Kanten zu vermeiden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Fugenschwert etwa 5 gegen die Vortriebsrichtung zu neigen, so dass beim Glätten die Einlage senkrecht steht. Im Anschluss an - SB

155 den Einbau wird der obere Teil der Fugeneinlage wieder herausgefräst und die Kanten abgefasst. Gezogene Fugen kommen bei den Belastungsklassen Bk1,8 und Bk1,0 zur Anwendung. Dabei werden die Längsscheinfugen durch das Mitziehen eines harten Profils hergestellt. Es entsteht dabei zwar eine Kerbe im frischen Beton, aber der nachlaufende Glätter schließt die Kerbe an der Oberfläche wieder. Die entstandene Störung des Betongefüges reicht jedoch zur gezielten Rissbildung aus. Der Einbau der Fugenfüllstoffe darf nicht bei Frost erfolgen. Es sind die ZTV Beton-StB [77] und die ZTV Fug-StB [79] zu beachten Beton mit Fließmittel Beton mit Fließmittel wird dann angewendet, wenn der Einsatz von Deckenfertigern nicht möglich oder unrentabel ist (kleine Baulose) oder der Deckenbeton bereits in jungem Alter hohe Beanspruchungen aufnehmen muss (Tagesbaustellen mit nur kurzzeitiger Verkehrssperrung). Durch die Zugabe des Fließmittels (alternativ BV) wird der Beton leichter verarbeitbar, ohne den Wasser-Zement-Wert und damit die Eigenschaften des Betons ungünstig zu beeinflussen. Die Vorteile sind: - Schweres Einbaugerät zur Verteilung und Verdichtung ist nicht erforderlich, stattdessen können leichte Rüttelbohlen verwendet werden, wodurch auf kleinen Baustellen Kosten eingespart werden können. - Zwickel, Ecken und Ränder können einfach hergestellt und leicht verdichtet werden. - Unerwünschte Anreicherung von Feinmörtel durch übermäßiges Rütteln wird vermieden. Dadurch wird ein guter Oberflächenschluss erreicht, die Dauerhaftigkeit und Griffigkeit ist gewährleistet. Frühhochfester Beton mit Fließmitteln ist auf Tagesbaustellen z.b. zum Plattenersatz einsetzbar. Die Betondecke kann dann innerhalb eines Tages wieder freigegeben und befahren werden. Die für diesen Beton zu beachtenden Regelungen sind in den ZTV Beton-StB [77] enthalten. Bei Regen darf Straßenbeton mit Fließmittel nicht eingebaut werden. - SB

156 6.12 Verständnisfragen Wo werden Verkehrsflächen aus Beton angewendet? Welche Vorteile hat die Betonbauweise? Welche Eigenschaften sollten der Frischbeton und der Festbeton aufweisen? Aus welchen Bestandteilen setzen sich Fahrbahndecken aus Beton zusammen, welche Anforderungen müssen die einzelnen Bestandteile erfüllen? Wie sind Betonstraßen aufgebaut? Welche Fugen werden ausgebildet? Wie werden diese angeordnet? Wann und warum wird eine Betondecke bewehrt? Aus welchen Arbeitsschritten besteht die Herstellung von Betonfahrbahnen? - SB

157 7 Pflasterbauweisen 7.1 Historie Pflasterdecken und Plattenbeläge sind ein seit Jahrhunderten, in Einzelfällen seit Jahrtausenden bekannter und bewährter Straßenbelag. Berichte liegen vor über Pflasterstraßen z.b. im alten Ägypten und in Mesopotamien. Ihr Alter wird teilweise auf über Jahre geschätzt. Schöne Beispiele historischer Römerstraßen sind in Pompeji (bei Neapel) oder Ostia (bei Rom) zu finden. Aber auch in Baden-Württemberg sind Relikte von Römerstraßen anzutreffen: Es handelt sich dabei naturgemäß um unbearbeitete oder bearbeitete Natursteinbeläge. Wo kein Naturstein vorhanden war, wurden Straßen mit Klinker angelegt (Mesopotamien). Es bedarf keiner großen Vorstellungskraft, dass die Herstellung dieser Straßen mit den erforderlichen Baustoffen mit großem körperlichen Einsatz verbunden war. Der Bedarf von Befestigungen ergab sich nahezu immer aus den Bestrebungen einer technischen und wirtschaftlichen Fortentwicklung. Historische und lediglich temporäre Bedeutung hat das Holzpflaster, das seit dem frühen 19. Jahrhundert vor allem in städtischen Bereichen zur Reduzierung des von Pferdefuhrwerken verursachten Lärms eingesetzt wurde und dabei noch Kostenvorteile gegenüber dem sonst verwendeten Naturstein hatte. Letztendlich überwogen aber die Nachteile (Geruchsbelästigung durch absorbierte Fäkalien, mangelhafte Griffigkeit bei Nässe). Kurzlebig war auch die Variante des Asphaltpflasters. Insbesondere in England wurde zu jener Zeit hoher Entwicklungsaufwand in der Suche nach Alternativen zum Natursteinpflaster betrieben. Durch die rasante Motorisierung und der damit verbundenen Herstellung von geeigneten Straßen verlor die Pflasterbauweise zunächst ihre Bedeutung. Etwa Mitte der fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts besann man sich auf den Wert der Straße als Begegnungsstätte für Menschen, schuf die ersten Fußgängerzonen und entdeckte das Pflaster neu. Sehr rasch entwickelten sich parallel zum wiederentdeckten Naturstein die industriell hergestellten Varianten des Betonstein- und Klinkerpflasters zu anspruchsvollen und haltbaren Baustoffen zur Befestigung und Gestaltung. Ein großer Teil der Entwicklung bis hin zu den Varianten der Verbundpflastersteine fand in Deutschland statt. Man erkannte schnell, dass diese Steine eine höhere Maßgenauigkeit besaßen als Natursteine und ihre Seitenflächen vor der Verlegung nicht bearbeitet werden mussten. In den Niederlanden führten rege Bauaktivitäten nach dem 2. Weltkrieg (Wiederaufbau, Bevölkerungswachstum) zu einer Verknappung der Herstellungskapazitäten für Pflasterklinker (es wurden Mauerziegel benötigt) und deshalb zur Herstellung von Pflastersteinen aus Beton als Ersatz. Sie konnten für 40 % der Kosten eines Klinkers hergestellt werden. Die damit erwiesenen wirtschaftlichen wie auch die technischen Vorteile u.a. der Verbundsysteme führten letztendlich zum Erfolg. Die jährliche Produktion von Betonsteinpflaster lag zu Beginn - SB 7-1 -

158 der neunziger Jahre bei etwa 120 Millionen Quadratmeter (Tendenz steigend). 7.2 Regelwerk Aufgrund des heutigen Bedarfs, der Anwendung, Gestaltung und Herstellung liegt für Pflaster und Plattenbeläge eine Vielzahl von Regelungen vor. Die relevanten Normen und Vorschriften sind nachfolgend zusammengestellt: Für die Herstellung von Flächenbefestigungen mit Pflasterdecken und Plattenbelägen gelten allgemein die DIN der VOB, Teil C [65] Verkehrswegebauarbeiten; Pflasterdecke und das Merkblatt für Flächenbefestigungen mit Pflasterdecken und Plattenbelägen. Je nach Art der Herstellung wird unterschieden nach Decken mit - Pflastersteinen aus Beton, - Pflasterziegel, - Pflastersteinen aus Naturstein für Außenbereiche, - Platten aus Beton und - Platten aus Naturstein für Außenbereiche. Speziell bei der Herstellung von Pflasterdecken und Plattenbelägen sowie deren Einfassungen sind die Technischen Lieferbedingungen für Baustoffe zur Herstellung von Pflasterdecken, Plattenbelägen und Einfassungen (TL Pflaster-StB) [96] in Verbindung mit den Zusätzlichen Technischen Vertragsbedingungen und Richtlinien zur Herstellung von Pflasterdecken, Plattenbelägen und Einfassungen (ZTV Pflaster-StB) [80] anzuwenden. Die TL Pflaster enthalten Anforderungen an natürliche, künstliche (industriell hergestellte) sowie an rezyklierte Gesteinskörnungen (RC-Baustoffe), Baustoffgemische und Baustoffe. Die in den VOB, Teil C [65] aufgeführten (europäischen) Produktnormen - DIN EN Gesteinskörnungen für ungebundene und hydraulisch gebundene Gemische für Ingenieur- und Straßenbau - DIN EN Ungebundene Gemische Anforderungen - DIN EN 1338 Pflastersteine aus Beton Anforderungen und Prüfverfahren - DIN EN 1339 Platten aus Beton Anforderungen und Prüfverfahren - DIN EN 1340 Bordsteine aus Beton Anforderungen und Prüfverfahren - DIN EN 1341 Platten aus Naturstein für Außenbereiche Anforderungen und Prüfverfahren - SB 7-2 -

159 - DIN EN 1342 Pflastersteine aus Naturstein für Außenbereiche Anforderungen und Prüfverfahren - DIN EN 1343 Bordsteine für Außenbereiche aus Naturstein Anforderungen und Prüfverfahren - DIN EN 1344 Pflasterziegel Anforderungen und Prüfverfahren. werden durch die genannten Technischen Lieferbedingungen in Deutschland umgesetzt. In den TL Pflaster [96] werden, soweit vorhanden, Kategorien aus den europäischen Normen für die Eigenschaften der Baustoffe und der Baustoffgemische festgelegt, die in Deutschland für den Anwendungszweck erforderlich sind. Die TL Pflaster-StB [96] gelten für die Lieferung von Baustoffen entsprechend den genannten Normen zur Herstellung von Pflasterdecken und Plattenbelägen in ungebundener Ausführung sowie deren Einfassungen auf Verkehrsflächen. Pflastersteine oder -ziegel nach DIN EN können in allen Mitgliedstaaten der Europäischen Union und in der Schweiz gehandelt und angewendet werden. Im Unterschied zu dem bisher festgelegten Anforderungsniveau für Pflastersteine bzw. -klinker können jetzt durch Klassenunterteilungen in den DIN EN unterschiedliche Produktleistungsklassen beschrieben werden. Der Anwender muss nun je nach vorgesehenem Verwendungszweck darauf achten, welche Anforderungsklasse zusammen mit dem CE-Zeichen vom Hersteller zugesichert wird. Mit Abbildung 7.1 wird ein Beispiel für die CE Kennzeichnung nach DIN EN 1344 [74] mit zusätzlichen Herstellerangaben gegeben. Es bedeuten: CE-Zeichen: Das europäische Konformitätszeichen CE dokumentiert die Übereinstimmung mit den mandatierten Anforderungen nach Annex ZA der DIN EN 1344 [74]. Der Hersteller kann gesondert von den Angaben im CE-Zeichen zusätzlich die Maße, Maßspanne und das Abriebverhalten deklarieren. Hersteller und/oder Lieferant: Name, Warenzeichen und Adresse des Pflasterklinkerherstellers. Jahr: Jahreszahl (letzten zwei Ziffern), in dem die Kennzeichnung aufgebracht wurde. Norm: Bezeichnung der Norm hier DIN EN 1344 [74]. Anwendungsbereich: Pflasterklinker werden i.d.r. für die ungebundene Verlegung im Sand/Splitt-Bett ab einer Mindestdicke von 40 mm hergestellt. Pflasterklinker für die Verlegung im Mörtelbett (gebundene Ausführung) müssen gesondert gekennzeichnet sein. Biegefestigkeit: Das Tragverhalten eines Pflasterziegels ist wesentlich abhängig von - SB 7-3 -

160 Abbildung 7.1 Beispiel für CE Kennzeichnung nach DIN EN 1344 und zusätzliche Herstellerangaben aus [74] der Tragfähigkeit der Unterlage. Bei ungleichmäßiger Auflagerung kann es jedoch zu erheblichen Biegebeanspruchungen kommen. Die neue Euro-Norm nennt fünf Klassen der Biegetragfähigkeit. Gleit-/Rutschwiderstand: Pflasterklinker haben einen ausreichenden Rutschwiderstand, vorausgesetzt, dass ihre Oberfläche nicht geschliffen, poliert oder so hergestellt wurde, dass eine besonders glatte Oberfläche entsteht. Die Klasse U0 stellt keine Anforderungen, U3 stellt dabei die höchste Anforderung mit einem SRT-Wert von 55 (SRT = Skid Resistance Tester) dar. - SB 7-4 -

161 Dieser Wert stimmt mit dem im Merkblatt über den Rutschwiderstand von Pflaster- und Plattenbelägen für den Fußgängerverkehr [122] angegebenen höchsten SRT-Wert überein. Haltbarkeit: Wesentliches Merkmal für die Haltbarkeit (Dauerhaftigkeit) eines Pflasterziegels ist die Frostbeständigkeit. Die DIN EN 1344 [74] unterscheidet zwei Klassen der Frostbeständigkeit. Die Klasse F0, bei der keinerlei Anforderungen gestellt werden (z.b. für südliche Länder oder Innenbereiche) und die Klasse FP 100, bei der 100 Frost-Tau-Wechsel in der Euro-Frostprüfung schadensfrei ertragen werden müssen. Form und Abmessungen: Die Maßabweichung vom Nennmaß (Mittelwert) darf nicht größer sein als 0,4 d, wobei d das Nennmaß in mm ist. Maßspanne: Es werden zwei Klassen genannt: Die Klasse R0 bedeutet, dass keine Anforderungen vereinbart werden, Klasse R1 sagt aus, dass die Maßspanne nicht größer als 0,6 d sein darf, wobei für d wiederum das jeweilige Nennmaß in mm einzusetzen ist. Abriebverhalten: Pflasterklinker werden nach ihrem Abriebverhalten in 3 Klassen eingestuft: Die Abriebklasse A3 fordert ein Abriebvolumen von 450 mm 3, die Klasse A2 von mm 3 und die Klasse A1 ein Abriebvolumen von mm 3. In Abbildung 7.2 sind beispielhaft die Eigenschaften und Anforderungen an Pflasterziegel nach DIN EN 1344 [74] dargestellt. Erläuterungen zur Abbildung 7.2 Maßhaltigkeit: In den DIN [75] werden bisher Maßanforderungen an Einzelwerte gestellt. Hier darf jeder Stein maximal ± 3 %, jedoch nicht mehr als 6 mm vom Nennmaß abweichen. Durch die Änderung der Systematik sind die Anforderungsniveaus bei den Abmessungen nicht direkt vergleichbar. Sie liegen jedoch etwa in gleicher Größenordnung. Der Hersteller hat nach DIN EN 1344 [74] zusätzlich die Möglichkeit, geringere Toleranzen zu deklarieren. Festigkeit: Die Biegebruchklassen T1 und T2 garantieren eine mittlere Biegebruchlast von 30 N/mm. Diese Klassen können für Befestigungen mit geringer Belastung, wie z.b. vereinzelte Pkw-Überfahren, gewählt werden. Die Klassen T3 und T4 garantieren eine mittlere Biegebruchlast von 80 N/mm. Dieser höhere Wert ermöglicht auch Lkw-Überfahrten. Abriebverfahren: Die Klasse mit den schärfsten Anforderungen A3 fordert ein höchstzulässiges Abriebvolumen von 450 mm 3. Dazu gehört eine Schleifspurlänge von 37,5 mm. In Vergleichsuntersuchungen wurde nachgewiesen, dass dieser Grenzwert näherungsweise den bisherigen Anforderungen 20 cm 3 /50 cm 2 im Böhmetest nach DIN [75] entspricht. Rutschwiderstand: Neu ist die Angabe des Gleit-/Rutschwiderstandes für Pflasterziegel. U3 stellt dabei die höchste Anforderung mit einem SRT-Wert von 55 (SRT = Skid Resistance Tester) dar. Dieser Wert stimmt auch mit dem im Merkblatt über den Rutschwiderstand von Pflaster- und Plattenbelägen für den Fußgängerverkehr, herausgegeben von der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen, angegebenen höchsten SRT-Wert überein. Frost-Tau-Widerstand: Zwei Klassen der Frostbeständigkeit werden in der Euro-Norm genannt: Die Klasse F0, bei der keinerlei Anforderungen gestellt werden (z.b. für südliche Länder oder Innenbereiche) und die Klasse FP 100, bei der 100 Frost-Tau- Wechsel in der Euro-Frostprüfung schadensfrei ertragen werden müssen. - SB 7-5 -

162 Länge und Breite Zulässige Abweichung vom Nennmaß d (mm), Mittelwert: ± 0.4 x d Dicke Zulässige Maßspanne: Klasse R0: keine Anforderung Klasse R1: 0.6 x d Festigkeit Biegebruchlast (N/mm): Bruchlast beim Dreipunktbiegeversuch, bezogen auf die Breite des Ziegels, 5 Klassen Dauerhaftigkeit Frost-Tau-Widerstand Dauerhaftigkeit Abriebverhalten Rutsch-/ Gleitwiderstand Säurebeständigkeit Abbildung 7.2 Klasse Mittelwert N/mm Einzelwert N/mm T0 Keine Anforderung T T T T Frost-Tau-Widerstand nach Euro-Frost-Verfahren, 2 Klassen FP0: Keine Anforderung FP100: 100 Frost-Tauwechsel Tiefenverschleißmessung, Capon-Verfahren, 3 Klassen Klasse Abriebvolumen mm 3 A A A3 450 Prüfverfahren: SRT-Pendelgerät Werte, gemessen am neuen Stein, 4 Klassen Klasse SRT-Mittelwert U0 Keine Anforderung U1 35 U2 45 U3 55 Falls gefordert, Nachweis nach Euro-Norm möglich, Kennzeichnung: Klasse C Eigenschaften und Anforderungen an Pflasterziegel nach DIN EN 1344 [74] 7.3 Anwendung Anwendungsbereiche von Pflaster- und Plattenbelägen sind heute: - Befestigungen von Fahrbahnen innerorts, Geh- und Radwege, Flächen des ruhenden Verkehrs - SB 7-6 -

163 - Flächen, die aus städtebaulichen / architektonischen Gründen hervorgehoben und besonders gestaltet werden sollen (mit den vielfältigen Möglichkeiten bei Pflasterungen) - Gewerbe- und Industrieflächen (auch wegen der hohen Belastbarkeit) - Flugbetriebsflächen (z.b. Vorfeldflächen) - des Weiteren - Flächen im Landschaftsbau oder im ländlichen Wegebau - Gleisbereiche - Straßen für militärische Schwerfahrzeuge - Tankstellen - Bahnsteige Prinzipiell unterscheidet sich der Aufbau nicht von denen anderer Fahrbahnkonstruktionen (Untergrund / Unterbau, Planum, Tragschichten und Decke); lediglich die Decke besteht aus dem Pflaster, das auf eine Bettung gelegt wird und dessen Fugen verfüllt werden (dazu ist die Ausführung der Unterlage von Bedeutung). Aufgrund der Anfälligkeit einer ungebundenen Pflasterdecke bei hohen Beanspruchungen (Pflastersteine bleiben dann nicht dauerhaft in ihrer ursprünglichen Lage, was auch zu Einbußen im Fahrkomfort führt) sehen die RStO [102] Bauweisen mit Pflasterdecken nur für Fahrbahnen ab der Belastungsklasse Bk3,2 vor. Dabei kommen sowohl ungebundene als auch gebundene Tragschichten in Betracht. Bauweisen mit Pflasterdecke können untereinander und im Vergleich zu den in dieselbe Belastungsklasse eingeordneten Bauweisen mit Asphaltdecke oder Betondecke hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit und Nutzungsdauer nicht gleichwertig sein. Die Pflasterbauweisen sind insbesondere unter Berücksichtigung der Anforderungen an den Straßenbau in der geschlossenen Ortslage festgelegt. Mit Pflaster können alle Verkehrsflächen befestigt werden, während Platten bei der Befestigung von Geh- und Radwegen sowie Plätzen Anwendung finden. Mit Kraftfahrzeugen befahrene Flächen sollen nicht mit Platten befestigt werden. Platten sind Erzeugnisse mit einem Verhältnis von Länge zu Dicke (L zu D) 4. Pflasterdecken und Plattenbeläge sind im Allgemeinen nach dem Versetzen sofort benutzbar und verbinden die Vorteile der starren Bauweise mit den Vorzügen einer flexiblen Befestigung. Reparaturstellen bleiben weitgehend unauffällig. Gebrauchte Pflastersteine, Klinker und Platten eignen sich zur Wiederverwendung, sofern sie nicht in Beton verlegt und/oder mit Mörtel bzw. Fugenvergussmassen vergossen waren. Pflaster erzeugt gegenüber einem Asphaltbelag allerdings eine Geräuschzunahme. - SB 7-7 -

164 Beläge in Fußgängerzonen müssen hohen Ansprüchen an Gestaltung und Begehbarkeit genügen. Durch die Anordnung der Materialien können Markierungen und in vielfacher Hinsicht gestalterische Ziele und ästhetische Wirkungen erreicht werden. Daneben sollen sie insbesondere eben, trittsicher und griffig sein. Außerdem müssen die Beläge den Verkehrslasten von Anliefer- und Versorgungsfahrzeugen standhalten. Aufgrund der Vielzahl der zur Verfügung stehenden verschiedenen Pflastervarianten (Naturstein, Klinker, Beton mit unterschiedlichen Formen und Maßen sowie unterschiedlichster Farbgebung) gibt es praktisch unbegrenzte Möglichkeiten der Gestaltung. Allzu häufig treten dabei die bautechnisch relevanten Gesichtspunkte hinter die architektonisch gestalterischen Aspekte zurück. Im Sinne der Dauerhaftigkeit der Beläge sind aber beide Bereiche wenigstens gleichgewichtig zu behandeln (form follows function). Optische Effekte und das Verhalten unter Verkehrslasten werden u.a. sehr von der Art des gewählten Verbandes beeinflusst. Grundformen der Verlegemöglichkeiten sind in Abbildung 7.3 wiedergegeben. Vergleichende Untersuchungen am Fischgrät-, Läufer- und Blockverband ergaben für den Fischgrätverband die geringsten durch den Verkehr verursachten Verformungen. Die größten Verformungen entstanden am Läuferverband, insbesondere dann, wenn die Längsfugen in Verkehrsrichtung lagen. Die Vorteile des Fischgrätverbandes zeigen sich noch deutlicher, wenn das Pflaster Dreh- und Schwenkbewegungen ausgesetzt ist. Die in dieser Hinsicht besten Effekte werden mit Verbundpflastersteinen erzielt, für die es in Betonausführung eine Vielzahl von Formaten gibt. Auch Verbundklinker sind erhältlich. Im Hinblick auf die Standfestigkeit einer Pflasterfläche ist die künftige Belastung von entscheidender Bedeutung: - Wenn Verkehrsbelastungen der Belastungsklasse Bk3,2 oder Bk1,8 nach RStO [102] zu erwarten sind, werden Pflastersteinformen und Verbände empfohlen, welche durch möglichst große Flächenwirkung eine Lastübertragung in vertikaler Richtung gewährleisten. - Bei Verkehrsflächen mit hohen Horizontalbeanspruchungen wie z.b. an Steigungsstrecken, Verzögerungs- oder Beschleunigungsstrecken sowie auf Flächen mit Rangierverkehr sind Pflastersteine mit Verbundwirkung an allen vier Seiten und/oder Verbände, welche einen hohen Widerstand gegen Verdrehung (Verkippung) in Fahrtrichtung gewährleisten (z.b. Fischgrätverband), zu bevorzugen. Schubkräfte können bei der Wahl eines ungeeigneten Verbandes oder ungeeigneter Steine zu Verschiebungen des Pflasters führen. Die Wahl der Pflasterung nach Art (Naturstein, Klinker, Beton), Größe (Länge-Breite- Verhältnis, Höhe) und Form des Pflasters (ohne oder mit horizontalem / vertikalem Verbund) - SB 7-8 -

165 sowie Verband (Läufer-, Fischgrät-, Block-, Parkettverband etc.) und Dicke des Oberbaus müssen sich demzufolge - in erster Linie nach der Art der Verkehrsfläche und ihrer Belastung (Verkehrsart, Verkehrsmenge, besondere Beanspruchungen) und - daneben nach optischen und verlegetechnischen und somit auch wirtschaftlichen Gesichtspunkten richten. Der Frage der konstruktiven Ausbildung und Belastbarkeit von verschiedenen Verbundsystemen und Verbänden ist in Deutschland noch nicht hinreichend nachgegangen worden. Forschung hierzu könnte aufgrund vermiedener Schäden viel Geld sparen. In jüngster Zeit wurden diesbezüglich einige Forschungsprojekte iniziiert. Abbildung 7.3 Beispiele für Verbände (Verlegemuster) mit Rechtecksteinen [15] 7.4 Baugrundsätze Die Dimensionierung des Oberbaues einschließlich der Ermittlung der Dicke des frostsicheren Aufbaues richtet sich nach den RStO [102]. Die für den Untergrund bzw. Unterbau geltenden Anforderungen und Prüfungen sind in den ZTV E-StB [81] enthalten. Die Tragschichten müssen entsprechend den Anforderungen bemessen, gleichmäßig tragfähig sowie profilgerecht und eben sein. Es gelten die Anforderungen der ZTV SoB-StB [78]. - SB 7-9 -

166 Abbildung 7.4 Aufbau einer Pflasterbefestigung und wesentliche zugehörige technische Regelwerke [15] Tragschichten sollen im Regelfall wasserdurchlässig sein, damit durch die Fugen eindringendes Wasser abgeleitet wird. Auch Fugenfüllungen mit Mörtel können das Eindringen von Wasser nicht verhindern. Asphalt-Tragschichten sind so herzustellen, dass ein Hohlraumgehalt an der oberen zulässigen Grenze gemäß ZTV Asphalt-StB [76] erreicht wird. Bei vorgegebenen wasserundurchlässigen Tragschichten muss die Ableitung des einsickernden Wassers durch ausreichendes Gefälle und/oder nötigenfalls durch eine Drainage sichergestellt sein. Neben dem Versickerungsanteil des Regenwassers läuft ein Teil des Regens als Oberflächenwasser ab. Es ist daher dafür Sorge zu tragen, dass das Pflaster ordnungsgemäß entwässert wird. Neben dem erforderlichen Gefälle sind Maßnahmen zur Wasserableitung vorzusehen, wie z.b. Rinnen, Wasserabläufe oder Drainagen. Die Art dieser Maßnahmen hängt von der Beschaffenheit der Tragschichten und des Untergrundes sowie von der Verlegeart ab. Das Erstellen eines Entwässerungsplanes ist deshalb häufig unerlässlich (siehe auch RAS- Ew [103]). Die Schrägneigung der Pflasteroberfläche sollte 2,5 % nicht unterschreiten. Die Randeinfassung muss vor der Pflasterdecke bzw. dem Plattenbelag hergestellt werden, damit das seitliche Ausweichen und Absinken der Steine am Pflasterrand verhindert wird. Dazu werden Rand- oder Bordsteine angeordnet, u.u. auch geeignete Schlusssteine verwendet. - SB

167 Werden Randsteine in Beton versetzt, ist dafür zu sorgen, dass es im Randbereich nicht zu Stauwasserbildung kommt. Falls erforderlich sind Entwässerungsdurchlässe vorzusehen. Die fachgerechte Ausbildung der Randbefestigung ist eine Voraussetzung für die Standfestigkeit des angrenzenden Pflasters. In den meisten Fällen sollten daher die Ränder in ein Betonfundament gesetzt werden. Das Pflaster ist stets mit Gefälle zum Rand zu verlegen (Abbildung 7.5). Pflaster und Plattenbeläge sind in der Regel durchlässig für Flüssigkeiten. Sollen Tankstellen gepflastert werden, sind daher die RAT ( Richtlinien für die Anlage von Tankstellen an Straßen ) [104] zu beachten. Für Wassergewinnungsgebiete wird auf die RiStWag ( Richtlinien für bautechnische Maßnahmen an Straßen in Wasserschutzgebieten ) [105] hingewiesen. a) Bündig mit der Pflasterfläche. Gefälle führt vom Pflasterrand weg. b) Um ca. 2 cm unterhalb der Pflasterfläche verlegt. Tiefbord. c) Um ca. 2 cm über die Pflasterfläche überstehend. Hochbord. d) Randausbildung mit Formklinkern als Hochbord. e) Wasserableitungen mit Hilfe von Drainageöffnungen in regelmäßigen Abständen durch eine dichte Tragschicht, z.b. hydraulisch gebundene Tragschicht, Beton oder Asphalt, in wasserdurchlässige Schichten, z.b. Schotter- Tragschicht. Verlegung des Pflasters in Sandbettung. f) Ausbildung einer Rinne mit normalen Pflasterklinkern. während die Pflasterflächen in Sandbettungen verlegt werden, sind die Klinker in der Rinne in Mörtel (1:3) zu verlegen. Abbildung 7.5 Beispiele für Randausbildungen (a bis d) und Einfassungen (e, f) bei Pflasterklinker aus [15] - SB

168 7.5 Herstellen der Decke Für die Herstellung von Pflasterdecken sind die folgenden Regelungen zu Bettung und Fugen beispielhaft aufgeführt, da sie von grundsätzlicher Bedeutung sind. Es dürfen nur Pflasterelemente (Steine, Klinker) verwendet werden, die den Anforderungen o.a. Produktnormen entsprechen. Das elastische Verhalten von Fugenmaterial, Bettung und Unterlage ist aufeinander abzustimmen, d.h. entweder starr/starr oder elastisch/elastisch. Bettung Als Bettungsmaterial eignen sich Brechsand-Splitt-Gemische, aber auch in Abhängigkeit von der Verkehrsbelastung Natursand-Kies-Gemische in den Kornabstufungen 0/4, 0/5, 0/8 bzw. 0/11 mm. In Abbildung 7.6 wird ein Sieblinienbereich für Bettungsmaterialien ohne Bindemittel empfohlen [121]. Bei wasserdurchlässigen Belägen ist ein Bettungsmaterial zu verwenden, das einerseits ausreichend wasserdurchlässig ist und andererseits nicht in die Tragschicht einrieseln kann (Filterstabilität). Gesteinskörnungen für die Bettung müssen folgende Eigenschaften besitzen: - homogene Zusammensetzung zur Vermeidung von Kornumlagerungen - gute Verdichtbarkeit zum Ausgleich der Dickentoleranzen der Pflasterklinker - in Abhängigkeit von der Verkehrsbelastung einen ausreichenden Widerstand gegen Schlagzertrümmerung Als Bettungsmaterial sind Materialien zu empfehlen, die nach dem Abrütteln der Decke eine hohe Lagestabilität aufweisen und die durch die Verkehrsbelastung nicht zerrieben werden. Gesteinskörnungen mit latent hydraulischen Eigenschaften sollten nur eingesetzt werden, wenn damit ausreichend positive Erfahrungen, insbesondere über einen längeren Zeitraum bei vergleichbarer Beanspruchung, vorliegen. Die Bettung muss die in die Flächenbefestigung eingebrachten Lasten mit ausreichendem Widerstand gegen Verformung in die Unterlage abführen. Die Dicke des Pflasterbettes beträgt im verdichteten Zustand im Allgemeinen 3 bis 5 cm, bei Großpflaster aus Naturstein 4 bis 6 cm bzw. 3 bis 4 cm bei Klein- und Mosaikpflaster. In besonderen Fällen, z.b. Bushaltestellen, Werkseinfahrten usw., kann die Zugabe von Zement, Kalk oder Trasskalk als Bindemittel zum Bettungsmaterial zweckmäßig sein. - SB

169 Abbildung 7.6 Empfohlener Sieblinienbereich für Bettungsmaterialien ohne Bindemittel nach M FP1 [121] Fugen Die Pflastersteine sind in einem gleichmäßigen Verband in Reihen mit ausreichender Fugenbreite entsprechend dem Rastermaß zu verlegen, d.h. 3 bis 5 mm bei Betonsteinpflaster, mindestens 3 mm bei Klinkerpflaster und maximal z.b. 15 mm in Kopfhöhe der Steine bei Großpflaster (Naturstein). Werden die Pflasterfugen mit Vergussmassen vergossen, sind Fugenbreiten von mindestens 8 mm einzuhalten. Die Verbundwirkung des Pflasters wird durch die Füllung der Fugen sichergestellt. Es ist eine Gesteinskörnung zu verwenden, die sich einerseits in die Fugen einbringen lässt, andererseits aber dem Aussaugen möglichst großen Widerstand entgegenbringt. Geeignet sind Gesteinskörnungen 0/4, 0/5, 0/8 und 0/11 mm. Die Korngrößenverteilung des Fugenmaterials ist auf die Korngrößenverteilung des Bettungsmaterials abzustimmen, so dass ausreichende Filterstabilität der Materialien untereinander gewährleistet ist. Die Auswahl des Fugenmaterials soll im Hinblick auf die zukünftige Beanspruchung anhand von Beanspruchungsklassen getroffen werden. Hierbei sind die beabsichtigte Nutzung (Waschplätze) und die Art der Flächenreinigung (z.b. Spülen) zu beachten. Außerdem ist zu berücksichtigen, ob es sich um freie, bewitterte oder überdachte Flächen handelt. Die Art des Fugenmaterials ist in der Leistungsbeschreibung anzugeben. Es kann ein besonderer Verlauf der Sieblinie vereinbart werden. In Abbildung 7.7 wird ein Sieblinienbereich für - SB

170 Fugenmaterialien ohne Bindemittel empfohlen. Abbildung 7.7 Empfohlener Sieblinienbereich für ungebundene Fugenmaterialien bei Pflasterdecken und Plattenbelägen mit Fugenbreiten von 3 bis 5 mm nach M FP1 [121] Für das abschließende Nachschlämmen sollte feineres Material als für das Verfüllen der Fugen verwendet werden, um einen möglichst guten Fugenverschluss im oberen Bereich der Pflasterdecke zu erreichen. Geeignet ist eine Körnung 0/2 mm. Die Zugabe von bindigen Anteilen zum Einschlämm-Material hat sich zur Erhöhung des Widerstandes gegen Aussaugen als zweckmäßig herausgestellt. Dieses Fugenmaterial darf jedoch nur für den Fugenverschluss im oberen Bereich der Pflasterdecke und nicht als alleinige Fugenfüllung eingesetzt werden. Dabei muss ein Aufweichen des Pflasterbettes vermieden werden. In einer Reihe von Fällen wurden die Steine mit hydraulisch gebundenem Mörtel oder mit Mörtel auf Kunststoffbasis verfugt. Bisherige Schadensbilder lassen eine positive Beurteilung des Langzeitverhaltens derzeit noch nicht zu. Vor dem Vergießen sind die Fugen mindestens 30 mm tief freizumachen. Im Gegensatz zum Verguss mit Mörtel bleibt bei der Verwendung bitumenhaltiger oder vergießbarer Vergussmassen (TL Fug-StB [95]) die Flexibilität der Pflasterdecke erhalten. Dehnungsfugen werden mit elastischen, plastischen oder elasto-plastischen Dichtungsmassen ausgeführt. Sie sind bei Pflasterdecken, die mit Mörtel vergossen werden, in Abständen von nicht mehr als 8 m anzuordnen. Die Herstellung von Plattenbelägen ist analog zu den vorherigen Angaben geregelt. - SB

171 7.6 Sonderbauweisen Gleis bereiche Bei Pflasterungen in Gleisbereichen sind das Merkblatt für die Ausführung von Verkehrsflächen in Gleisbereichen von Straßenbahnen [125] sowie die einschlägigen Vorschriften der Deutschen Bahn zu beachten. Beiderseits der Schienenköpfe ist eine Schienenvergussmasse zu verwenden, die den TL Fug-StB [95] entspricht. Verkehrsflächen mit großformatigen Elementen Nicht geregelt ist bisher die Planung und Ausführung von Verkehrsflächen mit großformatigen Pflastersteinen und Platten aus Beton. Es ist eine vergleichsweise junge Sonderbauweise, die etwa seit 1995 mit zunehmender Tendenz insbesondere aus gestalterischen Gründen ausgeführt wird. Wesentliche Anwendungsgebiete sind: - Befestigungen von Fahrbahnen und Flächen des ruhenden Verkehrs - Gestaltung von städtebaulich hervorgehobenen Flächen und Fußgängerzonen - Flächen für Gewerbe und Industrie Der wesentliche Unterschied zur Regelbauweise besteht darin, dass die hier behandelten Elemente erheblich größere Abmessungen aufweisen als übliche Pflastersteine und Platten. Dies bedingt in einigen Punkten eine von der Regelbauweise abweichende Planung und Ausführung. 7.7 Verständnisfragen Bei welchen Verkehrsflächen werden Pflastersteine angewendet? Wie ist der Aufbau der Pflasterbefestigung gemäß RStO? Welche Anforderungen muss die Pflasterbefestigung in Fußgängerzonen erfüllen? Nach welchen Kriterien wird die Form des Verbandes gewählt? Mit welchen Entwurfsgrundsätzen wird eine gute Entwässerung erreicht? Welche Anforderungen werden an die Gesteinskörnungen der Bettung gestellt? Wie wird die Verbundwirkung zwischen den Pflastersteinen hergestellt? - SB

172 8 Entwässerung von Fahrbahnbefestigungen (erläutert am Beispiel Straße) Auf der Straßenoberfläche verringert Wasser mit steigender Wasserfilmdicke die Griffigkeit und damit die Verkehrssicherheit. Darüber hinaus kann Wasser, das durch wasserdurchlässige Oberflächen und Risse in den Straßenkörper eindringt, den Untergrund aufweichen. Damit in den Straßenoberbau eingedrungenes Wasser im Winter keine Frostschäden verursacht, sollte im Straßenoberbau die Wasserdurchlässigkeit stets von oben nach unten zunehmen. Aufgabe der Entwässerung ist es, das Wasser sowohl von der Straßenoberfläche als auch vom Straßenkörper schnell und sicher abzuleiten. Zur Planung der Entwässerung müssen gleichzeitig mit den Bodenuntersuchungen die Grundwasserstände und die Vorflutverhältnisse festgestellt werden. Damit das Wasser zum Fahrbahnrand fließt, muss die Straßenoberfläche eben sein und eine ausreichende Querneigung aufweisen. Seitliche Entwässerungseinrichtungen neben der Fahrbahn müssen das Wasser aufnehmen, versickern lassen oder bis zu den Vorflutern weiterleiten können. Die Richtlinien für die Anlage von Straßen, Teil: Entwässerung (RAS-Ew) [103] stellen das für die Planung, Bemessung und den Entwurf maßgebende Regelwerk für die Entwässerung dar. Nachfolgende Ausführungen wurden maßgeblich hieraus entnommen. 8.1 Erhebungen zum Wasseraufkommen Bei der Planung von Entwässerungseinrichtungen sind die örtlichen Gegebenheiten des Baubereichs (die Baustelle und die Umgebung, die durch die Ausführung der Bauarbeiten beeinträchtigt werden können) zu berücksichtigen. Daher sind Erkundungen über Herkunft, Menge und Art des Wassers in seinen verschiedenen Erscheinungsformen unverzichtbar. Die Veröffentlichungen des Deutschen Wetterdienstes enthalten für die Länder der Bundesrepublik Deutschland Angaben über die maßgebenden Witterungsfaktoren wie Häufigkeit, Höhe, Dauer und Verlauf der Niederschläge sowie Tiefsttemperaturen, Frostdauer und Frosttiefen. Für die Planung der Entwässerungseinrichtungen sind möglichst Werte aus langjährigen Beobachtungen zu verwenden. Diese Angaben können der Veröffentlichung des Deutschen Wetterdienstes Starkniederschlagshöhen für Deutschland" entnommen werden. Zusätzliche Auskünfte, vornehmlich über örtliche Besonderheiten, geben die zuständigen Wetterdienststellen. Amtliche topografische Karten geben einen allgemeinen Überblick über Geländeform und Wasserscheiden. Es ist allerdings zu beachten, dass oberirdische Wasserscheiden von unterirdischen abweichen können. Im Planungsgebiet sind alle natürlichen und künstlichen Gewässer sowie die offenen oder geschlossenen Be- und Entwässerungseinrichtungen wie Gräben, Durchlässe, Abwasserkanäle, Rohr-, Sicker- oder Versickerleitungen durch Einsicht - SB 8-1 -

173 in Karten und Baupläne, Begehen und Befragen zu erkunden. Nach Möglichkeit sind ihre Lage und die Abmessungen zusammen mit Angaben der Tiefe, Wasserführung und Fließrichtung des Wassers im Entwässerungsplan einzutragen. Vorhandene und geplante Wassergewinnungsanlagen mit den zugehörigen Schutzzonen sind darzustellen. Auskünfte über die hydrografischen und hydrologischen Gegebenheiten sowie über die Gewässergüte können von der Wasserwirtschaftsverwaltung eingeholt werden. Als allgemeine Vorbeurteilung kann vielfach von den natürlichen Geländeformen auf die Eigenschaften der Böden und auf das enthaltene Wasser geschlossen werden. Zu Rutschungen neigende Böden sind häufig an der charakteristisch bucklig-welligen Oberfläche der Hänge und an dem sichelförmigen Wuchs der Bäume zu erkennen. Das Vorkommen von bestimmten Pflanzenarten ist ein Kriterium für die Beurteilung der hydrologischen Verhältnisse des Geländes, da sich die natürliche Vegetation über wasserreichen Schichten von dem Bewuchs der trockenen Umgebung unterscheidet. Feuchte Stellen oder Quellen am Hang zeigen an, dass Schichtwasser austritt. Nach längeren Trockenperioden sind diese Austrittsstellen manchmal schwer oder nicht zu erkennen. Künstliche Geländeeinschnitte wie Kies-, Sand- und Tongruben, Straßen- und Bahneinschnitte zeigen die vorhandenen Boden- und Gesteinsarten, ihre Schichtung und die Wasserführung oft deutlich an. Ob und welche Entwässerungseinrichtungen notwendig werden, hängt von den örtlichen Verhältnissen ab. Die Möglichkeit der Versickerung ist in jedem Fall zu prüfen; Versickerversuche können dabei sinnvoll sein. In einem Baugrundaufschluss zeigt der Grundwasserspiegel jeweils nur den augenblicklichen Wasserstand an, der sich bei durchlässigen Böden und Gesteinen im Bohrrohr nach kurzer Wartezeit, bei feinkörnigen Böden jedoch erst nach längerer Wartezeit ausspiegelt. Er schwankt meist jahreszeitlich und auch über größere Zeiträume. Für den Entwurf von Entwässerungseinrichtungen ist zu prüfen, ob der Grundwasserstand in den verschiedenen Grundwassermessstellen miteinander korrespondiert und die Fließrichtung einer etwaigen Grundwasserströmung mit der aus der Geländeform erkennbaren Vorflut übereinstimmt. Es muss der höchste und in einzelnen Fällen der niedrigste zu erwartende Grundwasserstand bekannt sein. Ganglinien können entweder durch Messungen an Grundwasserbeobachtungspegeln ermittelt oder aus Aufzeichnungen, z.b. der Wasserwirtschaftsverwaltungen und Geologischen Landesämter, entnommen werden. 8.2 Planungsgrundsätze Das auf der Straßenoberfläche anfallende Wasser darf die Benutzbarkeit und den Bestand - SB 8-2 -

174 der Straße nur möglichst wenig beeinträchtigen. Ein Wasseranfall auf der Straßenoberfläche, insbesondere auf der Fahrbahn, stellt immer, auch bei günstigen Abflussverhältnissen, eine Behinderung für die Verkehrsteilnehmer dar. Deshalb darf, um zusätzliche Behinderungen zu vermeiden, grundsätzlich kein außerhalb der Fahrbahn anfallendes Wasser auf die Fahrbahn gelangen; das aus Nebenflächen zufließende Wasser muss vor der Fahrbahn abgefangen werden. Nur in Ausnahmefällen kann das Oberflächenwasser von Nebenflächen, z.b. von Rad- und Gehwegen im städtischen Bereich, über die Fahrbahn geleitet werden. Beim Neubau einer Straße und deren späteren Betrieb darf das abzuleitende Oberflächenwasser zu keinen nachteiligen Beeinträchtigungen des Grund- und Oberflächenwassers führen. Daher ist die schadlose Aufnahme und Versickerung bzw. die Weiterleitung und Ableitung des Wassers bis zum Vorfluter festzulegen. Für den Neubau einer Straße müssen im Rahmen der Umweltverträglichkeitsprüfung (UVP) daher bereits beim Raumordnungsverfahren bzw. zur Linienbestimmung Aussagen über Art und Umfang der Auswirkungen auf das Schutzgut Wasser sowie Maßnahmen zu deren Vermeidung, Minderung bzw. Ausgleich im Grundsatz geklärt werden. Diese sind bei der weiteren Entwurfsbearbeitung, insbesondere im Rahmen des straßentechnischen Entwurfs bzw. der landschaftspflegerischen Begleitplanung, zu konkretisieren Linienführung und Gradiente im Straßenentwurf Bei der Festlegung der Linienführung einer Straße im Grundriss ist grundsätzlich die räumliche Trennung von Straße und Wasserschutzgebieten anzustreben. Sollte das nicht möglich sein, sind Schutzmaßnahmen gemäß den Richtlinien für bautechnische Maßnahmen an Straßen in Wassergewinnungsgebieten" (RiStWag) [105] vorzusehen. Die Gradiente ist so zu wählen, dass das Grundwasser nach Möglichkeit nicht angeschnitten oder die Überdeckung unnötig verringert wird. Das gilt auch außerhalb von Wasserschutzgebieten. Dieser Gesichtspunkt ist bei der Forderung nach einer Trassenabsenkung aus Gründen des Immissionsschutzes, der Landschaftsgestaltung und des Städtebaus in die Abwägung einzubeziehen. Des Weiteren ist die Gradiente so zu wählen, dass ein Querneigungswechsel in Abschnitten mit ausreichender Längsneigung liegt. In Straßenabschnitten mit geringer Längsneigung sollte der Querneigungswechsel so erfolgen, dass geforderte Schrägneigung an jeder Stelle der Fahrbahn eingehalten wird, um sowohl die Wasserweglänge als auch die Wasserfilmdicke zu minimieren. In kritischen Einzelfällen sind die Wasserfilmverhältnisse, z.b. mittels EDV-Programm, zu untersuchen. Die Schrägneigung p errechnet sich aus der Querneigung q und der Straßenneigung s wie folgt: - SB 8-3 -

175 2 2 p= q + s mit: p q s Schrägneigung Querneigung Längsneigung Folgende Mindest-Querneigungen sind vorzusehen: Asphalt- und Betondecken q 2,5 % Pflasterdecken (bruchraue Oberfläche) q 3,0 % Pflasterdecke (ebene Oberfläche) q 2,5 % Schotterdecken (Provisorien) q 4,0 % Beton- und Natursteinplatten q 2,5 % Die Höhenlage der Straße soll durch eine entsprechende Wahl der Linienführung so festgelegt werden, dass alles ober- und unterirdisch anfallende Wasser mit natürlichem Gefälle und auf kürzestem Wege abfließen kann. Dies gilt auch für die Entwässerung der Frostschutzschicht. Die Fahrbahnquerneigung in Kurven kann in Ausnahmefällen nach der Kurvenaußenseite gerichtet sein, damit ein Querneigungswechsel entfällt und bei zweibahnigen Straßen auf eine Entwässerung am Mittelstreifen verzichtet werden kann. Aus dem Straßenentwurf muss erkennbar sein, wie die Straße entwässert werden soll. Es sind daher die Ergebnisse wassertechnischer (hydrologischer und hydraulischer Untersuchungen) und die vorzusehenden Entwässerungsmaßnahmen unter Verwendung von Planzeichen darzustellen. Planzeichen und Darstellungsbeispiele sind den RAS-Ew [103] zu entnehmen Entwässerungsmaßnahmen Grundsätzlich ist eine flächenhafte Versickerung des Straßenoberflächenwassers über die Böschungen oder über die Rasenmulden anzustreben. Hierdurch wird das Wasser an Ort und Stelle während der Bodenpassage durch konzentrationsmindernde Rückhalte- und Abbauvorgänge gereinigt und steht der Grundwasserneubildung zur Verfügung. Kann dies aus geologischen, hydrologischen, ökologischen oder konstruktiven Gründen nicht erfolgen, sollte das anfallende Straßenoberflächenwasser gesammelt abgeführt und an geeigneter Stelle mittels Versickeranlagen zur Versickerung gebracht werden. Oberflächenwasser, das nicht - SB 8-4 -

176 versickert werden kann, muss in der Regel verzögert abgeleitet werden. Hierfür sind Maßnahmen für die Rückhaltung und/oder Reinigung bevorzugt an ökologisch unbedenklichen Standorten vorzusehen (Abbildung 8.1). Abbildung 8.1 Flussdiagramm zur Entwässerungsmaßnahme [103] - SB 8-5 -

177 Die RAS-Ew [103] enthalten keine Angaben über oberbauspezifische Entwässerungsmaßnahmen, ausgenommen zur Frostschutzschicht. Spezielle konstruktive Entwässerungsmaßnahmen, die durch eine bestimmte Oberbauweise bedingt sind, werden in den entsprechenden Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien", z.b. ZTV Beton-StB, [77] behandelt. Bei der Planung der Entwässerung sind Auskünfte über die vorgesehene Befestigung des Oberbaues und dessen interne Entwässerung einzuholen; gegebenenfalls ist Vorsorge für den Anschluss dieser Entwässerungseinrichtungen zu treffen. Die im Gelände vorhandenen Abflussverhältnisse sollen durch den Straßenkörper möglichst wenig gestört werden und die natürliche Vorflut soll erhalten bleiben. Ziel einer umweltgerechten Entwässerung von Straßen ist es, unter Berücksichtigung der Bodeneigenschaften, des Gewässerschutzes und der Qualität des anfallenden Wassers einen möglichst hohen Anteil der Straßenoberflächenwasser wieder dem natürlichen Wasserkreislauf über Grundwasser und Verdunstung zuzuführen. Ein wesentlicher Bestandteil des Umganges mit Regenwasser ist heute die Vermeidung des Sammelns von Oberflächenabflüssen (siehe oben). Einleitungen in oberirdische Gewässer werden dann aber erforderlich, wenn die Straßenabflüsse nicht oder nicht vollständig versickert werden können. Das Zusammenwirken von Straßenabflüssen und Abflüssen aus dem natürlichen Niederschlagsgebiet kann zu einer Mehrbelastung der Gewässer durch die Straßenabflüsse führen. Neben der Größe des Zuflusses spielt hinsichtlich der Auswirkungen des eingeleiteten Wassers auch dessen Qualität eine Rolle. Ein erkennbarer Einfluss der Straßenabflüsse auf die Wasserführung in natürlichen Gewässern besteht im Allgemeinen als Folge von Starkregen, die in der Regel nur im Sommer auftreten. Im Winter sind einerseits die Niederschlagsintensitäten geringer, andererseits ist die Abflussbereitschaft der natürlichen Flächen wesentlich größer als im Sommer, so dass sich das natürliche Einzugsgebiet und die Straße hinsichtlich ihres Abflussverhaltens im Winter wenig unterscheiden. Die Frage nach der Mehrbelastung stellt sich meist nur für die Sommermonate Entwässerungseinrichtungen Alle Entwässerungseinrichtungen sind so auszuwählen und auszubilden, dass sie in einfacher Weise gewartet und unterhalten werden können. Wegen der einfacheren Überwachung ist eine offene, oberirdische Entwässerungseinrichtung einer geschlossenen, unterirdischen Einrichtung vorzuziehen, wenn nicht bautechnische, landschaftsökologische oder andere Gründe entgegenstehen. Bei der Anordnung der Entwässerungseinrichtungen im Straßen- - SB 8-6 -

178 querschnitt ist darauf zu achten, dass sie gut zugänglich sind und durch Wartungs- und lnstandsetzungsarbeiten weder der Verkehr wesentlich beeinträchtigt wird, noch andere Einrichtungen der Straße beschädigt werden. Entwässerungseinrichtungen, wie Anlagen für die Versickerung, Rückhaltung und Reinigung, sowie Maßnahmen an Gewässern sind unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten möglichst naturnah auszubilden und vorzugsweise mit natürlichen bzw. lebenden Baustoffe zu gestalten, um eine landschaftsgerechte Eingliederung zu fördern. Außerhalb des Straßenkörpers kommt dieser Zielsetzung eine besonders hohe Bedeutung zu. Bei der Auswahl des Materials der Entwässerungseinrichtungen sind die chemischen Eigenschaften des weiterzuleitenden Wassers und des gegebenenfalls anstehenden Grundwassers (aggressives Wasser), z.b. Moorwasser, zu beachten. 8.3 Bemessungsgrundlagen Größe der Abflüsse von Straßen Für die Berechnungen der Straßenabflüsse ergeben sich aus dem Straßenentwurf die Größe der befestigten und unbefestigten Flächen, die Gradientenlage (Damm- und Einschnittstrecken), die Anordnung von Entwässerungseinrichtungen sowie die Fließwege und Fließzeiten. Eine wichtige Aufgabe der Straßenentwässerungsplanung ist die Abflussvermeidung; da die Versiegelung von Flächen durch Befestigungen beim Straßenbau unvermeidlich und in ihrer Ausdehnung in der Regel vorgegeben ist, kann hier eine Abflussvermeidung nur durch Ausnutzung aller Möglichkeiten der schadlosen Versickerung im Straßenraum erreicht werden. Dies führt zu einer Verringerung der abzuleitenden Abflüsse bis hin zur vollständigen Versickerung der Straßenabflüsse. Bei der Ermittlung der Größe der Straßenabflüsse sind daher die Versickermöglichkeiten auf Seitenstreifen, Böschungen, in Mulden und Becken sowie gegebenenfalls auf anderen Flächen zu berücksichtigen. Die Menge des abzuleitenden Niederschlagwassers (Regen, Schnee, Tau) hängt nicht nur von der Regenintensität und -dauer sowie der Größe der Einzugsgebiete, sondern auch von den Abflussbeiwerten (Bewuchs, Bebauung, Gefälle) ab. In hydraulischen Berechnungen von Rohrleitungen und offenen Gerinnen werden die Regenspenden r 15,1 nach Reinhold [12] zugrunde gelegt. Das ist die Regenmenge, die bei einer Regendauer von 15 Minuten jährlich nur einmal überschritten wird. Sie lässt sich aus einer Karte oder aus örtlichen Vorschriften entnehmen. Besonders gefährdete Bauwerke wie beispielsweise Rohrdurchlässe oder Trogstrecken erhalten durch Berücksichtigung seltener und stärkerer Regen eine größere Sicherheit gegen Überflutung. Die Bemessung der Oberflächenentwässerungsanlagen berücksichtigt das anteilige Ein- - SB 8-7 -

179 zugsgebiet, den für das Gebiet maßgebenden Berechnungsregen und die Art der Oberfläche mit den unterschiedlichen Versickerungsanteilen. Berechnungsformel für den Oberflächenabfluss: Q = r 15,1 ψ A E in m 3 /s mit r 15,1 Berechnungsregen = Regenspende, die mit einer Regendauer von 15 Min 1 mal pro Jahr erreicht oder überschreitet wird; in m 3 /(s ha) A E Fläche des Einzugsgebietes in ha Q Oberflächenabfluss ψ zugehöriger Abflussbeiwert In Abbildung 8.2 sind maßgebliche Abflussbeiwerte enthalten. Für erste Näherungsrechnungen und bei kleinen Flächen kann r 15 = 0,1 m 3 /s ha gesetzt werden. Bei größeren Flächen sind die örtlichen Aufzeichnungen der meteorologischen Stationen und auch die in den RAS- Ew [103] angegebenen Zeitbeiwerte zu berücksichtigen. Schichtwasser sowie Kluftwasser, das u.u. in Böschungen austritt, vergrößert die anfallende Wassermenge. Die Wassermenge und der Ort ihres Auftretens bestimmen die Abmessungen und die zweckmäßige Anordnung der Entwässerungsanlagen. 1 Fahrbahnen Entwässerung über gepflasterte Rinnen ψ = 0,9 Entwässerung über Bankett in Mulde ψ = 0,7 unbefestigte Flächen Entwässerung über Bankett und Böschung ψ = 0,5 Dammböschungen, Einschnittsböschungen ψ = 0,3 bis 0,5 Bankette, Mulden ψ = 0,3 Abbildung 8.2 Abflussbeiwerte (Spitzenabfluss) [103] horizontale Grünflächen, Ackerflächen ψ = 0,05 bis 0,1 Berechnungsbeispiele hierzu sind den RAS-Ew [103] zu entnehmen Bemessung von Entwässerungseinrichtungen Hinsichtlich der Bemessung der Entwässerungseinrichtungen für die Abflüsse von der Straße und aus dem natürlichen Niederschlagsgebiet sowie hinsichtlich weitergehender Erkenntnisse zu Niederschlagsereignissen wird auf die Vorlesungen Hydrologie, Hydraulik und Siedlungswasserwirtschaft verwiesen. - SB 8-8 -

180 Je nach geplanter Entwässerungseinrichtung sind zu bemessen: - Offene Gerinne (über Kontinuitätsbedingung und Manning-Strickler) - Rohrleitungen (nach Prandtl-Colebrook) - Abstand von Straßenabläufen bei gefasster Entwässerung innerorts oder in Wasserschutzgebieten - Kreuzungsbauwerke (z.b. Durchlässe, Düker) - Regenrückhaltebecken (mit Notüberlauf und Drosselbauwerk) - Pumpwerke (falls zwingend erforderlich) - Absetzanlagen und Abscheider für Leichtflüssigkeiten - Versickeranlagen (z.b. der erforderliche Stauraum bei gegebener Versickerleistung) - Sickerrohrleitungen 8.4 Oberflächenentwässerung Straßenoberflächen werden durch ihre Neigung entwässert. Aus Gründen der einfachen Kontrolle, Wartung und Unterhaltung sollte das Niederschlagswasser ungesammelt, breitflächig über begrünte Seitenstreifen und begrünte Böschungen abfließen und versickern. Das erfordert einen geringeren baulichen Aufwand und ihre Funktion ist sicherer. Wird eine Längsentwässerung erforderlich, ist das Wasser seitlich in Straßenmulden, -gräben oder -rinnen, die auch zwischen den verschiedenen Verkehrsflächen liegen können, zu sammeln und im Regelfall zu versickern (siehe Abschnitt 8.2.3). Der Straßenmulde ist aus Gründen der Verkehrssicherheit der Vorzug zu geben. Sie ist nach Möglichkeit als Rasenmulde auszubilden. Nur wenn die Straßenmulde den örtlichen Anforderungen nicht genügt, sind Straßengräben oder -rinnen anzuordnen. Das kann bei starkem Wasseranfall, beschränkten Platzverhältnissen und starkem Gefälle erforderlich sein. Eine Längsentwässerung für Straßenoberflächenwässer über Rinnen und Rohrleitungen sollte nur dann gewählt werden, wenn eine seitliche Ableitung des Oberflächenwassers über die Böschungen aus technischen Gründen (z.b. Einschnitt, Mittelstreifen, Lärmschutzwall) oder aus Gründen des Grundwasserschutzes (siehe RiStWag) nicht möglich ist. Damit das Wasser die Fahrbahnoberfläche möglichst frei verlassen kann, ist der unbefestigte Seitenstreifen am unteren Fahrbahnrand 3 cm tiefer zu legen und mit Quergefälle von 12 %, mindestens 6 % nach außen, auszubilden. Das Hochwachsen der Bankette" kann den Abfluss so erst nach längerer Zeit behindern. Wasser aus Nebenflächen oder aus Straßeneinmündungen ist vor der Fahrbahn abzufangen. Sinngemäßes gilt für Mittelstreifen und - SB 8-9 -

181 für Einschnittsböschungen. Das Wasser kann über Dammböschungen frei abfließen (außer bei Wasserschutzgebieten). In Einschnitten wird es bei Landstraßen i.d.r. in Mulden gesammelt und zusammengefasst zur Vorflut weitergeleitet. Im Stadtbereich sind Straßenrinnen die Sammlungsorgane, die das Wasser über Abläufe der Vorflut (dem Regen- oder Mischwasserkanal) zuführen. 8.5 Oberirdische Anlagen zur Wasserableitung Straßenmulde Die Straßenmulden sammeln das von den befestigten und unbefestigten Straßenflächen zufließende Oberflächenwasser. In den Mulden soll im Regelfall ein möglichst hoher Anteil des Wassers versickert werden. Daher ist in allen Fällen die Möglichkeit der Ausbildung als Versickermulde zu prüfen. Sofern das Wasser in Mulden nicht versickert, ist es bis zu einer ausreichenden Vorflut weiterzuleiten. Straßenmulden schließen im Regelfall unmittelbar am Böschungsfuß von Damm- bzw. Einschnittsböschungen an und bilden den Übergang an das Gelände bzw. den unbefestigten Seitenstreifen (Bankett). Bei Überführungsbauwerken an Straßen sollten die Mulden in den Bauwerksbereichen durchgeführt und die Widerlager entsprechend zurückgesetzt werden. Diese Ausführung hat gegenüber dem sonst erforderlichen Verziehen der Entwässerungsleitungen den Vorteil, dass unterhaltungstechnische Erschwernisse vermieden werden und die Gestaltung der Brücke an sich und im Zusammenhang mit der Landschaft verbessert werden kann. Die Straßenmulde hat in der Regel eine Breite b von 1,0 bis 2,5 m. Ihre Tiefe h muss mindestens 0,2 m, darf aber nicht mehr als b/5 betragen. Das Längsgefälle der Sohle einer Straßenmulde folgt im Allgemeinen bei gleich bleibender Muldentiefe der Neigung des Geländes bzw. der Längsneigung des Fahrbahnrandes. Reicht diese Längsneigung zur Weiterleitung des Wassers nicht aus, kann die hydraulische Leistungsfähigkeit der Mulde durch Vergrößerung des Sohlgefälles, des Querschnittes, durch Einbau einer glatten Sohlbefestigung oder durch eine in ihrer Achse verlaufende Sammelleitung, mit der die Mulde über Straßenablaufschächte verbunden ist, verbessert werden. Zur Sicherung des Abflusses bzw. zur Verhütung der Erosion ist die Straßenmulde in geeigneter Weise zu befestigen. Zur Minderung der Erosionsgefährdung in Mulden, besonders mit großem Sohlgefälle, können Gefällestufen erforderlich werden. Dabei sind gegebenenfalls Gesichtspunkte der Verkehrssicherheit abzuwägen. - SB

182 Als Richtwerte für das Längsgefälle gelten: I 1 % Rasen; glatte Befestigung nur in Ausnahmefällen, wenn aus hydraulischen Gründen erforderlich 1 % < I 4 % Rasen (Abbildung 8.3) 4 % < I 10 % Raue Sohlbefestigung, sofern größere Abflüsse abgeführt werden müssen (Abbildung 8.4) I > 10 % Raubettmulde; in der Raubettmulde wird die Energie des abfließenden Wassers durch die Art der Befestigung unschädlich gemacht (Abbildung 8.5). Abbildung 8.3 Regelform der Rasenmulde [103] Abbildung 8.4 Regelform der Mulde mit rauer Sohlbefestigung [103] - SB

183 Abbildung 8.5 Raubettmulde [103] Zur Ableitung von Wasser über große Höhenunterschiede bei geringen Entfernungen eignen sich bei offener Führung Böschungsrinnen oder Raubettmulden. Wenn eine Böschungsrinne oder Raubettmulde nicht ausreichend erscheint, sind Kaskaden zur Energieumwandlung zu verwenden. In den Kaskaden erfolgt die Energieumwandlung aufgrund starker Verwirbelung des abfließenden Wassers weitgehend schadlos, auch bei größeren Abflüssen Straßengraben Straßengräben haben dieselbe Aufgabe wie Straßenmulden. Sie weisen in der Regel aber eine größere hydraulische Leistungsfähigkeit auf. In den Gräben soll im Regelfall ein möglichst hoher Anteil des Wassers versickern. Daher ist in allen Fällen die Möglichkeit zur Ausbildung als Versickergräben zu prüfen. Die Sohlbreite und die Tiefe des Straßengrabens muss mindestens 0,5 m betragen. Aus hydraulischen Gründen können größere Abmessungen erforderlich werden. Böschungen sind im Allgemeinen mit einer Neigung 1 : 1,5, wegen der besseren Versickerung, Reinigungswirkung und Biotopfunktion aber möglichst flacher anzulegen. Grabenböschungen und -sohlen sind zu begrünen. Die oberen Grabenkanten sind abzurunden. Das Längsgefälle des Straßengrabens soll 0,3 % nicht unterschreiten. Sofern bei einem geringeren Gefälle aus hydraulischen Gründen ein verbesserter Abfluss notwendig wird, kann dies durch Einbau einer glatten Sohlbefestigung, z.b. Pflaster, erreicht werden. Das Erfordernis einer Sohl- und Böschungssicherung gegen Erosion ist in Abhängigkeit von der Bodenart, dem Gefälle und der abzuführenden Wassermenge zu untersuchen. Für die Profilsicherung (Sohle, unterer Böschungsbereich) können Natursteine, Kunststeine, Hartholzgeflechte oder Ähnliches verwendet werden. Bei erosionsempfindlichen Böden ist meist eine Unterbettung aus geeignetem Filtermaterial, z.b. Geotextilien, erforderlich. - SB

184 Abbildung 8.6 Regelform des Straßengrabens ohne Sohlbefestigung [103] Abfangegräben (oder -mulden) (Abbildung 8.7) werden an Hängen oberhalb von Straßenböschungen angelegt und sind dem Gelände anzupassen. Sie sollen Hangwasser aufnehmen und zum Vorfluter weiterleiten. Der Abfangegraben hat eine Sohlbreite von mindestens 0,3 m und eine Tiefe von 0,2 bis 0,5 m. Die örtlichen Gegebenheiten können ein größeres Grabenprofil erforderlich machen. Bei geringem Wasseranfall ist auch eine Abfangemulde möglich. Abbildung 8.7 Regelform des Abfangegrabens mit Dichtung [103] Rinnen Ist der Platz außerhalb der Kronenbreite beschränkt, darf kein Wasser versickern oder muss ein Bord zur Trennung der Verkehre (Stadtbereich) angeordnet werden, wird eine Rinne im Bereich des unbefestigten Seitenstreifens oder am Rand der Fahrbahn angelegt, wobei der Randstreifenbereich als Sohle benutzt werden kann. Der Rinnenbord wird durch einen Bordstein hergestellt. Die Sohle wird mit Naturstein oder Betonpflaster gepflastert, durch Beton- - SB

185 fertigteile - evtl. mit dem Bord verbunden - oder in Gussasphalt ausgebildet. Walzasphalt ist durchlässig, verwittert schnell und kann nur schlecht verdichtet werden (Abbildung 8.8). Rinnen brauchen ein Mindestgefälle von 0,5 %, damit ein Rückstau auf die Fahrbahn vermieden wird. Hat die Fahrbahn ein geringeres Gefälle, ist eine Pendelrinne anzulegen. Hierbei wechselt die Auftrittshöhe am Bord zwischen Ablauf (Maximum 18 cm) und Hochpunkt (Minimum 8 cm). Der Fahrstreifen läuft durch, im Bereich des Randstreifens wechselt die Querneigung zwischen 2 und 8 % (Spitzrinnen zwischen 5 und 15 %). Fußgängerquerverkehr begrenzt im Stadtbereich aus Sicherheitsgründen die maximale Auftrittshöhe und Querneigung. Der Abstand I in [m] zwischen Hoch- und Tiefpunkt berechnet sich nach folgender Formel: Rinnenbreite (qtiefpunkt qhochpunkt ) l = Differenzneigung zwischen Rinne und Fahrbahn Der Abstand der Abläufe kann vergrößert werden, wenn die Breite der Rinne auf Kosten der Fahrbahn bis 0,5 m verbreitert wird oder wenn man die Querneigung der gesamten Fahrbahn zusätzlich um max. 0,2 % um den Regelwert pendeln lässt. Dies erschwert jedoch die Herstellung der Fahrbahn beträchtlich. Wannentiefpunkte erhalten wegen der Verstopfungsgefahr des tiefsten Ablaufs und wegen des Bordrinnengefälles von s = 0 % zwei Abläufe im m-abstand oder drei im Abstand von wenigen Metern. Zur Entwässerung von Plätzen und großen Fahrbahnflächen (Startbahnen) können auch überfahrbare, versenkte Rinnen (Kasten-, Schlitzrinne) oder die flache Muldenrinne eingesetzt werden (Abbildung 8.8). Das Gefälle muss hier in der Rinne selbst vorgesehen werden, wenn die Oberfläche kein Längsgefälle besitzt. Die Unterhaltung dieser Rinnen ist schwierig. - SB

186 Bordrinne Pendelrinne Spitzrinne Muldenrinne Kastenrinne Schlitzrinne Abbildung 8.8 Rinnenarten [103] 8.6 Unterirdische Anlagen zur Wasserableitung Rohrleitungen Rohrleitungen dienen der unterirdischen Weiterleitung des Wassers. Der Durchmesser DN der Rohrleitung ergibt sich aus Bemessungsabfluss, Gefälle und Rauheit. Er soll aus Gründen der Reinigung mindestens 250 mm, bei Betonrohren mindestens 300 mm betragen. Rohrleitungen sind so zu bemessen, dass auch bei geringem Wasseranfall möglichst wenig Ablagerungen entstehen. Die Bemessung ist nach dem Abschnitt vorzunehmen. Als Anhalt für die Wahl des Sohlgefälles I dienen folgende, auf den Innendurchmesser d des Rohres bezogene Richtwerte: max. l = 1 : d (d in cm) min. l = 1 : d (d in mm). - SB

187 Bezogen auf den Bemessungsabfluss sollte die Fließgeschwindigkeit nicht unter 0,5 m/s absinken. Fließgeschwindigkeiten von 6 bis 8 m/s können bei entsprechender Wahl des Rohrmaterials zugelassen werden. Höhere Fließgeschwindigkeiten können durch Absturzoder Energieumwandlungsbauwerke, die auf die jeweiligen örtlichen Gegebenheiten abzustimmen sind, verhindert werden. Die Rohre sind im Grund- und Aufriss in der Regel zwischen Schächten geradlinig zu verlegen. Die erforderliche Tragfähigkeit der Rohre ist nach der Auflast aus Überdeckung und auftretenden Verkehrslasten zu bestimmen (ATV-DVWK-A 127) [15]. Bei der Auswahl und dem Einbau von Rohrleitungen sind die chemischen Eigenschaften des die Rohre berührenden Materials zu beachten. Zur Verwendung kommen im Allgemeinen Beton-, Kunststoff-, glasfaserverstärkte Kunststoff-, Steinzeug-, Faserzement- und duktile Gussrohre als Sammel-, Huckepack- oder Teilsickerrohrleitung. Abbildung 8.9 Huckepackleitung [103] Abbildung 8.10 Teilsickerrohrleitung [103] Schächte Schächte sind nach ihrer Funktion in Prüf-, Ablauf und Absturzschächte zu unterscheiden: - Prüfschächte Prüfschächte sind zur Prüfung, Wartung und Durchlüftung der Rohrleitungen anzulegen. Sie - SB

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