Wiederverwenden von Asphalt Der neue DAV Leitfaden

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1 Jens Christian Arnold STORIMPEX AsphalTec GmbH DAV Informationsveranstaltung 2014 Linstow

2 Inhalt Motivation zur Überarbeitung des Leitfadens Entwicklung der Wiederverwendung Technisches Regelwerk Stand der (Maschinen-)Technik Beispiele aus der Praxis Fazit/Ausblick Download oder Bestellung: Der neue DAV Leitfaden 1

3 Motivation zur Überarbeitung Basis: Aber: neues Kreislaufwirtschaftsgesetz Änderungen des Technischen Regelwerks (z. B. Fassungen 2013 der TL-/ZTV Asphalt-StB sowie des M WA) neue Entwicklungen (z. B. Verwendung von Rejuvenatoren, 100 %-Recycling etc.) 2

4 Entwicklung der Wiederverwendung Wiederverwertung Aufbereitung eines Stoffes oder Produktes zu einem neuen Stoff Zugabe von Asphaltgranulat bei der Produktion von Baustoffgemischen für hydraulisch gebundene Tragschichten Füllmaterial für Lärmschutzwände Schlaglochfüller für landwirtschaftliche Wege Zuwegung für Windmühlen Wiederverwendung Wiederholte Nutzung eines Stoffes/Produktes für den gleichen Verwendungszweck Einsatz von Asphaltgranulat bei der Produktion von Asphaltmischgut 3

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6 Entwicklung der Wiederverwendung Produktion von Asphalt und Gewinnung von Asphaltgranulat (1982 bis 2013) Asphaltgranulat Asphaltproduktion [Mio. Tonnen] Jahr Der neue DAV Leitfaden 5

7 Entwicklung der Wiederverwendung Wiederverwendung / sonstige Verwertung von Asphaltgranulat 3,0 11,5 sonstige Verwertung [Mio. t] Wiederverwendung in Asphaltmischgut [Mio. t] 6

8 Einige Zahlen Asphaltmischgutproduktion in 2013: 41,0 Mio. t Menge Asphaltgranulat in 2013: 14,5 Mio. t A. Deckschichten: 35 % 5,1 Mio. t A. Binderschichten: 25 % 3,6 Mio. t A. Tragschichten: 40 % 5,8 Mio. t Wiederverwendung in A. Mischgut: 11,5 Mio. t Wiederverwendungsrate ca. 80 % alles prima!? Ca. 70 % Wiederverwendung in A. Tragschichten Es geht noch besser!! Der neue DAV Leitfaden 7

9 Einige Zahlen Asphaltmischgutproduktion in 2013: Wiederverwendung in A. Mischgut: Bedarf an frischen Komponenten: Straßenneubau: Ca. 25 % der Fläche / ca. 50 % des Volumens Straßeninstandsetzung / Sanierung: Ca. 75 % der Fläche / 50 % des Volumens 50 % von 41 Mio. t: Fehlmenge : 41,0 Mio. t 11,5 Mio. t 29,5 Mio. t 20,0 Mio. t 8,5 Mio. t Der neue DAV Leitfaden 8

10 Technisches Regelwerk Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat + TL AG-StB 09 Ausgabe 2009 ergänzt durch Merkblatt für die Wiederverwendung von Asphalt, Ausgabe 2009/Fassung 2013 (M WA) STLK LB 113 (Standardleistungskatalog Leistungsbeschreibung) Der neue DAV Leitfaden 9

11 Technisches Regelwerk Überprüfung der stofflichen Eigenschaften gem. TL AG StB Max. Zugabemenge gem. TL Asphalt StB; Anhang D (Kriterium: Gleichmäßigkeit) Max. Zugabemenge gem. MW A (Kriterium: maschinentechnische Zugabemöglichkeit) Maßgebend: Der kleinere der beiden Werte! 10

12 Technisches Regelwerk TL Asphalt StB 07/13 Anhang D Gleichmäßigkeit zu bestimmen für: * Erweichungspunkt Ring und Kugel (T R&B ) [ C] Bindemittelgehalt [M. %] Kornanteil < 0,063 mm [M. %] Kornanteil 0,063 2 mm [M. %] Kornanteil > 2mm [M. %] *je angefangene 500 t einer Halde, mindestens jedoch fünf Proben. 11

13 Technisches Regelwerk TL Asphalt StB 07/13 Anhang D Z i = (0,5 x T zul,i / a i ) x 100 für AC T und AC TDS (für alle Merkmale) für AC B und AC D (für Bindemittelgehalt) Z i = (0,33 x Z zul,i / a i ) x 100 Für AC B und AC D (alle Merkmale außer Bindemittelgehalt) Z i = mögliche Asphaltgranulat Zugabemenge [M. %] a i = Spannweite des Merkmals T zul,i = Gesamttoleranz des Merkmals (siehe Tabelle D1) 12

14 Technisches Regelwerk TL Asphalt StB 07/13 (Tabelle D1) max. Zugabemenge ist kleinster berechneter Wert Abgleich mit maschinentechnischen Voraussetzungen 13

15 Technisches Regelwerk Nicht in TL Asphalt StB 07/13 in M WA enthalten zur überschläglichen Ermittlung 14

16 Technisches Regelwerk MW A Maschinentechnische Voraussetzungen bei Erwärmung durch die heißen Gesteinskörnungen, bei chargenweiser Zugabe (Direktzugabe in den Mischer): 30 M. % bei Erwärmung durch die heißen Gesteinskörnungen, bei kontinuierlicher Zugabe (Elevatorzugabe): 40 M. % bei Erwärmung gemeinsam mit den Gesteinskörnungen (Wurfband oder Mittenzugabe): 40 M. % bei Erwärmung in gesonderter Vorrichtung (Paralleltrommel): 100 M. % Höhere Zugaberaten sind bei entsprechenden positiven Erfahrungen möglich. Der neue DAV Leitfaden 15

17 Technisches Regelwerk TL Asphalt StB 07/ Verwendung von Asphaltgranulat... Bei Verwendung von Asphaltgranulat ist für die Berechnung des rechnerischen Erweichungspunktes folgende Gleichung anzuwenden: T R&Bmix = a T R&B1 + b T R&B2 T R&Bmix T R&B1 T R&B2 a und b resultierender EP RuK EP RuK AG mittl. EP RuK der Sortenspanne (Straßenbaubitumen) bzw. ermittelter EP RuK (PmB) Massenanteile Bindemittel aus dem AG (a) und frisch (b) (a + b = 1) 16

18 Technisches Regelwerk TL Asphalt StB 07/13 T R&Bmix muss innerhalb der Sortenspanne des geforderten Bitumens liegen Bitumen der selben Spezifikation wie das geforderte Bitumen Bitumen, das eine Sorte weicher als das geforderte Bitumen ist Ergänzung dieser Regelung für AC T durch ZTV Asphalt-StB 07/13 Weichstes Straßenbaubitumen ist 70/100, Ausnahme AC TD Mischgut 17

19 Technisches Regelwerk ZTV Asphalt StB 07/ Herstellen von Asphalttragschichten Baustoffgemische Bei Verwendung von Asphaltgranulat und gefordertem Straßenbaubitumen 70/100 oder 50/70 kann der Auftragnehmer entgegen der ausgeschriebenen Bindemittelsorte auch einen resultierenden Erweichungspunkt T R&Bmix im Eignungsnachweis angeben, der der nächsten härteren Sorte entspricht. Diese Sorte gilt dann für das Baustoffgemisch als geforderte Bindemittelsorte. immer nur eine Sortenspanne Differenz zwischen frischem und resultierendem Bindemittel auch bei AC T! 18

20 Technisches Regelwerk ZTV Asphalt StB 07/13 Tabelle 16: Grenzwerte für den EP R&K des aus dem Asphaltmischgut rückgewonnenen Bindemittels von Straßenbaubitumen und Polymermodifizierten Bitumen Es gelten identische Anforderungen an Asphaltmischgut ohne und mit Asphaltgranulat! 19

21 Stand der Technik Beispiele für den technischen Fortschritt der letzten Jahre: Selektives Gewinnen und getrennte Lagerung von Ausbauasphalt Granulieren anstatt Brechen Absieben von Asphaltgranulat Selektive Zugabe von Asphaltgranulat über mehrere Doseure Trockene Lagerung von Asphaltgranulat Vermehrter Einsatz von Paralleltrommeln 20

22 Stand der Technik Schichtenweises Fräsen Untersuchungen an Bohrkernen im Vorfeld 21

23 Stand der Technik Saubere Aufbereitung 22

24 Stand der Technik Separate Lagerung 23

25 Stand der Technik Überdachte Lagerung 24

26 Stand der Technik zur Minimierung des Feuchtigkeitsgehaltes 25

27 Stand der Technik Zugabe von selektiertem Asphaltgranulat über 3 Doseure 26

28 Stand der Technik Zugabe von selektiertem Asphaltgranulat über 4 separate Doseure 27

29 Stand der Technik Asphaltmischanlage mit Paralleltrommel 28

30 Stand der Technik Paralleltrommel von innen Paralleltrommel + Heißsilierung 29

31 Stand der Technik (Alternativer Ansatz) Nutzung viskositätsmindernder Additive Reduzierung der Asphaltmischguttemperatur um 20 K Erhöhung der RC Zugabemenge 30

32 Notwendigkeit der Wiederverwendung 31

33 Notwendigkeit der Wiederverwendung Asphaltdeckschicht (SMA 8 S) Stoffliche Zusammensetzung Kosten Zusammensetzung Bitumen Füller ~ 6,5 % ~ 11,3 % Sand Fasern ~ 13,6 % ~ 0,4 % Bitumen ~ 65,0 % Splitt ~ 68,2 % Füller Sand Fasern ~ 5,5 % ~ 3,7 % ~ 3,3 % Splitt ~ 22,5 % Massen % % 32

34 Neue Entwicklungen Paralleltrommel mit Heißgaserzeugung (Gegenstromprinzip) 33

35 Neue Entwicklungen Paralleltrommel mit Heißgaserzeugung (Gegenstromprinzip) 34

36 Neue Entwicklungen Einsatz von Rejuvenatoren Rejuvenator = Mittel zur Bitumenverjüngung Auch bekannt als: Grüner Asphalt Maximalrecycling Vollrecycling... 35

37 Neue Entwicklungen Einsatz von Rejuvenatoren Welche Produkte werden heute schon am Markt angeboten? Produkte auf Mineralölbasis Produkte auf Pflanzenölbasis Produkte auf Harzbasis Produkte auf? Basis Produkte auf Bitumenbasis Diese Produkte sind derzeit noch keine bewährten Zusätze im Sinne der TL Asphalt-StB, Abschnitt 2.3! 36

38 Neue Entwicklungen Einsatz von Rejuvenatoren Die Alterung des Bitumens (EP RuK) stellt ein Kriterium zur Verwendung oder Begrenzung der Zugabe von Asphaltgranulat dar! Qualität durch Rejuvenatoren gezielt beeinflussbar? Verwendung weicherer Zugabebindemittel (z.b. 160/220) ermöglicht ebenfalls Erhöhung der Zugaberate bei Granulaten mit erhöhtem EP RuK ABER: Weiche Bindemittel sind deutlich weniger effizient als Rejuvenatoren 37

39 Tragschicht AC 22 TS + 60 % RC, Bindemittelgehalt: 4,4 M. %, EP RuK: 69 C 1,2 M. % 2,6 M. % 3,8 M. % M. % 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Frischbindemittel Bindemittel vom Ausbauasphalt Gesamtbindemittel 31,6 % 68,4 % 38

40 Tragschicht AC 22 TS + 60 % RC, Bindemittelgehalt: 4,4 M. %, EP RuK: 69 C 31,6 % 68,4 % Grenzwert EP RuK gem. ZTV Asphalt StB < 62 C Herstellung mit 50/70 Herstellung mit 70/100 Herstellung mit 160/220 16,4 C 15,2 C 12,3 C 47,2 C 47,2 C 47,2 C rechnerischer Gesamt RuK 63,6 C rechnerischer Gesamt RuK 62,4 C rechnerischer Gesamt RuK 59,5 C 39

41 Berechnungsbeispiel Bindemittelgehalt Ausbauasphalt: 5,0 M. % EP Ring und Kugel: 65 C Zielwert EP Ring und Kugel: 50 C Differenz: 15 C Ziel Bindemittelgehalt: 6,0 M. % Ausbauasphalt (RC) 50 % = 500 kg RC/t; 25,0 kg Bindemittel 25 x 0,15 = 3,75 kg Rejuvenator Frisch BM Zugabe 31,25 kg 75 % = 750 kg RC/t; 37,5 kg Bindemittel 37,5 x 0,15 = 5,60 kg Rejuvenator 16,9 kg 90 % = 900 kg RC/t; 45,0 kg Bindemittel 45,0 x 0,15 = 6,75 kg Rejuvenator 8,25 kg 40

42 Notwendigkeit der Wiederverwendung CO 2 Emissionen A B 15 B 30 B 40 C 90 RC in % Scenario B 15 und B 30 : Scenario B 40 und C 90 : RC Kaltzugabe RC Heißzugabe mittels Paralleltrommel 41

43 Notwendigkeit der Wiederverwendung CO 2 Emissionen A B15 B30 B40 C90 Kaltzugabe Paralleltrommel kg CO 2 Emissionen pro Tonne Asphaltmischgut Rohmaterialien 34,2 30,2 25,9 25,2 11,8 Produktionsprozess 19,0 24,8 27,5 20,8 23,4 Gutschrift 5,4 3,8 2,5 1,2 0,0 Summe kg CO 2 47,8 51,3 50,9 44,8 35,3 42

44 Notwendigkeit der Wiederverwendung CO 2 Emissionen CO 2 Emissionen in kg/t Mischgut in Abhängigkeit von der Wiederverwendungsmethode 60 Reduzierung CO 2 Emissionen > 30 % CO 2 Emission [kg/t] ,8 51,3 50,9 44,8 35,3 0 A B15 B30 B40 C90 43

45 BM Norderquerweg Hamburg AC 8 DN + 80 % Ausbauasphalt Mischgutzusammensetzung Gestein Herkunft Dichte [g/cm 3 ] Gestein[m %] 0/2 Rhyolith Flechtingen /NNG 2, RC 11 RA 0/8 RBS 2, Rohdichte 2, Bitumen EP RuK [ C] Bitumen aus RC 66,9 4,5 70/100 43,0 1,1 Rejuvenator H&W / STORIMPEX 0,6 Resultierender Bindemittelgehalt 6,2 Hohe Effizienz; lediglich 6,0 kg/t Mischgut Der neue DAV Leitfaden 44

46 BM Norderquerweg Hamburg Einaxialer Druckschwellversuch Prüfbedingungen: Lastwechsel bei +20 C Einheit PK 1 PK 2 PK 3 Mittelwert Art der Asphaltmischgutherstellung Art der Probekörperherstellung Alter der Probekörper Asphaltmischanlage Marshall Verdichtungsgerät 2 Tage Höhe mm 60,0 60,2 60,3 60,2 Durchmesser mm 101,6 101,6 101,6 101,6 Raumdichte g/cm 3 2,398 2,397 2,399 2,398 Dehnung nach LW mm 2,37 2,64 2,65 2,55 Dehnung nach LW 39,56 43,80 44,02 42,56 Dehnungsrate am Versuchsende * ,649 1,608 1,466 1,574 Grenzwert für höchste Verkehrsbeanspruchungen Kat. 1; 70 Mio. äquivalente Achsübergänge nach 20 Jahren = < 5 * 10 4 Der neue DAV Leitfaden 45

47 BM Norderquerweg Hamburg Tieftemperaturverhalten des Bindemittels Bending Beam Rheometer (BBR) Bitumen aus AC 8 DN Steifigkeit [MPa] m Wert [ ] at 16 C at 25 C at 16 C at 25 C Temperatur bei 300 MPa [ C] 131,0 358,1 0,311 0, Sehr gutes Tieftemperaurverhalten des rejuvenierten Bindemittels Der neue DAV Leitfaden 46

48 BM Norderquerweg Hamburg Tieftemperaturverhalten des Asphaltmischgutes Abkühlversuch nach Arand/Renken (TSRST) Starttemperatur: + 20 C Abkühlrate: 10 K/h Einheit PK 1 PK 2 PK 3 Mittelwert Raumdichte g/cm 3 2,414 2,413 2,411 2,413 Bruchspannung MPa 4,958 5,089 5,358 5,135 Bruchtemperatur C 26,7 28,4 26,8 27,3 Sehr gutes Tieftemperaturverhalten des Asphaltmischgutes unter Verwendung eines Rejuvenators Der neue DAV Leitfaden 47

49 Fazit/Ausblick Wiederverwendbarkeit ist wichtiges Alleinstellungsmerkmal des Baustoffes Asphalt unter den gebundenen Bauweisen für hochwertige und/oder hoch beanspruchte Verkehrsflächen Wiederverwendung sichert Wettbewerbsfähigkeit Wiederverwendung sichert Unabhängigkeit Wiederverwendung ist Nachhaltigkeit Weiterentwicklung der Wiederverwendung ist geboten und findet statt Wiederverwendung muss durch Entscheidungsträger gefördert UND gefordert werden 48

50 Der neue DAV Leitfaden 49

51 Der Umwelt zu Liebe RESOURCEN SCHONUNG VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT Der neue DAV Leitfaden Jens Christian Arnold -Geschäftsführer- STORIMPEX AsphalTec GmbH Poststraße Glinde Tel.: j.arnold@storimpex.de CO ² REDUZIERUNG 50