Direktion Rheinland-Pfalz / Hessen Wirtschaftliche und innovative Bauweisen

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1 Direktion Rheinland-Pfalz / Hessen Wirtschaftliche und innovative Bauweisen SPACE 20 1

2 PAST - Prozesssicherer Automatisierter Straßenbau Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft Projektführer: KIRCHNER Beteiligte: 5 Wirtschaftsunternehmen 2 Hochschulen Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) Projektlaufzeit: Gesamtvolumen: 4 Mio. Anteil Kirchner: 1,6 Mio. (Förderungssumme 400 T ) 2

3 PAST Prozesssicherer Automatisierter Straßenbau Probleme Temperaturverluste, Entmischungen und Qualitätsprobleme innerhalb der Prozesskette (systembedingt und wiederkehrend)) Beladung Transport Einbaufertiger Kübel und Querverteilung Schichtdicke Tagesansätze und Verdichtung Faktor Mensch Ansatz Qualitätsverbesserung im Asphaltstraßenbau (griffig-hell-geräuscharm-dauerhaft) Ziel Asphalteinbau automatisieren und prozesssicher gestalten Qualität der Belege wesentlich erhöhen Gebrauchsdauer der Straßen erheblich verlängern und Herstellungs- sowie Sanierungskosten senken Sicherheit für den Verkehrsteilnehmer erhöhen 3

4 Aufnahme Transport Übergabe Transport im Fertiger Verteilung vor der Bohle Einbau Walzen 1 Mischgutabgabe 2 Lademodul 3 Mess- u. Informationssystem Baustofflogistik 4 Mess- u. Informationssystem Mischguttemperatur 5 Kommunikation Mischgutaufnahme 10 Verdichtungsarbeit Übersicht der 15 Demonstratoren innerhalb der Prozesskette 6 Andockeinrichtung 7 Mischgutförderer/-verteiler Prozessregeleinrichtung 11/12 Belagsdicken-Messung Einstellung u. - Regelung 13 Anfahrautomatik 8 Thermobunker 14 Ablegeautomat 9 Thermo-Förderer-Verteiler 15 Kommunikation Fertiger-Walze 4

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9 Lage der Maßnahme 9

10 Kenndaten der Untersuchungsstrecke B 16 Länge: Meter Verkehrsbelastung: > Kfz pro Tag Schwerlastverkehr: > 15 % Bauklasse: II Fläche: m2 Tonnage: Tonnen Asphalt 10

11 Straßenaufbau Bauklasse II Bauklasse I Bauklasse II 11

12 Einsatz Forschungskomponenten Thermomulde Weganzeige Schichtdickenmessung via Ultraschall 12

13 Datentransponder Messung der Kerntemperatur Datenablage im Straßenkörper Lebensdauer > 15 Jahre Weiterentwicklung 13

14 Temperaturmessung Temperaturscanner Messsensor Manuelle Temperaturmessung Wärmebildkamera 14

15 Modifizierung für die Untersuchungsstrecke B 16 Auflastung der Einbaubohle der Asphalttragschicht mit zwei Tonnen Verlängerte Holme 15

16 Modifizierung für die Untersuchungsstrecke B 16 Entmischungsreduzierung durch Anbau am Straßenfertiger 16

17 Modifizierung für die Untersuchungsstrecke B 16 Kantenschuh mit Vibration zur Verdichtung des Randbereichs während des Einbaus 17

18 Untersuchungsstrecke B 16 Folgende Untersuchung zeigt den Temperaturverlust des Mischgutes während des Transportes einer Thermomulde gegenüber einer konventionellen bei gleichen Einflussparametern. Die Umwelteinflüsse wurden durch eine Wetterstation der TU Darmstadt aufgezeichnet. Die Messungen wurden am zwischen 15:15 Uhr und 19:15 Uhr durchgeführt. 18

19 Untersuchungsstrecke B 16 - Temperaturverlauf 7,4 7,2 7 6,8 6,6 6,4 6,2 Grad Celsius 6 5,8 5,6 5,4 15:15 15:30 15:45 16:00 16:15 16:30 16:45 17:00 17:15 17:30 17:45 18:00 18:15 18:30 18:45 19:00 19:15 Temperaturverlauf während der Untersuchung Die Außentemperatur war während der Untersuchung günstig um ein aussagekräftiges Ergebnis bewerten zu können. 19

20 Untersuchungsstrecke B 16 Man befindet sich nahe dem Grenzbereich der Einbaumöglichkeiten im Asphaltstraßenbau. Zur Erhöhung der Einbauqualität gerade auch in witterungsungünstigen Jahreszeiten, muss genau diese eingetroffene Situation untersucht werden. Die Außentemperatur befand sich während der Untersuchung zwischen 6,1 und 7,3 C. Der Einfluss der Außentemperatur war während der Fahrten sehr konstant. Daten Thermomulde: Umlaufzeit: 132 Minuten Anfangstemperatur: 169 C Endtemperatur: 152 C Temperaturverlust: 17 C Prozentual: 10% Temperaturverlust Daten Standardmulde: Umlaufzeit: 75 Minuten Anfangstemperatur: 172 C Endtemperatur: 139 C Temperaturverlust: 33 C Prozentual: 19% Temperaturverlust 20

21 Untersuchungsstrecke B 16 am Kompaktasphaltdeckschichtmodul 21

22 Untersuchungsstrecke B 16 Auswurftemperaturen am von 15:30 Uhr bis 23:59 Uhr Temperatur [ C] Aufzeichnung pro Minute Temperaturen Deckschicht Temperaruren hochstandfeste Tragschicht 22

23 Untersuchungsstrecke B 16 Dual Sonic Sensoren, montiert am vorderen Zugarm zur Berechnung der Binder-Schichtdicke 23

24 Untersuchungsstrecke B 16 Anzeige der Binder-Schichtdicke in der MOBAmatic II (zusammen mit der Auswurftemperatur) 24

25 Untersuchungsstrecke B 16 Verlegeplan Reflektoren zur Schichtdickenmessung alle 50 m 25

26 3,000 Untersuchungsstrecke B 16 Asphalttragschicht 24,0 22,0 20,0 18,0 16,0 14,0 12,0 Schichtdicke [cm] 10,0 8,0 0,050 0,200 0,350 0,500 0,700 1,000 1,200 1,350 1,500 1,650 1,800 1,950 2,100 2,250 2,400 2,550 2,700 2,850 Stationierung Schichtdicken der Asphalttragschicht durch Messung mit MIT-SCAN 2 26 links mitte rechts

27 3,000 Untersuchungsstrecke B 16 Asphaltdeckschicht 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 Schichtdicke [cm] 1,0 0,5 0,0 0,050 0,200 0,350 0,500 0,700 1,000 1,200 1,350 1,500 1,650 1,800 1,950 2,100 2,250 2,400 2,550 2,700 2,850 Stationierung Schichtdicken der Asphaltdeckschicht durch Messung mit MIT-SCAN 2 27 links mitte rechts

28 Untersuchungsstrecke B 16 28

29 Untersuchungsstrecke B 16 Verschiedene Teilchen/Gesteinskörner haben einen unterschiedlichen Böschungswinkel. Die Fraktion mit dem kleineren Böschungswinkel (große Gesteinskörnungen) wird sich stets weiter unten an einer Böschung ansammeln und die mit großem Böschungswinkel (feine Gesteinskörnungen) weiter oben. 29

30 Untersuchungsstrecke B 16 Zur Untersuchung von Entmischungen Korngrößenverteilung Bindemittel Probenahmen / Untersuchungen über den Verlauf der Transportkette je 2 LKW s Standort Sattelmulde (normal) Thermomulde (mod.) 30

31 Untersuchungsstrecke B 16 Übersicht Untersuchungen zur Korngrößenverteilung 31

32 Untersuchungsstrecke B 16 32

33 Untersuchungsstrecke B 16 33

34 Untersuchungsstrecke B 16 34

35 Untersuchungsstrecke B 16 35

36 Untersuchungsstrecke B 16 36

37 Untersuchungsstrecke B 16 37

38 Untersuchungsstrecke B 16 38

39 Untersuchungsstrecke B 16 39

40 Untersuchungsstrecke B 16 Datentransponder vor dem Überbauen und anschließender Auslesung 40

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42 Untersuchungsstrecke A 111 Übersicht Einbaufelder 42

43 Untersuchungsstrecke A 111 Übersicht Einbaufelder 43

44 Innovation: Fertigerintegrierter Splittstreuer 44

45 Vorentwicklung am Prüfstand z.b Streumenge: 500 gr,/m² 45

46 Dauerhafte Griffigkeit Asphalteinbau und Abstreuung zeitgleich in einem Arbeitsgang Optimaler Verbund von Abstreusplitt und Asphalt Definierte Streumengen Keine Materialverluste Gleichmäßiges Streubild über gesamte Fahrbahn Hohe Wirtschaftlichkeit Dauerhaft hohe Griffigkeit von Anfang an Qualitätsverbesserung durch Verwendung hochwertiger Splitte Dauerhaft Hell Leise!! 46

47 Untersuchungsstrecke A

48 Untersuchungsstrecke A 111 Griffigkeitswerte Referenzfeld (konv. Bauweise) konventionelle Abstreuung (kontrolliert) 48

49 Untersuchungsstrecke A 111 Griffigkeitswerte 49

50 Untersuchungsstrecke A 111 Griffigkeitswerte Fertigerintegrierter Splittstreuer Luxovit unbehandelt, gewaschen 50

51 Untersuchungsstrecke A 111 Griffigkeitswerte 51

52 Untersuchungsstrecke A 111 Kontrollprüfungen Konventionelle Abstreuung SKM Messung im Einbaufeld 1 und 2 52

53 Untersuchungsstrecke A 111 Kontrollprüfungen SKM Messung im Einbaufeld 4 1. FS 53

54 Technologie der Mischgutherstellung Siebmaschine Heißsilierung Wiegeetage Mischer Mischgutverladesilobeschickung Mischgut-LKW-Verladung 54

55 Entmischungsreduzierte Verladung konventionelle Verladung Bildung von Schüttkegeln = Entmischung Offene Mulde = Temperaturverluste des Mischguts Beschickung mittels Schwenkeinrichtung Vermeidung von Schüttkegeln 55

56 Thermoisolierte Mulde Temperaturanzeige auf dem Display Messsensoren Zuschneiden der Steinwollmatten und Auflegen auf die ursprüngliche Muldenwand Abdecken der Isolationsschicht mit Edelstahlblechen 56 Temperaturanzeige auf dem Display in der Fahrerkabine Minderung der Temperaturverluste durch doppelwandige isolierte Mulde

57 Automatische Abdeckung Durch die automatische Abdeckung wird eine Wärmeabgabe an die Umwelt nach oben verhindert. Der Fahrer des LKW kann schnell und bequem, auch bei kurzen Fahrten, die Abdeckung öffnen und schließen. 57

58 Vergleich isolierte Mulde konventionelle Mulde NACHTRÄGLICHE UMRÜSTUNG konventionelle Mulde isolierte Mulde Der Wärmeverlust durch die Muldenwand konnte durch die Isolierung erheblich verringert werden. 58

59 Andocksystem Elektro Hydraulischeschubrolle Passives Andocksystem Verhinderung von Unebenheiten beim Andocken LKW an Straßenfertiger 59

60 Entmischung von Asphalt Durch ungleichmäßige Verteilung entstehen Hohlräume 60 Qualitätsverluste

61 Mischguttransport im Fertiger Verbesserung der Speicher- und Transporteigenschaften des Kübels Optimierung Geometrie Optimierung Mischguttransportes (Zusammenschiebbare Flügel) Minderung Temperaturverluste 61

62 Entmischungsreduzierte Bunkerkinematik alt neu Kombination aus Schieben + Kippen 62 Schiebekübel

63 Maschinentechnik Entmischungsreduzierung durch kleinere Schüttwinkel Konstruktion mit neuer Bunkerkinematik 63 FEM Berechnung Hydraulikzylinder Karrose des Fertigers Unterkonstruktion

64 Mischguttransport und Querverteilung Lösungsansatz Schneckenhalbschale Entmischung im Bereich der Querverteilung Qualitätsverluste Erhaltung der Homogenität und Temperatur des Mischgutes mit Halbschale Temperaturmessung und Abspeicherung 64

65 Automatische teleskopierbare Schneckenhalbschale Kontinuierliche Mischgutvorlage vor der Einbaubohle Deutliche Entmischungsreduzierung Verhinderung von Temperaturverlusten 65

66 Mischgutquertransport in der Halbschale vor der Einbaubohle Herkömmliche Mischgutverteilung Schnecke mit Halbschale 66

67 Vergleich der Einbauqualität Konventionell Modifiziert 67

68 Mess- und Informationssystem LKW- Terminal Abstandssteuerung LKW- Fertiger Zentrale Datensammelstelle am Fertiger Temperaturmesssystem Pave IR für den Fertiger Verdichtungsassistent für die Walze Ebenheitsregelung - Nivellierung Temperaturmesssystem für die Walze Schichtdickenmessung am Fertiger Anfahrautomatik 68

69 KIRCHNER mit Forschungsprojekt PAST für bauma Innovationspreis 2013 nominiert 69

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73 4.1.2 Boden bzw. Feld laden und verwerten Boden bzw. Fels aus Vortriebsbereichen oder Zwischenlagerladen, ins Eigentum des AN übernehmen (entgegen DIN 18312, Nr. 2.1) und der Verwertung nach Wahl des AN zuführen Art der Verwendung:. Ort der Verwendung:. Abgerechnet wird nach theoretischer Ausbruchmenge in m³-fest (ohne Auflockerungsfaktor) in Analogie zur Ausbruch-Position [Tages(-abschlags-) leistung]. Bodenklasse 3 bis 5; Geotechnische Kategorie gem. geotechnischen Bericht: II.1, II.2, II.3 Bodenanalyse nach Unterlagen des AG: Geotechnischer Bericht der CDM Consult vom Zuordnungswert/Einbaukonfiguration bis einschl. Z 2 gem. VwV des UVM für die Verwertung von als Abfall eingestuftem Bodenmaterial. Die Eignung des Materials für bautechnische Zwecke oder als Ausgangsmaterial für Recycling-Baustoffe wurde nicht untersucht und kann daher nicht garantiert werden ,000 m3 73

74 4.1.4 Boden bzw. Fels laden und verwerten Boden bzw. Fels aus Vortriebsbereichen oder Zwischenlager laden, ins Eigentum des AN übernehmen (entgegen DIN 18312, Nr. 2.1) und der Verwertung nach Wahl des AN zuführen. Art der Verwendung:. Ort der Verwendung:. Abgerechnet wird nach theoretischer Ausbruchmenge in m³-fest (ohne Auflockerungsfaktor) in Analogie zur Ausbruch-Position [Tages(-abschlags-)leistung]. Bodenklasse 6 bis 7; gem. DIN 18300; Geotechnische Kategorie gem. geotechnischen Bericht: II.2, II.3, III.1-3 Bodenanalyse nach Unterlagen des AG: Geotechnischer Bericht der CDM Consult vom Zuordnungswert/Einbaukonfiguration Z 1.2 bis einschl. Z 2 gem. VwV des UVM für die Verwertung von als Abfall eingestuften Bodenmaterial. Die Eignung des Materials für bautechnische Zwecke oder als Ausgangsmaterial für Recycling-Baustoffe wurde nicht untersucht und kann daher nicht garantiert werden ,000 m3 74

75 4.1.6 Boden bzw. Fels laden Boden bzw. Fels aus Vortriebsbereichen oder Zwischenlager laden und zur Deponie des AG transportieren, dort nach Maßgabe des Deponiebetreibers abladen. Aufnahme des Bodens/Fels unmitttelbar nach Fertigstellung der Analyse auf Anordnung des AG Abgerechnet wird nach Gewicht auf der Grundlage der Original- Deopiniewiegescheine. Bodenanalyse nach Unterlagen des AG: Geotechnischer Bericht der CDM Consult vom Zuordnungswert/Einbaukonfiguration größer Z 2 bis einschl. Z 3 gem. LAGA M20 und DKI gem. DepV. Transportentfernung: Schriesheim bis Deponie Kapiteltal bei Kaiserslautern ,000 to 75

76 Vorschlag AN als Nebenangebot Aufbereitung und Wiederverwendung des ausgebrochenen Felsmaterials zur Wiederverwendung: - in Frostschutzschichten bzw. ungebundenen Schichten - als Zuschlag zur Wiederverwendung in Asphalt Voraussetzung: - der Auftraggeber möchte das (Kostenersparnis) - ausreichender Zeitvorlauf für die einzuholenden Genehmigungen Diskrepanz: - EU Recht Deutsches Recht - KRWG noch nicht umgesetzt, trotz Fristablauf - Abfall zur Verwertung 76

77 Ziel des KrWAbfG ( 1) ist die Förderung der Kreislaufwirtschaft zur Schonung der natürlichen Ressourcen und die Sicherung der umwelt-verträglichen Beseitigung von Abfällen. 3 Abfälle i.s.d.g. sind alle beweglichen Sachen, die unter die im Anhang 1 aufgeführten Gruppen fallen (u.a. Bodenaushub) und deren sich ihr Besitzer entledigt, entledigen will oder. muss. Damit ist der Begriff Abfall definiert. Solange ein Bauherr sich seiner Bodenmassen nicht entledigen will, z. B. weil er diese auf der Baustelle wieder einbaut, handelt es sich nicht um Abfall. In 5 KrWAbfG sind die Grundpflichten der Kreislaufwirtschaft geregelt: (2) Die Erzeuger oder Besitzer von Abfall sind verpflichtet, diese nach Maßgabe des 6 zu verwerten. Soweit sich aus diesem Gesetz nichts anderes ergibt, hat die Verwertung von Abfällen Vorrang vor deren Beseitigung. ( 77

78 12 Abs (10) BBodSchV lautet: (10) In Gebieten mit erhöhten Schadstoffgehalten in Böden ist eine Verlagerung von Bodenmaterial innerhalb des Gebietes zulässig, wenn die in 2 Abs. 2 Nr. 1 und 3 Buchstabe b und c des Bundes- Bodenschutzgesetzes genannten Bodenfunktionen nicht zusätzlich beeinträchtigt werden und insbesondere die Schadstoffsituation am Ort des Aufbringens nicht nachhaltig verändert wird. Die Gebiete erhöhter Schadstoffgehalte können von der zuständigen Behörde festgelegt werden. Dabei kann de zuständige Behörde auch Abweichungen von den Absätzen 3 und 4 zulassen. Beim offenen Wiedereinbau von geogen belastetem Bodenmaterial ist daher darauf zu achten, dass die Bodenfunktion nicht negativ beeinträchtigt wird, gemeint ist die zukünftige Bodennutzung an der Oberfläche, z. B. landwirtschaftliche Nutzung. 78

79 Vorteile: - Kosteneinsparung 3,0 Mio. - Nachhaltigkeit CO²-Emmissionsreduzirung um 1150 to + Energieeinsparung von 3500 MWh - Ressourcenschonung knapper Deponieraum und natürliche Ressourcen, Förderung Kreislaufwirtschaft - Umwelt erhebliche Lärmreduktion durch entfallenden Brecher auf der Baustelle und Entfall 2. Umschlag - Bauablauf geringere Störanfälligkeit, geringerer Verwaltungsaufwand 79

80 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 80