Abbildung 1: Übersicht der Strecken. Fachfirmen ausgeführt werden (z.b. Oberflächenbehandlungen,

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1 Der Winter und seine Folgen Instandhaltung mit Reparaturasphalt Gabriele Sauerhering, Halberstadt Jährlich treten durch verschiedene Einflüsse, besonders aber durch winterliche Witterungsbedingungen, Schäden auf Fahrbahnoberflächen, u.a. in Form von Schlaglöchern, auf. Die Berichterstattung der Medien fokussiert sich mit negativen Beiträgen über den miserablen Zustand der Straßen nach harten Wintern. Besonders die durch Frost-/Tauwechsel und Feuchtigkeit bedingten Schlaglöcher in der kalten Jahreszeit sind ein beliebtes Thema. Örtlich oftmals nur in Kleinflächen auftretende Schäden an der Fahrbahnoberfläche führen erfahrungsgemäß zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Verkehrssicherheit und zu einer fortschreitenden Schädigung des gesamten Straßenoberbaus. Die gefahrlose Nutzung der Straße wird dann zu einem realen Problem. Allgemeines Im Hinblick auf die notwendige Verkehrssicherungspflicht des Straßenbaulastträgers (Bund, Land, Kommune) sind Maßnahmen zur Beseitigung der Schäden durch großflächige Instandsetzungsmaßnahmen und örtlich begrenzte Instandhaltungsmaßnahmen notwendig. Instandsetzungsmaßnahmen sind Maßnahmen zusammenhängender Flächen, mindestens in Fahrstreifenbreite und einer Dicke bis 4 cm, die durch Baulastträger ausgeschrieben und von Abbildung 1: Übersicht der Strecken Fachfirmen ausgeführt werden (z.b. Oberflächenbehandlungen, Dünnschichtbeläge). Die Instandhaltung dagegen umfasst bauliche Maßnahmen kleineren Umfangs zur Substanzerhaltung von Verkehrsflächenbefestigungen (z.b. Schlaglöcher). Diese werden in der Regel sofort nach dem Auftreten mit geringem Aufwand in den meisten Fällen von Hand, in der Regel von den Straßenmeistereien ausgeführt. Bekanntlich entstehen Schlaglöcher insbesondere dann, wenn Instandsetzungsmaßnahmen nicht rechtzeitig erfolgen. Die Ursachen dafür sind vielschichtig. Sie liegen unter anderem in finanziellen, witterungstechnischen oder kapazitiven Ursachen begründet. Gemäß ZTV BEA-StB ist das Verfüllen von Schlaglöchern bzw. das Ausbessern mit Asphaltmischgut mit Heißmischgut nach TL Asphalt- Abbildung 2: Übersicht zur Anlage der Versuchsfelder StB, in der Regel mit Asphaltbeton, Splittmastixasphalt oder Gussasphalt, und den damit verbundenen trockenen Einbaubedingungen, Temperatur über 3 C, gemäß ZTV Asphalt-StB bautechnisch und vertragsrechtlich vorgegeben. In den Wintermonaten, das heißt, bei feuchter Witterung und Temperaturen unter 3 C, wird in der Praxis häufig an Stelle von Heißasphalt kalt verarbeitbares Material angewendet. Für das schnelle Schließen von Schlaglöchern oder zur kleinflächigen Sanierung von schadhaften Asphaltdeckschichten werden eine Vielzahl von kalt verarbeitbaren Mischgutprodukten angeboten. Die Bandbreite reicht von Tütenmischungen über Eimermischgut bis hin zur Mini-DSK (Dünne Schichten im Kalteinbau) im Handeinbau. Diese sogenannten Baustoffgemische Kaltmischgut werden gegenwärtig in TP Asphalt-StB Prüfung Bandbreite der Prüfergebnisse Besonderheiten bei den Prüfungen Teil 1 Bindemittelgehalt 4 bis 8 M.-% Kaltextraktion, Tri, Rückgewinnungsverfahren Teil 2 Korngrößenverteilung 0/3 bis 0/8 Von Gesteinskörnungen mittels Siebanalyse nach Extraktion des Bindemittels Teil 6 Raumdichte von Asphalt-Probekörpern 1,7 bis 2,3 g/cm³ Verfahren B, Tauchwägung, Abtupfen, Lagerung 10 d Teil 8 Hohlraumgehalt 5 bis 15 Vol.-% Berechnung DIN EN (b) Teil 17 Teil 23 Haftverhalten zwischen Gestein und Bitumen Kornverlust von Probekörpern Spaltzugfestigkeit von Asphaltprobekörpern Teil 34 Marshall-Stabilität 0 bis 12 kn Teil 93 Schüttelabriebtest von Probekörpern Tabelle 1: Zusammenfassung der Ergebnisse nach 24 h 60 bis 100 % nach 48 h 50 bis 100 % 0 bis 90 % davon 40 % < 10 % (typische Werte: PA 8 = 17%; PA 11 = 21 %; AC D =1 0%; SMA = 6 %; AC B = 18 %) 0 bis 0,6 N/mm² (typische Werte: AC D = 4,5 N/mm²; SMA = 3,5 N/mm²; AC B+T = 3,0 N/mm²) Wasseraufnahme: 3 bis 17 %; Abrieb: 0 bis 70 % Statisches Verfahren bei 60 C, Prüfung nach 6, 24, 48 h, Schätzung der bindemittelfreien Fläche % Cantabro-Test bei 20 C, Los-Angeles-Trommel, 30 U/ min, Kornverlust durch Wägung nach 300 Umdrehungen Temperierung 4 h bei 5 C, indirekter Zugversuch, Berechnung aus beim Bruch erreichter Höchstlast und Maßen Lagerung im Wasserbad 50 min bei 25 C, maximaler Widerstand gegen Verformung Bestimmung der Wasserempfindlichkeit von Probekörpern aus Kaltmischgut, Messung der Wasseraufnahme und des Abriebs 9

2 Strecke Bauklasse Art der Oberfläche Einbaudatum Temperatur C Luft Unterlage Witterung Randbedingungen L 84 III/IV Asphalt ,0-3,8 sonnig, trocken freie Strecke L 95 III/IV Asphalt ,0 trocken Waldlage L 71 IV Pflaster ,8 6,0 bedeckt, Regen Ortsdurchfahrt L 74 bis KN B 60 II/III Asphalt ,0 9,0 bedeckt freie Strecke L 235 bis K 1357 IV Asphalt ,7 2,0 Schneefall freie Strecke, Waldlage Tabelle 2: Dokumentation der Strecken und Schadensbilder Bild 1: Schadensbild auf der L 84: Risse, Ausmagerungen, Flickstellen keiner nationalen oder europäischen Technischen Lieferbedingung oder einem gleichwertigen Technischen Regelwerk beschrieben. Es gibt Bild 4: Schadensbild auf der L 71: Zu geringe Asphaltüberdeckung, Flickstellen mit Asphalt, Verformungen, Setzungen, Fugen zwischen Pflaster offen (2 bis 4 cm) Bild 5: Schadensbild auf der L 74 KN B 6: große, tiefe Risse, zum Teil mit Verformungen 10 Bild 2: Schadensbild auf der L 95: tiefe Risse, Zerstörungen im Randbereich Bild 3: Schadensbild auf der K L 235: Verformungen, Kornausbrüche bisher weder Anwendungsempfehlungen noch allgemeingültige Produktanforderungen. Ausgewählte Anforderungen an Kaltasphalt sind bislang nur in Österreich in der ÖNORM B definiert. Die österreichische Norm gibt einen weitgefassten Rahmen für Kaltasphaltmischgut vor, ist aber praxisfern und dient nur zur Vergabe eines CE-Kennzeichens als Voraussetzung für den Vertrieb innerhalb der EU. Für die Anwender in den Straßen-/Autobahnmeistereien und in den Kommunen ist es schwierig, diese Materialien objektiv zu beurteilen. Die Materialkosten für diese Produkte liegen zwischen 300 und Euro/t. Die Materialkosten für güteüberwachtes Asphaltheißmischgut dagegen betragen 90 bis 150 Euro/t. Allein der preisliche Unterschied rechtfertigt die Frage nach den, den Baustoffen zuzuordnenden, Qualitätsmerkmalen. Das Straßennetz Sachsen-Anhalts umfasst 658 km Autobahnen, km Bundesstraßen, km Landes- und 903 km Kreisstraßen. Die Beseitigung lokaler Schäden, der Schlaglöcher, erfolgt im Rahmen der Verkehrssicherungspflicht durch die Mitarbeiter des Straßenbetriebsdienstes der 30 Straßen- und Autobahnmeistereien. Die Gesamtkosten für die Instandhaltung betragen jährlich mindestens 8,5 Mio. Euro, davon umfassen allein ca. 1,5 Mio. Euro die Materialkosten. Aufgrund der geschilderten Situation und dem immer kleiner werdenden Finanzrahmen werden die anstehenden Fragestellungen hinsichtlich der künftigen bautechnischen und bauvertraglichen Randbedingungen für die Ausführung von dauerhafteren Instandhaltungsmaßnahmen im Rahmen der Baulichen Erhaltung zurzeit im Arbeitskreis Instandhaltung der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen bearbeitet. Dazu wird derzeit ein Merkblatt oder Hinweise für Reparaturasphalt erarbeitet, das vorrangig an die Entscheidungsträger der Straßenbaubehörde gerichtet ist. Es soll den aktuellen Wissensstand und damit Informationen zu Reparaturasphalten, Anforderungen an Reparaturasphalte, geeignete Baustoffe, anzuwendende Bauverfahren und Hinweise zur Ausführung enthalten. Reparaturasphalt Unsere Recherche von auf dem Markt befindlichen Produkten ergab 64 nationale und internationale Anbieter, die insgesamt ca. 135 Produkte (Kaltmischgüter) vertreiben. Die Produk- Bild 6: Kennzeichnung der zu fräsenden Fläche

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4 Bild 7: Reinigen der Unterlage Bild 8: Ansprühen von Flanken und Unterlage mit Bindemittel te werden oftmals durch einen Markennamen vertrieben, wobei es sich hier vorwiegend um Labelprodukte handelt, das heißt, sie sind nicht rückverfolgbar, ohne Kenntlichmachung oder eindeutige Identifikation eines Herstellers. Bei den Produktarten wurden einkomponentige (gebrauchsfertige), zwei- oder mehrkomponentige Kaltasphalte ermittelt. Diese können hinsichtlich der verwendeten Bindemittel in verschiedene Produktsorten, in mit Bitumenemulsion, Kaltbitumen (Flux-, Verschnittbitumen, reaktiv/vegetabil) und Straßenbaubitumen (modifiziert, nicht modifiziert) unterteilt werden. Hinsichtlich der Aushärtung bzw. Verdichtung werden die Produkte nach Art der Verfestigung und Aushärtung kategorisiert (Reaktiv/Verdunstung/Verdichtung). Ein weiteres äußerst wichtiges Merkmal ist das Vorhandensein von Lösemitteln. Im Hinblick auf die optimale Umweltverträglichkeit gilt beispielsweise in der Schweiz ein absolutes Lösemittelverbot für flüchtige organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds). Um VOC-Emissionen zu verringern, hat die Schweiz bereits seit dem Jahr 2000 eine VOC-Lenkungsabgabe (Sanktionen) eingeführt. Für die Verwendung von Kaltmischgut sind weiterhin die Temperaturbereiche, Einbaudicken, Gesteinskörnungen, Lagerfähigkeit sowie Anwendungsbereiche/ Belastungskassen bedeutsam. Laborprüfungen In umfangreichen labortechnischen Versuchen wurden die wesentlichen Mischguteigenschaften der verschiedenen Mischgutarten und -sorten untersucht. Ausgewählte Prüfungsarten, Untersuchungsergebnisse und Besonderheiten sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Die Untersuchungsergebnisse zeigen eine deutliche Spreizung und Differenzierbarkeit der Materialien. Praktische Versuche in situ Um praxisnahe Aussagen zur Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit verschiedener Produktsorten unter verschiedenen Randbedingun- Bild 9: Einfüllen des Reparaturasphaltes 12 Bild 10: Benetzen mit Wasser bei der Reaktivmischung in den Versuchsfeldern 1 bis 5

5 Bild 11: Verdichtung mit der Rüttelplatte Bild 12: Abstumpfung mit Abstreumaterial gen treffen zu können, wurden geeignete Versuchsstrecken lokalisiert. Als Garant für Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der in-situ-strecken wurden folgende Grundsätze festgelegt: Einbau von möglichst vielen Produkten auf einem Straßenzug, einheitliche Vorgehensweise und Ausführung bei der Schlaglochsanierung, gleiche Verkehrsbelastung über die gesamte Strecke und damit gleiche dynamische Beanspruchung sowie äußere Einflussgrößen und Randbedingungen möglichst verschieden (Strecke, Zustand, Tiefe, Ausdehnung der schadhaften Flächen). Die Versuchsstrecken sollen nachstehende Erkenntnisse bringen: Nachweis der Gleichwertigkeit gleicher Grundsorten Kaltmischgut, Aussagen zur Haltbarkeit der Untersuchungsstrecken nach längerer Liegedauer, durch mehrere Versuchsstrecken können die Ergebnisse auf eine breitere Basis gestellt und verallgemeinert werden und abgesicherte Erkenntnisse darüber, welche Materialien besonders geeignet sind. Die Vorauswahl der einzubauenden Materialien erfolgte auf Basis von Laborergebnissen unter Berücksichtigung der Bindemittelsorte und des Lösemittelanteils. Die Versuche wurden im November 2012 ausgeführt, die dazugehörige Dokumentation und Schadensbilder sind der Tabelle 2 und den Bildern 1 bis 5 zu entnehmen. Zur Untersuchung und Erprobung der Reparaturasphalte wurden fünf Strecken ausgewählt (Abbildung 1) und in elf Versuchsfelder (Abbildung 2) eingeteilt, in denen drei unterschiedliche Produktgruppen gleicher Einbautechnik (Vorbereitung der Unterlage, Einbau, Verdichten) zum Einsatz kamen. Eine Übersicht der ausgewählten anonymisierten Kaltasphalte (Korngröße 0/5) einschließlich der Zuordnung der Versuchsfelder ist der Abbildung 2 zu entnehmen. Die Herstellung der Versuchsfelder erfolgte in qualitativ hochwertiger Eigenleistung durch die jeweiligen Straßenmeistereien nach folgenden Arbeitsschritten: Einrichtung einer Verkehrssicherung, Kennzeichnung der zu fräsenden Fläche; Breite: 0,5 m, Länge: 1,0 m (Bild 6), Bild 13: Bohrkernentnahme im Versuchsfeld 1 Bild 14: Detailansicht der Bohrkernentnahme im Versuchsfeld 1 Bild 15: Ansicht des Bohrkerns aus Versuchsfeld 3 13

6 Bild 16: Bohrkern aus Versuchsfeld 4 Bild 17: Im Versuchsfeld 10 konnte kein Bohrkern entnommen werden Bild 18: Bohrkern aus Versuchsfeld 1 Bild 19: Bohrkern aus Versuchsfeld 3 Fräsen der Asphaltdeckschicht in vorgesehene Frästiefe von 6 cm, Reinigung der Unterlage von Schmutz und losen Bestandteilen (Bild 7), Trocknung der Unterlage und Flanken mit Heißluft- oder Wärmestrahlgeräten, Sicherstellung des Schichtenverbundes durch Ansprühen von Flanken und Unterlage mit Bindemittel (Bild 8), Einfüllen des Reparaturasphaltes in die Schadstelle (Bild 9), Benetzen mit Wasser bei Reaktivmischgut (Bild 10; Versuchsfelder 1-5), Gleichmäßig Verteilen und mit Rüttelplatte so verdichten, dass ein höhengleicher ebener Anschluss an den Bestand erfolgt (Bild 11), Abstumpfung mit Abstreumaterial (Bild 12) und Verkehrsfreigabe nach ca. 30 Minuten. Hinsichtlich der Witterungsbedingungen ist anzumerken, dass während des Beobachtungszeitsraums der Winter 2012/13 extreme und lange Frostperioden aufwies und die Versuchsfelder durch Räumfahrzeuge und Taumittel des Winterdienstes zusätzlich belastet wurden. Die relativ aufwändige und teilweise vom tatsächlichen Vorgehen unter kritischen Witterungsbedingungen im Winter abweichende Vorgehensweise diente dazu, vergleichbare Einbau- und Nutzungsbedingungen zu schaffen. Auf zwei unterschiedlich stark belasteten Versuchstrecken wurden nach einer Liegedauer von sechs und 18 Monaten Bohrkerne zur Prüfung der eingebauten Schichten entnommen (Bilder 13 bis 19). Die visuellen Begutachtungen der Probefelder in den gefrästen Bereichen ergaben keine Auffälligkeiten (marginale Kornausbrüche im Randbereich, keine Verformungen). Auf einzelnen Probefeldern konnten keine intakten Bohrkerne entnommen werden (Bild 16). Das Material wies in diesen keine Festigkeit gegen mechanische Einwirkung auf, zerfiel und löste sich während der Probenahme in seine Ausgangsbestandteile auf (Bild 17). Eine Aushärtung der Materialien und Festigkeitszunahme konnte nicht festgestellt werden. Auffallend war hier auch besonders der Geruch entweichender Substanzen (Bild 16, Variante 4 Geruch ähnlich Altöl). Der Schichtenverbund zwischen Reparaturasphalt und Unterlage war insgesamt unbefriedigend. Eine Übersicht der Prüfergebnisse wesentlicher Mischguteigenschaften und Kennwerte der eingebauten Schicht kann der Tabelle 3 entnommen werden. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Spreizung und Differenzierbarkeit. Dabei können die Versuchsergebnisse generell in zwei Kategorien eingeteilt werden, in dauerhafte und in weniger dauerhafte Reparaturasphalte. Dauerhafte Materialien weisen gute Festigkeiten auf, weniger dauerhafte Materialien können als dauerweich, das heißt, als nicht ausgehärtet bezeichnet werden. Kennwerte Kaltmischgut Labor Kennwerte am Bohrkern - in situ Versuchsfeld Nr. Bindemittelgehalt (M.-%) Hohlraumgehalt (Vol.-%) Stabilität (kn) L 95 Allrode-Stiege (PN: ) L 84 Huy-Neinstedt (PN: ) bei PN zerfallen Hohlraumgehalt (Vol.-%) bei PN zerfallen 1 7,6 7,7 7,8 nein 10,1 nein 8,8 2 6,3 12,5 5,2 nein 20,1 nein 16,3 3 7,7 5,7 6,0 nein 8,8 nein 6,0 4 4,5 15,8 1,2 ja -- nein 21,0 5 4,1 15,4 4,4 nein 18,8 nein 16,2 6 6,0 n.b. 0,9 nein 9,6 nein 18,0 7 3,4 13,8 2,8 nein 20,8 nein 23,7 8,6,2 12,7 5,0 nein 18,2 nein 14,2 9 6,1 11,7 4,5 nein 18,3 nein 12,2 10 3,5 12,4 3,8 ja -- nein 15,8 11 4,6 8,4 2,1 ja -- nein 17,6 Tabelle 3: Untersuchungsergebnisse (PN = Probennahme) Hohlraumgehalt (Vol.-%) 14

7 Die Reaktivasphalte der Varianten 1 und 3 weisen die eindeutig hohlraumärmsten und damit dauerhaftesten Materialien aus. Beide Reparaturasphalte weisen gute Festigkeiten auf Grund ihrer hohen Bindemittelgehalte, hoher Stabilitäten und geringer Hohlraumgehalte sowohl im Mischgut als auch in der eingebauten Schicht auf. Alle weiteren Reparaturasphalte weisen im eingebauten Zustand Hohlraumgehalte > 10 Vol.- % auf und sind daher als weniger dauerhaft einzustufen. Insbesondere sind hier die Materialien der Varianten 10 und 11 (stark lösemittelhaltig) und Variante 4 (lt. Lieferant Reaktivasphalt was von der Verfasserin bezweifelt wird) zu benennen. Laborergebnisse lösemittelhaltiger Materialien ergaben ausnahmslos niedrigere Bindemittelgehalte, geringere Stabilitäten und hohe Hohlraumgehalte. Die Aushärtung erfolgt hier über das Verflüchtigen der leicht- oder schwerflüchtigen Lösemittel. Hier erfolgt bei Materialien mit leichtflüchtigen Lösemitteln eine langsame, bei schwerflüchtigen eine geringe bis keine Festigkeitszunahme (sogenannte Dauerweichheit, das heißt, nicht ausgehärtet). Im Ergebnis der Labor- und Feldversuche kann festgehalten werden, dass: die relativ großen Streuungen der Laborergebnisse der drei Produktsorten generell bestätigt wurden, die vorgesehene Verjährungsfrist im Regelwerk ZTV BEA-StB von einem Jahr auf Grund des einheitlichen und qualitativ hochwertigen Einbaus bei annähernd allen Materialien erreicht wurde, bei richtigem Einbau durchaus dauerhaft wirksam geflickt und ausgebessert werden kann, Reaktivasphalte haltbarer, standfester und qualitativ hochwertiger sind, Reaktivasphalte umweltfreundlicher und damit zu bevorzugen sind, stark lösemittelhaltige Materialien (> 5 %) umweltschädlich sind und deren Verwendung möglichst zu vermeiden ist, stark lösemittelhaltige Materialien (> 5 %) ungenügende Festigkeiten aufweisen sowie je bindemittelreicher, je hohlraumärmer das Material, desto dauerhafter und längerfristig wirksam ist die Flickung/Ausbesserung. Die hier aufgeführten Ergebnisse sowie weitere Erkenntnisse sollen in ein Merkblatt oder Hinweise über Reparaturasphalte auf nationaler Ebene in das Regelwerk der FGSV einfließen. Danksagung Die Autorin dankt den am Projekt beteiligten Kollegen der Autobahn- und Straßenmeisterei Wernigerode, der Straßenmeisterei Halberstadt, der Straßenmeisterei Atzendorf, der Straßenmeisterei Gernrode und der Straßenmeisterei Plötzkau sowie den Mitarbeitern der Prüfstelle der Fachgruppe Bautechnik, Prüf- und Kalibrierstelle Halberstadt. Anschrift der Verfasserin: Dipl.-Ing. Gabriele Sauerhering Landesstraßenbaubehörde Sachsen-Anhalt Zentrale Fachgruppe Bautechnik, Prüf- und Kalibrierstelle Rabahne Halberstadt Gabriele.Sauerhering@lsbb.sachsen-anhalt.de