Nachhaltiger HighTech-Asphalt: Schadstoff- und lärmmindernd mit neuer Verarbeitung und Überwachung Dr. Norbert Simmleit TPA GmbH 31.01.2018 HighTechMatB 1
Gliederung 1. Motivation 2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs 3. Bisherige Forschungsergebnisse 4. Ausblick 2
1. Motivation [Homepage Umweltbundesamt, 11.01.2018] 3
2. Konzept und Aufbau des Projekts Ziel: Konzeption einer multifunktionalen Fahrbahnoberfläche aus Asphalt Photokatalytische Eigenschaften Methoden zur Aufrechterhaltung lärmmindernder Eigenschaften Verarbeitungs-/ Überwachungstechniken Lärmmindernde Textur 4
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung HighTechMatBau-Konferenz 31.01.2018 5
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung eines photokatalytischen Einbaumaterials Optimierung der Betoneigenschaften 6
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung eines photokatalytischen Einbaumaterials Modellierung der photokatalytischen Aktivität Numerische Simulation zur Berechnung der Schadstoffminderung unter Berücksichtigung der Umweltbedingungen 7
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung eines photokatalytischen Einbaumaterials Modellierung der photokatalytischen Aktivität Dauerhaftigkeit des Bitumens Untersuchungen am Bitumen: Einfluss von TiO 2 auf die Alterung Einfluss von Rejuvenatoren (Verjüngung) 8
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung eines photokatalytischen Einbaumaterials Modellierung der photokatalytischen Aktivität Dauerhaftigkeit des Bitumens Optimierung der akustischen Eigenschaften Simulation des Reifenabrollprozess Rückschluss auf schallabsorbierende Gestaltung der UHPC-Körper Erweiterung des PMS um das Merkmal Schall 9
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung einer neuen Einbaumethode zur Gestaltung der Fahrbahnoberfläche Erarbeitung eines photokatalytischen Einbau des Einzelkorns gemeinsam bzw. Einbaumaterials zeitnah mit Asphalt Modellierung der photokatalytischen Aktivität Dauerhaftigkeit des Bitumens Optimierung der akustischen Eigenschaften Konzeption der Einzelkornablegeeinheit 10
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Optimierung der Straßenoberfläche anhand von: Einbaubreite, -dicke, -profil Erarbeitung Längsebenheit eines photokatalytischen und Verdichtungsgrad Einbaumaterials Automatisierung von: Modellierung Arbeitsgeschwindigkeit der photokatalytischen der Aktivität Bohle/ Walze Dauerhaftigkeit Verteilung des Bitumens und Menge der ausgebrachter Optimierung Körnung der akustischen Eigenschaften Modul 2: Materialverarbeitung Konzeption der Einzelkornablegeeinheit Erarbeitung von Qualitätsüberwachungs- und Automatisierungsmodulen 11
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung eines photokatalytischen Einbaumaterials Überprüfung und Optimierung der Konzepte: Modellierung der photokatalytischen Aktivität Erprobung an mobilem Einbausimulator Dauerhaftigkeit des Bitumens Kleinversuch auf Bauhof Optimierung der akustischen Eigenschaften Feldversuch durch Demonstrator unter realen Verkehrsbedingungen Konzeption der Einzelkornablegeeinheit Erarbeitung von Qualitätsüberwachungs- und Automatisierungsmodulen Einbautest in Prüfstand, Klein- und Feldversuchen 12
2. Konzept und Aufbau des Projekts NaHiTAs Modul 1: Materialforschung Modul 2: Materialverarbeitung Erarbeitung eines photokatalytischen Einbaumaterials Modellierung der photokatalytischen Aktivität Dauerhaftigkeit des Bitumens Optimierung der akustischen Eigenschaften Konzeption der Einzelkornablegeeinheit Erarbeitung von Qualitätsüberwachungs- und Automatisierungsmodulen Einbautest in Prüfstand, Klein- und Feldversuchen Assoziierte Partner: 13
3. Bisherige Forschungsergebnisse 14
3. Bisherige Ergebnisse Thematische Arbeitsgruppen AG 1 AG 2 AG 3 AG 4 Konzeption des Einbaumaterials Akustische Eigenschaften Bitumenuntersuchungen Ablegeeinheit und Qualitätsüberwachung 15
3. Bisherige Ergebnisse AG 1 Konzeption des Einbaumaterials Photokatalytisches Einbaumaterial Synthetisches Einbaumaterial aus UHPC Zement Gesteinskörnung TiO 2 16
3. Bisherige Ergebnisse AG 1 Konzeption des Einbaumaterials Bewertung der Verkehrssicherheit und Dauerhaftigkeit Widerstand gegen mechanische Beanspruchung Widerstand gegen Verwitterung, Frost-Tausalzbeanspruchung Widerstand gegen Polierbeanspruchung Formbeständigkeit Affinität zum Bitumen Granulat sehr gut 17
3. Bisherige Ergebnisse AG 1 Konzeption des Einbaumaterials Bewertung der photokatalytischen Aktivität Messungen im Labor nach DIN 19279 und im Straßen-Canyon nach 39. BImSchV/ DIN EN 14211 Granulat NO bis zu 25,8 % (Ø 13,8 %) NO 2 bis zu 16,6 % (Ø 9,1 %) aktiv inaktiv 18
3. Bisherige Ergebnisse AG 1 Konzeption des Einbaumaterials Bewertung der photokatalytischen Aktivität Simulation der Stickoxidminderung 19
3. Bisherige Ergebnisse AG 1 Konzeption des Einbaumaterials/ AG 2 Akustische Eigenschaften Bewertung der Lärmminderung Modellierung der Reifenabrollprozesse Reifenprofil Fahrbahntextur Reifenabrollprozess 20
3. Bisherige Ergebnisse AG 1 Konzeption des Einbaumaterials/ AG 2 Akustische Eigenschaften Bewertung der Lärmminderung Teststrecke auf Bauhof der Strabag Bad Hersfeld 100 95 30 km/h Testfeld 40 km/h Testfeld 30 km/h Abstreuung 40 km/h Abstreuung 90 LP, db(a) 85 80 75 70 0 1 2 3 4 5 Position, m 21
3. Bisherige Ergebnisse AG 2 Akustische Eigenschaften Erweiterung des Pavement-Management-Systems DSH-V 0/5 LOA 5 D RLS-90/1X Planung Festlegung der angestrebten Pegelminderung D StrO,Soll Ausführung/Abnahme Bestimmung der erreichten Pegelminderung D StrO,Ist Zustandserfassung Kontinuierlicher Vergleich zwischen D StrO,Soll und DStrO,Ist 22
3. Bisherige Ergebnisse AG 2 Akustische Eigenschaften Erhaltung von lärmarmen dichten Deckschichten Bitumenemulsion und Gestein Bitumenschlämme Neuzustand Akustisch gealterter Zustand Geplante Sanierung 23
3. Bisherige Ergebnisse AG 3 Bitumenuntersuchung Auswirkungen des TiO 2 bzw. der Photokatalyse auf die Bitumenalterung 2x Straßenbaubitumen 50/70 1x Polymermodifiziertes Bitumen Erweichungspunkt Penetration Brechpunkt Untersuchung mittels DSR und BBR Chemische Analysen Keine negativen Auswirkungen durch TiO 2 bzw. Photokatalyse Asphaltenabtrennung Iatroscan (TLC-FID) Infrarotspektroskopie Reportermoleküle Abbauprodukte 24
3. Bisherige Ergebnisse AG 4 Ablegeeinheit und Qualitätsüberwachung Ablegeeinheit Automatisierungsmodul zur: Geschwindigkeitsabhängigen Regelung der Ausbringmenge Aussparung von Straßenkonturen Spuranschlussregulierung 25
3. Bisherige Ergebnisse AG 4 Ablegeeinheit und Qualitätsüberwachung Ansatz eines zweistufigen Einbauprozesses Walzprozess Feine, photokatalytische GK Grobe, photokatalytische GK Haftbrücke Deckschicht 26
3. Bisherige Ergebnisse AG 4 Ablegeeinheit und Qualitätsüberwachung Qualitätsüberwachung Messsysteme Regler Aktorik + Überwachung Einbaudicke, -profil GNSS-Koordinaten/ Laser Einbaubreite Über Kantenformer Verdichtungsgrad Einbauprofil, Masse Oberflächentextur Textur-Messsystem Sollwert Streumenge, Breite Regler Gesteinskornmenge Oberflächenscanner 27
3. Bisherige Ergebnisse AG 4 Ablegeeinheit und Qualitätsüberwachung Einbausimulator Einbaubreite Einbauhöhe Einbaulänge 0,4 m bis 1 m 0,1 cm bis 30 cm bis 20 m 28
4. Ausblick Weiteres Vorgehen Bewertung der photokatalytischen Eigenschaften des Granulats durch Untersuchungen im Straßen-Canyon als Eingangsgrößen zur Simulation Überprüfung der Erhaltungsmethoden lärmarmen dichter Deckschichten auf einer Straße 29
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! 30
Zusätzliche Folien Einschub: Photokatalyse UV Photokatalysator Sauerstoff e - Leitungsband Energie Valenzband Radikale Radikale Wasser Umwandlung von Schadstoffen, z.b. NO x, in unschädliche Produkte, z.b. Nitrat 31