Asphalt

Asphalt (von griechisch ασφαλτος ásphaltos „Bestand haben“) bezeichnet sowohl eine natürliche als auch eine technisch hergestellte Mischung aus dem Bindemittel Bitumen und Gesteinskörnungen, die im Straßenbau für Fahrbahnbefestigungen, im Hochbau für Fußbodenbeläge, im Wasserbau und seltener im Deponiebau zur Abdichtung verwendet wird. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen sind Asphaltbefestigungen in verschiedenartige Schichten unterteilt. Hierbei werden Asphalttrag-, Asphaltbinder-, und Asphaltdeckschichten unterschieden. Je nach Dicke und Lage liefern sie ihren Anteil zur Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion, sofern alle Schichten zu einem kompakten Baukörper verbunden sind. Asphalt verhält sich chemisch nahezu inert (träges Reaktionsverhalten) und weist ein thermoplastisches Verhalten auf.

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Begriffsabgrenzung

Der Baustoff Asphalt wird landläufig fälschlicherweise mit der Substanz Teer gleichgesetzt. Anders als der Asphalt, dessen Bindemittel Bitumen aus Erdöl gewonnen wird, findet das Bindemittel Teer seinen Ursprung jedoch in der Steinkohle (Steinkohlenteer). Teer, der aufgrund seiner Herkunft auch Steinkohlenteerpech genannt wird, gilt heute als stark gesundheitsgefährend und seine Verwendung im Straßenbau ist seit den 1970er Jahren verboten.^[1] Festgeschrieben ist dieser Sachverhalt in Deutschland in der DIN 55 946. In der Zeit vor dem Verbot war Teer ein häufig verwendeter Baustoff im Bauwesen.

Äußerlich unterscheiden sich die beiden Stoffe durch Geruch und Aussehen geringfügig, so besitzt Bitumen einen neutralen Geruch und eine schwarze Farbe, Teer dagegen riecht leicht süßlich und besitzt eine leichte Braunfärbung.

Auch bei der Wiederverwertung muss teerhaltiges Material gesondert entsorgt werden. Die europaweit geltende Abfallverzeichnis-Verordnung stuft teerhaltige Abfallstoffe als gefährlichen Abfall ein. Ausgebaute Asphalte dagegen können ohne Bedenken wiederverwertet werden.

Werkstoffkennwerte

Die Festigkeit von Asphalt wird von den Temperaturverhältnissen bestimmt. Bei tiefen Temperaturen (Winter) verhält er sich elastisch, bei hohen Temperaturen (Sommer) dagegen viskoelastisch. Dieses Temperaturverhalten hat unmittelbaren Einfluss auf Elastizitätsmodul und Schubmodul des Asphalts. Der Elastizitätsmodul beschreibt die Spannung im Asphalt, die infolge einer lastbedingten Verformung auftritt. So schwank der E-Modul zwischen 1000 N/mm² im Sommer und 9000 N/mm² im Winter. Der Schubmodul gibt die Spannungen wieder, die infolge von Schubkräften im Asphalt erzeugt werden.

Die Werkstoffkennwerte von Asphalt sind abhängig von dem Mischungsverhältnis und den Eigenschaften der beiden Bestandteile Bitumen und Gesteinskörnung. Das Mischungsverhältnis liegt grob bei 95 % Gesteinskörnung und 5 % Bitumen, dieses Verhältnis kann jedoch nach oben oder unten geringfügig verändert werden. Die beigegebene Menge (so genannter Bindemittelgehalt) und die Härte (also die Bindemittelsorte) des Bitumens verändern das Materialverhalten wesentlich. Die Bindemittelsorte bestimmt weiter auch den Erweichungspunkt, welcher mit dem Ring- und Kugelversuch nachgewiesen werden kann, die Bindemittelhärte wird mit der Nadelpenetration ermittelt.

Die Gesteinskörnung übernimmt die Stützfunktion im Asphalt und muss in ihrer Korngrößenzusammensetzung, der so genannten Sieblinie, auf die Belastung abgestimmt werden. Fehlen gewissen Korngrößen, also Kornanteile, in der Sieblinie, wie beispielsweise im offenporigen- oder Splittmastixasphalt, so spricht man von einer Ausfallkörnung.

Um ein gutes Tragverhalten zu erzielen, ist die Kornzusammensetzung so einzustellen, das eine möglichst dichte Gesteinsmischung entsteht. Zusammen mit einer sachgemäßen Verdichtung beim Einbau wird so ein hohlraumarmer (Ausnahme offenporiger Asphalt) Asphalt erstellt. Des Weiteren müssen die Gesteinkörnungen frostsicher und im Falle einer Asphaltdeckschicht polierresistent sein.

Statistik

Der Baustoff Asphalt trägt den wesentlichen Anteil an den Straßenbaustoffen. So sind beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland 95 % aller befestigten Straßen mit einer Asphaltdecke ausgestattet.^[2] Bei genauerer Betrachtung erkennt man, dass dort ungefähr 75 % der Gemeinde- und Stadtstraßen sowie die Bundesautobahnen mit Asphalt befestigt sind.^[3] Die übrigen 25 % besitzen eine Pflaster- oder Betondecke. Auf Bundesstraßen ist der Asphalt in Deutschland sogar nahezu konkurrenzlos vertreten.

Anders die Zahlen in der Schweiz. Dort sind etwa 25 % der Verkehrsflächen mit Asphalt befestigt.^[4] Dieser geringe Anteil kommt zustande, da in der Schweiz Autobahnen häufig mit Betondecken befestigt werden.

Im Jahr 2006 wurden in Deutschland 57 Mio. Tonnen Asphaltmischgut produziert. Davon waren 20 % Ausbauasphalt, der wiederverwertet wurde.^[5] In Österreich beläuft sich die Asphaltmischgutproduktion auf 7 Mio. Tonnen jährlich.^[6]

Geschichte

Antike

Aufgrund von archeologischen Ausgrabungen lässt sich feststellen, dass bereits in der frühen Antike (um 12000 v. Chr.) natürlicher Asphalt verwendet wurde^[7], um Waffen und Geräte herzustellen sowie Schmuck und Skulpturen farbig zu gestalten. Besonders in der Region Mesopotamien fand das Material häufig Verwendung, da hier Naturasphaltvorkommen gelegen waren. So fertigten die dort lebenden Völker, beispielsweise die Sumerer, Gefäße und Boote, welche mit Asphalt abgedichtet wurden.^[8] Des Weiteren nutzen sie das Material als „Mörtel“ für Lehmziegel.

  Über die Jahrtausende erweiterten sich die Einsatzfelder, sodass um 2000 v. Chr. neben Mesopotamien auch in Indien und Europa Naturasphalt als Dichtungsmaterial für Bäder, Boote, Kanäle, Toiletten und Uferböschungen verwendet wurde. Im 7. Jahrhundert v. Chr. kam Asphalt im assyrischen und babylonischen Reich bereits im Straßenbau zum Einsatz. So diente er dort als Fugenmaterial oder als Mörtelbett von Prachtstraßen.^[9] Ferner wurde Asphalt als Mörtel für den Bau der Chinesischen Mauer und zur Abdichtung der Hängenden Gärten der Semiramis herangezogen.

Während der Zeit des Römischen Reiches, ausgehend von Plinius dem Älteren erhielt Asphalt den Namen „Bitumen Iudaicum“ (Judenpech) und diente um 100 v. Chr. als Fugenmörtel von römischen Straßen in Pompeji. In Seyssel und Val de Travers wurden Naturasphaltbergwerke errichtet.

Mittelalter

Nach dem Verfall des römischen Reiches und dem Beginn des Mittelalters verlor Asphalt stark an Bedeutung. Das Wissen, welches über Jahrtausende hinweg angesammelt wurde, ging verloren und wurde erst im 18. Jahrhundert wieder erworben. Um das Jahr 1000 wurde in Arabien die Gewinnung von Bitumen aus Naturasphalt begonnen. Dies wurde erreicht, indem der Naturasphalt erhitzt wurde und so das Bitumen ausschwitzen konnte.

Neben der Verwendung als Baustoff wurde Asphalt im 15. Jahrhundert im Reich der Inka in Süd- und Mittelamerika für medizinische Zwecke herangezogen. Auf seinen Erkundungsreisen entdeckte Sir Walter Raleigh am 22. März 1595 einen natürlichen Asphaltsee, der sich auf der Insel Trinidad befindet. Den dort aus dem Untergrund hervortretenden Asphalt nutzt man bis heute im Straßenbau.

Neuzeit

  Im Jahr 1721 begründete der Grieche Eirini d'Eyrinys mit seinen Untersuchungen die moderne Asphalttechnologie. In den folgenden Jahren erweitert sich das Einsatzspektrum des Asphalts auf die Abdichtung von Dachflächen. Asphalt als Straßenbelag ist zu dieser Zeit noch sehr kostenintensiv, was zur Folge hatte, dass nur wohlhabende Personen Zufahrten oder Grundstücksflächen mit Asphalt befestigen konnten. Erstmals im Jahr 1796 wurde auf einer Holzbrücke in Sunderland ein Asphaltbelag aufgebracht.^[10]

In Lyon wurde 1810 der erste Asphaltmastixbelag auf dem Pont Morand eingebaut. Zehn Jahre darauf wurde in Genua der Vorläufer der heutigen Bitumendachpappe entwickelt und erfolgreich angewendet. Aufgrund von umfangreichen Versuchen im Bereich der Asphalttechnologie erwies sich 1837 Asphalt für den Einsatz auf Landstraßen als geeignet und sorgte 1839 in Wien für die Entdeckung der Wiederverwertbarkeit durch erneutes Erhitzen.

In Deutschland wurde 1838 erstmals eine Straße asphaltiert (Hamburg, Jungfernstieg). Im Jahre 1851 wurde ein 78 Meter langes Stück der Fernstraße von Travers nach Paris mit einem Asphaltbelag versehen. Nur 20 Jahre später war Paris fast vollständig asphaltiert, kurz darauf auch andere europäische Großstädte.

Mit der Absicht eine Alternative zur zähen Asphaltmastix zu erfinden, wurde 1842 in Innsbruck der Gussasphalt erfunden und wenig später auch erfolgreich im Straßenbau eingesetzt. Im Gegenzug dazu bekommt der Asphalt 1853 aufgrund seiner betonähnlichen Eigenschaften von Léon Malo den Begriff Asphaltbeton übertragen. Um eine ausreichende Verdichtung zu erzielen, geht man 1876 dazu über, den Asphalt mit Walzen zu verdichten.

Der Baustoff Asphalt gewinnt am Anfang des 20. Jahrhunderts zunehmend an Bedeutung, was unter anderem mit dem stetig fallenden Materialpreis zusammenhängt. So gehen 1907 in den Vereinigten Staaten die ersten Asphaltmischanlagen in Betrieb. In Berlin wurde 1914 die AVUS erstmals mit einem Asphaltbelag versehen, um eine höhere Widerstandsfähigkeit zu erhalten.

Neben der Verwendung im Straßenbau, diente der Asphalt 1923 ferner für die Abdichtung von Talsperren. Um den Einbau zu beschleunigen und die Einbauqualität zu verbessern, wird 1924 in Kalifornien erstmals der Einsatz von Straßenfertigern erprobt. Zur Bestimmung der Qualität des Baustoffs entwickelten sich in den darauf folgenden Jahren mehrere Prüfverfahren, welche bis heute Gültigkeit besitzen. So wurde 1936 der Ring und Kugel-Versuch, ein Jahr später der Brechpunkt nach Fraaß und 1941 der Marshall-Test erfunden.

  Durch spezielle Zusatzstoffe wurde es ab 1950 möglich, Asphalt auch in kaltem Zustand einzubauen (so genannter Kaltasphalt). Um die Dicke von eingebautem Asphalt festzustellen, wurde 1959 in Österreich eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode mittels Isotopen entwickelt und erfolgreich erprobt.

Aus dem Wunsch heraus, Oberflächenwasser auf Start- und Landebahnen von Flughäfen möglichst rasch abzuleiten, erfolgte 1963 in England der Einbau von Drainasphalt. Kurz darauf wurde im Jahr 1968 erstmals der Einbau von Splittmastixasphalt durchgeführt.^[11] Anfang der 1970er Jahre begann ausgehend von den Vereinigten Staaten die Anwendung des Asphaltrecyclings. Um eine möglichst zuverlässige Abdichtung zu erhalten, wurde 1979 Asphalt im Deponiebau eingesetzt.

Neben seiner Eignung als Baustoff kommt Asphalt zudem in der Kunst zur Anwendung. So entstand 1998 in Österreich die Asphalt-Art. Michael Scheirl verwendet seither Asphalt als Basismaterial für seine Asphaltbilder.

Herstellung

Natürlicher Asphalt

  Natürlicher Asphalt (auch Erdpech oder Bergteer genannt) entsteht aus Erdöl oder Ölsanden durch Aufnahme von Luftsauerstoff (Oxidation genannt) und Verdunstung von leichtflüchtigen Bestandteilen.

Große Naturasphaltvorkommen befinden sich in Trinidad (der Asphaltsee ist der Ursprung des Trinidad-Naturasphalts), in Venezuela der Lago de Guanoco, in den Schweizer Gemeinden Buttes und Travers sowie im Elsass. Natürliche Asphalte existieren des Weiteren in Kalifornien (beispielsweise in La Brea), Colorado, Argentinien, Syrien, Alberta, Kanada (Ölsande), auf Kuba, am Toten Meer, in Ägypten und Albanien. Bekannt ist auch der Gilsonite genannte Naturasphalt, der seit Mitte des 19. Jahrhunderts im US-Bundesstaat Utah abgebaut wird. Mit seiner Hilfe können die Griffikeit und Dauerhaftigkeit von technisch hergestelltem Asphalt verbessert werden.

Eine deutsche Naturasphaltlagerstätte liegt zum Beispiel in Vorwohle bei Hannover. Derzeit befindet sich im niedersächsischen Holzen der einzige Naturasphalt-Untertagebau in Deutschland. Verarbeitet wird dieser Asphalt in Eschershausen. Die übrigen 15 Abbaugebiete sind in den 1950er und 1960er Jahren aus wirtschaftlichen Gründen geschlossen worden.

Technisch hergestellter Asphalt

Siehe Hauptartikel: Asphaltmischanlage

Der Großteil des eingebauten Asphalts wird in Asphaltmischanlagen hergestellt. Eine Anlage kann dabei je nach Erfordernis entweder stationär oder mobil ausgeführt sein. Ihre Leistungsfähigkeit bewegt sich im Bereich von 130 bis 350 Tonnen Mischgut pro Stunde.^[12] Des Weiteren ist es möglich, dem Herstellungsprozess ausgebauten Asphalt beizugeben und so wiederzuverwerten.

Die Herstellung des Mischgutes erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Steuerung, welche die einzelnen Bestandteile des Asphaltmischgutes in der gewünschten Zusammensetzung vermischt. Hierfür werden zunächst die Mineralstoffe in vordosierter Menge der Trockentrommel zugegeben. Der überschüssige Feinstaubanteil (so genannter Füller) muss anschließend mit Hilfe einer Entstaubungsanlage abgetrennt werden. Das vordosierte Mineralstoffgemisch verlässt die Trockentrommel und gelangt in den Mischturm. Dort erfolgt die genaue Dosierung der warmen Mineralstoffe. Ist die gewünschte Mineralkornzusammensetzung durch die Waage erreicht, wird das vorgewärmte Bitumen in den Mischbehälter eingedüst und ungefähr 15 Sekunden^[13] lang mit den Mineralstoffen vermischt. Anschließend kann das frische Mischgut mit Hilfe des Verladesilos direkt auf die Ladefläche eines Lkws gebracht werden.

Verwendung

  Am häufigsten wird Asphalt zur Befestigung einer Bodenfläche verwendet. Hierbei unterscheidet man zwischen Walzasphalt und Gussasphalt. Walzasphalt erhält den geforderten Verdichtungsgrad erst durch den Einsatz von Straßenwalzen, Gussasphalt lässt sich dagegen flüssig verarbeiten und muss nicht verdichtet werden.

Neben der Verwendung im Straßen- und Wegebau bietet Asphalt noch weitere Einsatzmöglichkeiten. So eignet er sich für Verkehrsflächen auf Flughäfen, Parkplätzen, bei Schienenwegen als Tragschicht unterhalb des Schienenweges aber auch als Abdichtungssystem im Wasserbau und beim Deponiebau. In der Garten- und Landschaftsarchitektur wird zum Beispiel farbiger Asphalt eingesetzt, um Wege, Plätze und Freizeitanlagen zu gestalten.

Abgesehen von den oben genannten Anwendungsfällen dient Asphalt auch als Belag für Renn- und Teststrecken. In diesem Fall werden besonders hochwertige und polierresistente Mineralstoffe sowie ein durch Kunststoffadditive veredeltes Bitumen, ähnlich dem Polymerbitumen im Straßenbau, herangezogen. Der mehrschichtig aufgebaute Belag wird durch die regelmäßigen Brems- und Beschleunigungsvorgänge stark beansprucht, des Weiteren werden hohe Anforderungen an die Griffigkeit der Oberflächenschicht gestellt. Eine neuartige Entwicklung stellt in diesem Zusammenhang die Beigabe von Wolfram im Mischgut dar. Das Ergebnis, eine extrem raue Asphaltoberfläche, wird auf den Auslaufzonen des Circuit Paul Ricard genutzt, um von der Strecke abgekommene Fahrzeuge rasch und ohne wesentlichen Schaden abzubremsen.^[14]

Bei einer speziellen Technik der Radierung, Aquatinta genannt, wird Asphaltstaub verwendet. Die weltweit erste erhaltene Fotografie, die Heliographie von Joseph Nicéphore Nièpce beruht auf der Lichtempfindlichkeit bestimmter Asphaltschichten.^[15]

Asphalttragschicht

  Asphalttragschichten (selten auch als Bitukies bezeichnet) werden als erste Schicht im Straßenoberbau eingebaut und übernehmen die tragende Funktion des befestigten Asphaltpaketes. Sie befinden sich zwischen dem darunter liegenden Planum und der darüber liegenden Binderschicht (falls vorhanden) oder Deckschicht.

Asphalttragschichten geben der Binder- und/oder Deckschicht eine gleichmäßige, standfeste Unterlage. Während der Nutzungsdauer (bei sachkundiger Herstellung bis zu 50 Jahre)^[16] sollen sie im festen Verbund mit Binder- und Deckschicht die Verkehrslasten abtragen und so auf die Unterlage verteilen, dass die gesamte Straßenbefestigung keinen Schaden nimmt. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, ist eine Mindestdicke von 8 cm erforderlich. Beim Überbauen alter (unebener) Fahrbahnbefestigungen sollten in Ausgleichschichten 6 cm Dicke an Einzelstellen nicht unterschritten werden.

Es werden bei der Asphalttragschicht zwischen verschiedenen Mischgutsorten unterschieden, als Bindemittel wird dabei ein Bitumen 50/70 oder 70/100 verwendet.

Asphaltbinderschicht

  Eine Asphaltbinderschicht wird bei stärker belasteten Straßen (ab Bauklasse III) zwischen der darunterliegenden, grobkörnigen Asphalttragschicht und der darüber liegenden, feinkörnigen Asphaltdeckschicht eingebaut. Sie überträgt die durch den Verkehr verursachten Kräfte (darunter besonders die Schubkräfte) in die unteren Schichten der Straße und verhindert Verformungen. Ursprünglich wurde die Binderschicht zur Bindung von ungebundenen Tragschichten genutzt, um eine ebene Oberfläche zu erhalten. Von dieser Nutzung leitet sich der Name der Binderschicht ab.

Bei geringer belasteten Straßen (bis Bauklasse IV) wird Asphaltbinder 0/11 zum Profilausgleich verwendet. Das erleichtert den Einbau einer gleichmäßig dicken Deckschicht mit der benötigten Ebenheit.

Es gibt vier Sorten von Asphaltbindern: 0/22S, 0/16S, 0/16, 011. Sie bestehen aus einer abgestuften Gesteinskörnung – Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand und Gesteinsmehl – und Straßenbaubitumen oder polymermodifiziertem Bitumen als Bindemittel. Die RStO empfehlen je nach Bauklasse eine Schichtdicke von 4 bis 8 cm.

Asphaltdeckschicht

  Asphaltdeckschichten (selten auch als Verschleißschichten bezeichnet) sind die obersten, direkt beanspruchten Schichten der Asphaltbefestigungen. Sie unterliegen den unmittelbaren Einwirkungen des Verkehrs, der Witterung und der Auftaumittel.

Die dort für Deckschichten vorgesehene einheitliche Dicke von 4 cm ist nicht für alle Mischgutsorten zweckmäßig: Sehr grobkörnige Mischgutsorten sollten dicker, sehr feinkörnige können dünner eingebaut werden (Faustregel: Mindesteinbaustärke = Größtkorn x3). Da die Asphaltdeckschicht speziell für die Abnutzung durch den täglichen Verkehr vorgesehen ist, sollte sie in regelmäßigen Abständen im Rahmen eines so genannten Deckenbauprogrammes erneuert werden, um die Straße zu erhalten.

Verkehrsflächen sind so zu bauen, dass sie unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit die gestellten Anforderungen nicht nur bei Inbetriebnahme, sondern auf Dauer erfüllen, sich leicht warten lassen und überhaupt einen geringen Erhaltungsaufwand erfordern. Dafür gibt es unterschiedliche Mischgutarten. Der Unterschied besteht in der Zusammensetzung der Gesteinskörnungen und dem Bindemittelgehalt. Nachfolgend werden die verschiedenen Asphaltdeckschichten erläutert.

Asphaltbeton (Heißeinbau)

Asphaltbeton wird im Straßenbau als Deckschicht verwendet und ist für Straßen der Bauklassen II bis VI und Wege aller Art sowie für andere Verkehrsflächen geeignet. Er wird aus den Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand, Füller und Bitumen hohlraumarm zusammengesetzt. Die Korngröße des mineralischen Anteils kann dabei bis zu 16 mm betragen.

Damit die Decke aus Asphaltbeton eine angemessene Rauheit aufweist, muss sie abgestumpft werden. Dies ist besonders zur Erhöhung der Anfangsgriffigkeit erforderlich. Zum Abstumpfen wird Splitt auf die noch heiße Deckschicht gestreut und mit Walzen fest eingedrückt. Abstreumaterial, das nicht gebunden wurde, muss anschließend entfernt werden.

Die geforderten Eigenschaften für den Bau von Asphaltbeton werden in der ZTV Asphalt StB geregelt. Nach Anforderung unterscheidet sie verschiedene Typen von Asphaltbeton (0/5, 0/8, 0/11, 011S, 0/16S) und gibt Korngrößenverteilung, Art und Menge des Bindemittels, Eigenschaften des Mischgutes (Verdichtungstemperatur, Hohlraumgehalt) und Eigenschaften der Schicht (Einbaudicke, Einbaugewicht, Verdichtungsgrad, Hohlraumgehalt) an.

Die mit „S“ gekennzeichneten Sorten sind besonders verformungsbeständig zusammengesetzt. Die Wahl der Mischgutsorte richtet sich nach der Verkehrsbelastung und der gewünschten Oberflächenstruktur (fein- bis grobrau).

Asphaltbeton wird ferner bei Bauwerken, insbesondere zur Abdichtung von Talsperren, verwendet.

Asphaltbeton (Warmeinbau)

Asphaltbeton im Warmeinbau eignet sich für Deckschichten der Bauklassen IV bis VI, also Verkehrsflächen mit geringer Verkehrsbelastung. Von einer Verwendung auf Fahrbahnen sollte abgesehen werden. Nach dem Einbau und der Verdichtung erreicht der Asphaltbeton seine endgültige Dichtigkeit erst durch die Nachverdichtung unter Verkehr. Inhaltlich setzt sich der Asphaltbeton im Warmeinbau aus einem Mineralgemisch 0/5, 0/8 oder 0/11 sowie einem Fluxbitumen FB 500 zusammen. Zur Verbesserung der Oberflächengriffigkeit sollte die Deckschicht nach dem Einbau mit Splitt abgestumpft werden. Der Einbau erfolgt bei einer Mischguttemperatur von ungefähr 60 °C, Aspahltbeton im Heißeinbau wird dagegen bei 120 °C verarbeitet.

In den Regelwerken ist der Einbau von Asphalt im Warmeinbau aus Gründen des Umweltschutzes nicht mehr vorgesehen, es kommt nur noch vereinzelt zur Anwendung dieses Materials. Das verwendete Flux- oder Verschnittbitumen ist in Deutschland nicht mehr normiert und vielfach durch Gesetze untersagt.

Splittmastixasphalt

Der Splittmastixasphalt ist eine spezielle Sorte des Asphalts für Deckschichten mit einem höheren Bitumen- und Splittgehalt. Es kann entweder gewöhnliches Straßenbaubitumen oder auch polymermodifiziertes Bitumen (kurz PmB) beigegeben werden. So soll die Haltbarkeit erhöht werden, wodurch er für hohe Verkehrsbelastungen wie auf Autobahnen geeignet ist. Zusätzlich müssen noch stabilisierende Zusätze (z. B. Zellulose- oder synthetische Fasern) beigemischt werden. Diese Zusätze haben die Aufgabe, das sozusagen „überdosierte“, in dieser Menge aber benötigte Bitumen während Herstellung, Transport und Einbau an den Mineralstoffen festzuhalten und am Ablaufen zu hindern. Die Oberflächenstruktur ist grobkörnig und ähnlich der von Drainasphalt.

Entwickelt wurde diese Asphaltsorte in den 1960er Jahren in Deutschland, als man Asphaltmastixdecken zur Erhöhung der Standfestigkeit mit Splitt abstreute und diesen einwalzte. Das reduzierte auch den Abrieb durch die damals noch zugelassenen Spikes wesentlich.

Der Anteil der Zusätze beträgt bei allen Sorten zwischen 0,3 und 1,5 % der Gesamtmasse.

Für Splittmastixasphalt in Verkehrsflächen der Bauklasse SV bis III mit besonderen Beanspruchungen müssen besonders polierresistente grobe Gesteinskörnungen (PSV min 53) eingesetzt werden, da die Splittkörner stärker durch Polieren beansprucht werden. Dies liegt an dem im Vergleich zu Asphaltbeton deutlich niedrigeren Sandanteil und der geringeren Berührungsfläche zwischen Reifen und Fahrbahn.

Splittmastixasphalt verträgt in Hinblick auf Verdichtbarkeit und Verformungsbeständigkeit größere Schwankungen der Schichtdicke – zum Beispiel bei unebener Unterlage – als Asphaltbeton, da er relativ unempfindlich gegenüber Nachverdichtung und Verformung ist.

Zu den Einsatzgebieten von Splittmastixasphalt zählen:

• Hoch beanspruchte Straßen
• Verkehrsflächen, die nur kurzfristig dem Verkehr entzogen werden können
• Im Rahmen der Instandsetzung auf unebener Unterlage mit entsprechenden Schwankungen der Einbaudicke
• Wohn- und Erschließungsstraßen im kommunalen Bereich
• Auf innerstädtischen Geh- und Radwegen: Splittmastixasphalt 0/5

Gussasphalt

Siehe Hauptartikel: Gussasphalt   Gussasphalt ist ein Asphalt, der sich durch seinen hohen Anteil von Bitumen und Gesteinskörnern kleiner als 0,09 Millimeter (dem so genannten „Füller“) auszeichnet. Er besteht aus groben und feinen Gesteinskörnungen, Gesteinsmehl und Bitumen. Korngrößenverteilung und Bindemittelgehalt sind so eingestellt, dass die Hohlräume des Gesteinskörnungsgemisches vollständig mit Bitumen ausgefüllt sind und darüber hinaus noch ein geringfügiger Bitumenüberschuss besteht. Dadurch lässt er sich im Gegensatz zu den anderen Asphaltarten flüssig verarbeiten.

Gussasphalt wird vor allem beim Bau hoch beanspruchter Straßen (Autobahnen) und, wegen seiner hohen Wasserdichtigkeit, häufig auf Brücken verwendet. Durch seinen hohen Anteil an Mörtel (Füller und Bitumen) bekommt er eine optisch glatte Oberfläche.

Der Einbau erfolgt mit speziellen Einbaubohlen oder von Hand. Damit die Griffigkeit gewährleistet bleibt, wird beim Einbau des Asphalts feinkörniger Splitt aufgestreut und eingewalzt. Heller Splitt wirkt außerdem aufhellend und vermindert so die Erwärmung bei starker Sonneneinstrahlung.

Gussasphalt besitzt kein in sich abgestütztes Korngerüst. Die Lastabtragung erfolgt größtenteils über den Mörtel, der dazu erheblich steifer sein muss (härteres Bitumen, mehr Füller) als zum Beispiel beim Asphaltbeton. Der steife Mörtel erfordert deutlich höhere Herstellungs- und Einbautemperaturen. Durch Variation der Zusammensetzung lassen sich die Verarbeitbarkeit und Verformungsbeständigkeit in weitem Rahmen steuern, während die Griffigkeit vom eingebundenen Abstreusplitt abhängt.

Asphaltmastix

Asphaltmastix ist eine Mischung aus Bitumen und Gesteinen mit einer Korngröße unter 2 mm. Im Wasserbau wird er zum Verfüllen der Fugen von Steinschüttungen verwendet. Überwiegend dient er zur Abdichtung von Bauwerken, wobei die Verwendung in den 1990er Jahren stark zurückgegangen ist. Asphaltmastix mit einem geringeren Bitumenanteil (ungefähr 12–14 %) wird im Straßenbau auch als Reparaturmaterial zur Oberflächenverbesserung eingesetzt.

Asphalttragdeckschicht

Der Tragdeckschichtasphalt ist ein Asphalt, der die Funktionen von Asphaltdecke und Asphalttragschicht vereint. Er wird vor allem im landwirtschaftlichen Wegebau sowie auf Rad- und Gehwegen eingesetzt, wo wegen des relativ geringen Verkehrsaufkommens eine Befestigung mit gutem Kosten/Nutzen-Verhältnis benötigt wird. Es können gebrochene und ungebrochene Gesteinskörnungen verwendet werden. Falls nach dem Einbau mit starker Verschmutzung zu rechnen ist, wie z. B. bei landwirtschaftlichen Wegen, soll die heiße Oberfläche mit rohem oder bindemittelumhüllten Sand abgestreut werden, um die Rauheit zu verbessern.

Offenporiger Asphalt

  Offenporiger Asphalt (kurz OPA) wird auch als Drain- (teilweise kurioserweise sogar Drän-) oder Flüsterasphalt bezeichnet. Der offenporige Asphalt ist eine spezielle Art des Asphaltbetons, welche in den 1980ern entwickelt wurde.

Die Zusammensetzung zeichnet sich durch ihren hohen Anteil von groben Gesteinskörnen aus, der einen hohen Gehalt an zusammenhängenden Hohlräumen zur Folge hat. Durch diese Hohlräume kann das Regenwasser nach unten abgeleitet werden. Eine Abdichtung aus Bitumen verhindert, dass das Wasser in den Untergrund oder in den Straßenkörper abläuft. Diese besteht aus polymermodifiziertem oder gummimodifiziertem Bitumen und wird zur Befahrbarkeit mit Edelsplitt 8/11 oder 5/8 abgestreut. Diese Schicht wird im englischen Sprachraum Stress Absorbing Membrane Interlayer genannt. Das Oberflächenwasser wird durch die Schrägneigung – einer Kombination aus Längs- und Querneigung – der Straße seitlich abgeleitet. Um das anfallende Wasser sicher ableiten zu können, werden am Rand der Straße entweder spezielle Entwässerungsrinnen eingebaut, oder der befestigte Straßenrand, wie z.B. eine gepflasterte Gosse, müssen um Deckschichtstärke tiefer liegen, damit das Wasser ungehindert abfließen kann. Insgesamt bildet sich auf der Fahrbahnoberfläche durch all diese Maßnahmen nur ein sehr dünner Wasserfilm. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Verkehrssicherheit: zum einen verringert sich die Sprühfahnenbildung, was zu wesentlich besseren Sichtverhältnissen führt, zum anderen wird die Aquaplaning-Gefahr deutlich reduziert.

Der hohe Anteil an Hohlräumen absorbiert außerdem den Schall der Fahrgeräusche, weshalb er auch Flüsterasphalt genannt wird. Dieser Effekt macht sich besonders bei Straßen bemerkbar, bei denen die Reifen-Fahrbahn-Geräusche die Hauptgeräuschquelle darstellen, wie z. B. bei Autobahnen. Zu vernachlässigen ist dieser Effekt, wenn andere Geräuschquellen dominieren; so bei sehr hohen Geschwindigkeiten (Umströmungsgeräusche) und beim Beschleunigen aus niedrigen Geschwindigkeiten (Motorgeräusche).

In einem solchen Fall können neue Entwicklungen im offenporigen Asphalt, z. B. der zweilagige offenporige Asphalt (kurz ZWOPA oder 2OPA) eingesetzt werden. Entsprechende Strecken befinden sich in Deutschland in der Erprobung, beispielsweise auf der A9 bei Garching und der A30 im Bereich Osnabrück. Dieser Baustoff besteht aus zwei Lagen offenporigen Asphalts, die untere mit der Körnung 0/16 und die obere Lage mit der Körnung 0/8.

Während der praktischen Anwendung sind verschiedene Probleme aufgetreten. So ist zwar die Beständigkeit gegenüber Spurrinnenbildung extrem ausgeprägt, es treten jedoch bei niedrigen Temperaturen Schwierigkeiten auf. So läuft im Winter das salzhaltige Wasser, das durch das Streuen entsteht, zu schnell ab, und die Straße wird nur kurzzeitig enteist. Auch muss die zuständige Feuerwehr auf den Umgang mit offenporigem Asphalt geschult werden. Der Einsatz von gängigen Ölbindemitteln würde die Poren im Asphalt verstopfen und das Entweichen des Wassers unmöglich machen.

Ein weiteres Problem sind Beschädigungen der Deckschicht. Es reicht nicht aus, nur Teilbereiche auszutauschen. Wasser würde sich an den Randbereichen sammeln und im Winter zu gefährlicher Eisglätte führen. Schwierigkeiten bereitet die Sanierung von längeren geschädigten Streckenabschnitten. Lokale Schädigungen werden derzeit durch den Austausch der Deckschicht behoben. Die Möglichkeiten zur groß- und kleinflächigen Sanierung von geschädigten OPA-Belägen befindet sich noch im Versuchsstadium.

Die Behauptung, offenporiger Asphalt habe eine geringere Griffigkeit und sei damit ein Problem für die Verkehrssicherheit, kann bislang nicht gestützt werden. Auch das Argument, der erhöhte Anteil grober Gesteinskörnungen sorge für eine höhere Griffigkeit, stimmt nicht. Für die Griffigkeit des Asphalts ist vor allem die Qualität des Mischgutes und weniger die Korngrößenverteilung verantwortlich.

Niedrigtemperaturasphalt

Vor allem um Energie bei der Herstellung von Asphaltmischgut zu sparen und damit den Ausstoß an Kohlendioxid (CO₂) zu reduzieren, aber auch unter dem Aspekt des Gesundheits- und Arbeitsschutzes werden seit einiger Zeit Niedrigtemperaturasphalte (kurz NTA) erprobt. Der normalen Asphaltrezeptur werden Zusätze in Form von Wachsen oder Zeolithen zugegeben (Additive), die es ermöglichen, den Asphalt bei niedrigeren Temperaturen zu mischen und einzubauen, ohne dass dabei seine Verarbeitungseigenschaften und seine Gebrauchseigenschaften beeinträchtigt werden. Die NTA wurden in Deutschland entwickelt und mittlerweile auch in den USA, Frankreich und zahlreichen anderen Ländern erfolgreich eingesetzt. Eine um 10 °C abgesenkte Herstellungstemperatur spart bis zu 10 % Energie. Außerdem entweichen dem Asphalt exponentiell mit ansteigender Temperatur mehr Dämpfe und Aerosole aus dem Bitumen. Eine Gesundheitsgefährdung durch diese Dämpfe und Aerosole konnte bisher nicht nachgewiesen werden, jedoch kann sie eine Geruchsbelästigung darstellen. Durch den Einsatz von NTA werden die Arbeitsbedingungen auf den Baustellen deutlich verbessert. Seit dem Mai 2006 regelt das „Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt – M TA“ der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen (FGSV) den Einsatz und die Ausführung von temperaturabgesenkten Asphalten.

Gestaltung der Oberfläche

  Durch die Verwendung von farbigen Gesteinskörnungen, Farbpigmenten und/oder einfärbbaren Bindemitteln kann die Asphaltoberfläche den jeweiligen Anforderungen an die farbliche Gestaltung angepasst werden. Die Textur der Asphaltdeckschicht lässt sich über die Größe der Gesteinskörnungen variieren. Weitere Möglichkeiten, optische Effekte zu erzeugen, sind auftragende oder abtragende Verfahren.

Zusätzlich kann die Oberfläche durch verschiedene patentierte Verfahren strukturiert werden. Im StreetPrint-Verfahren werden Stahlschablonen mit einer Rüttelplatte in den noch warmen Asphalt geprägt. Mit diesem Verfahren kann beinahe jedes Pflastersteinmuster imitiert werden.

Im DuraTherm-Verfahren wird der Asphalt mithilfe von speziellen Heizgeräten aufgeheizt. Die Art der Erhitzung spielt hierbei eine wichtige Rolle. Es ist wichtig, dass der Asphalt nicht nur oberflächig erhitzt wird, sondern die Wärme tief eindringt. Nur so ist gewährleistet, dass beim Einprägen einer Plastikschablone das Korn nicht beschädigt wird. Bei zu großer Hitze würde das Bitumen verbrennen. Diesen Mittelweg zwischen tiefgehender Erhitzung ohne Verbrennung der Oberfläche erfüllen nur qualitativ hochwertige Heizgeräte. Nach der Erhitzung wird eine Plastikschablone mit breiten Stegen mittels einer Rüttelplatte in den Asphalt geprägt. In die entstandenen Fugen wird ein thermoplastisches Material eingelegt. In einem zweiten Heizgang wird dieses Thermoplast mit dem Asphalt verschweißt. Wichtig ist, dass bei diesem Verfahren das thermoplastische Material ungefähr 1 mm tiefer als die Asphaltoberfläche liegt. Die Hauptlast des Verkehrs liegt also auf dem Asphalt, nicht auf dem Thermoplast. Diese Art der Gestaltung hält daher hohen Verkehrsbelastungen stand.

Das A.R.T.-Stone-Verfahren versiegelt den darunter liegenden Asphalt. Ein epoxybasierender Kunstharz wird auf den Asphalt aufgetragen und mit farbigem Splitt bestreut. Das Ergebnis nach der Aushärtung ist eine dekorative farbliche Oberfläche, die verkehrsbeständig ist.

Recycling

  Aufgrund der Tatsache, dass es sich bei Asphalt um einen thermoplastischen Baustoff handelt, kann dieser beliebig oft wiederverwertet werden. Hierzu ist der Asphalt beispielsweise durch Abfräsen auszubauen und das so entstandene Asphaltgranulat erneut dem Herstellungsprozess beizugeben. Voraussetzung dafür ist, dass der ausgebaute Asphalt frei von Fremdstoffen und gesundheitsschädlichen Substanzen (beispielsweise Teer) ist. Rechtliche Grundlage für die Wiederverwertung von Asphalt bildet in Deutschland das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz. In der Schweiz und Österreich gelten die entsprechenden Merkblätter zum Umgang mit Ausbauasphalt.

Neben der Wiederverwertung im Mischwerk (so genanntes Recycle in Plant) kann der Asphaltbelag auch an Ort und Stelle erneuert werden (Recycle in Place). Bei dieser Methode kommen verschiedene Heißrecycling-Verfahren zur Anwendung, bei denen die Asphaltschicht erwärmt und anschließend aufgelockert wird. Im nächsten Arbeitsgang können gegebenenfalls Zusatzstoffe beigeben und das Mischgut wieder eingebaut und verdichtet werden.

Siehe auch

• Andere Decken: Halbstarrer Belag, Pflaster (Belag), Makadam
• Asphaltbauer

Normen und Standards

Europa:

• EN 12697 Prüfverfahren für Heißasphalt

Deutschland (FGSV-Verlag):

• Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Tragschichten im Straßenbau (ZTV T-StB)
• Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 01)
• Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für die Befestigung ländlicher Wege (ZTV LW)
• Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau (TL Gestein–StB)
• Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat (TL AG-StB)
• Technische Lieferbedingungen für gebrauchsfertige polymermodifizierte Bindemittel (TL PmB)
• Richtlinie für die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen (RStO 01)
• Richtlinie für den ländlichen Wegebau (RLW)
• Richtlinie für die Anlage von Straßen (RAS)
• Merkblatt für die Verwertung von Asphaltgranulat (M VAG)
• Merkblatt Dünne Schichten im Heißeinbau auf Versiegelung (M DSH-V)
• Merkblatt für den Bau kompakter Asphaltbefestigungen (M KA)
• Merkblatt für den Bau griffiger Asphaltdeckschichten
• Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt

Östereich:

• ÖNORM B 3580 bis B 3586 Asphaltmischgut – Mischgutanforderungen
• ÖNORM EN 1097 Prüfverfahren für mechanische und physikalische Eigenschaften von Gesteinskörnungen

Schweiz:

• SN 670401 bis SN 670443 Prüfverfahren für Heissasphalt
• SN 670141 Ausbauasphalt
• SN 640431 Verschiedene Asphaltsorten

Literatur

• Ed. Graefe: Der Asphaltsee auf der Insel Trinidad und Verwertung des Trinidadasphalts. Zeitschrift für angewandte Chemie 26, S. 233–239 (1913), ISSN 0932-2132
• Zirkler, Eduard: Asphalt: ein Werkstoff durch Jahrtausende. Isernhagen: Giesel-Verlag, 2001. ISBN 3-87852-010-7
• Wie gehe ich mit Ausbauapshalt um? Merkblatt, Aushub-, Rüchbau- und Recycling-Verband Schweiz (ARV)

Einzelnachweise

1. ↑ Batran, Bläsi, Eichner: Grundwissen Bau 14. Auflage. Handwerk und Technik Verlag (2003), Seite 208
2. ↑ Felix Kern: Faszination Strassenbau, Motorbuch Verlag, 2005, ISBN 3-6130-2499-3, Seite 52
3. ↑ D. Richter, M. Heindel: Straßen- und Tiefbau, Teubner Verlag, 2004, ISBN3-519-35621-X, Seite 11
4. ↑ Schweizerische Vereinigung für Baufachlehrer: Untersuchung Strassenbau, 2004, Seite 29
5. ↑ Statistik zur Asphaltproduktion in Deutschland, herausgegeben vom Deutschen Asphalt Verband (Pdf)
6. ↑ Studie des Austrian Bioenergy Centre GmbH, 2006, Seite 13
7. ↑ Eduard Zirkler: Asphalt, ein Werkstoff durch die Jahrtausende, Giesel Verlag (2001), Seite 49
8. ↑ Microsoft Corporation: Microsoft Encarta Professional 2003, Artikel: Asphalt
9. ↑ Eduard Zirkler: Asphalt, ein Werkstoff durch die Jahrtausende, Giesel Verlag (2001), Seite 82 ff.
10. ↑ Felix Kern: Faszination Strassenbau, Motorbuch Verlag (2005), Seite 12
11. ↑ Felix Kern: Faszination Strassenbau, Motorbuch Verlag (2005), Seite 16
12. ↑ Frey, August, Günter: Bautechnik Fachkunde Bau, 10. Auflage Europa Lehrmittelverlag (2003) Seite 97
13. ↑ J. Hutschenreuther, T. Werner: Asphaltim Straßenbau, Verlag für Bauwesen (1998)
14. ↑ Bericht von FIA Institute zum neuen Circuit Paul Ricard
15. ↑ Eduard Zirkler: Asphalt, ein Werkstoff durch die Jahrtausende, Giesel Verlag (2001), Seite 109
16. ↑ Asphaltschichten und ihre Aufgaben – Asphalttragschichten (Informationen vom DAV)