Neue Methode reduziert Asphalt-Abfälle im Straßenbau
Durch die Erneuerung und Ausbesserung vieler Straßen sammelt sich zunehmend alter Asphalt auf Schweizer Deponien an. Um Ressourcen zu schonen soll künftig mehr Straßenmaterial recycelt werden und zurück in den Straßenbau fließen. Ein Forschungsteam hat dafür bestehende Herstellungsmethoden angepasst und den recycelten Asphalt getestet.
Teststrecke auf dem Lukmanierpass: Strassen in Höhenlagen sind besonders anfällig auf Risse.
Foto: Empa
Straßen sind sowohl durch den regelmäßigen Verkehr als auch durch wechselnde Witterungseinflüsse hohen Belastungen ausgesetzt. Diese führen im Laufe der Zeit zur Abnutzung und zum Verschleiß der Straßenoberfläche in Form von Rissen, Spurrillen oder Unebenheiten. Kaputte Straßen stellen ein Verkehrsrisiko dar und müssen daher regelmäßig ausgebessert oder sogar vollständig erneuert werden.
In der Schweiz wird ein Teil des alten Asphalts recycelt (Ausbauasphalt) und für den Bau von neuen Straßen verwendet. Doch der größere Teil, etwa 750.000 Tonnen Asphalt, landet jährlich auf den Deponien. Das Problem: Aufgrund der Materialeigenschaften und bestehender Produktionsprozesse kann Asphalt nicht ohne Weiteres aufbereitet und in neue Straßen eingearbeitet werden. Zusammen mit verschiedenen Forschungseinrichtungen hat sich der Forscher Martins Zaumanis der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) diesem Problem angenommen und Lösungsansätze entwickelt, um die Recycling-Anteile im Asphalt zu erhöhen.
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Bisherige Probleme bei der Nutzung von Ausbauasphalt
Das Recycling von altem Asphalt trägt zur Schonung von Ressourcen bei, reduziert den Energieverbrauch und die Umweltauswirkungen des Straßenbaus. Da stellt sich die Frage, wieso sogenannter Ausbauasphalt (RAP – Reclaimed Asphalt Pavement / aufbereiteter Asphalt) nicht viel häufiger für den Bau neuer Straßen eingesetzt wird?
Hierfür gibt es gleich mehrere Gründe. Zum einen besteht Asphalt aus einer Gesteinsmischung und einem Bindemittel. Dieses Bindemittel altert jedoch im Laufe der Zeit und wird steif. Dadurch ist alter Asphalt anfälliger für Risse. Zum anderen lässt sich der alte, aufbereitete Asphalt häufig nicht so gut mit dem neuen Asphalt vermischen. Ein weiteres Problem besteht in der fehlenden Homogenität von RAP. Das aufbereitete Material stammt aus unterschiedlichen Straßenschichten, ist unterschiedlich alt und weist unterschiedliche Granulatgrößen auf. Dieses Gemisch ist jedoch nicht mit einem Hochleistungsasphalt vergleichbar und wird gegebenenfalls den Ansprüchen nicht gerecht.
Neue Ansätze zur Lösung des Asphalt-Problems
Um den Anteil an recycelten Asphalt im Straßenbau zu erhöhen muss ein Umdenken auf mehreren Ebenen stattfinden. „Dazu braucht es ein besseres Verständnis vom Zusammenspiel von Ausbauasphalt und neuem Material, angepasste Produktionsprozesse und – vor allem – praxisnahe Anleitungen und Instrumente für die Industrie“, sagt Empa-Forscher Martins Zaumanis.
In dem Forschungsprojekt „HighRAP“, das Zumanis gemeinsam mit dem Bundesamt für Straßen (ASTRA), dem Bundesamt für Umwelt (BAFU), den Kantonen Zürich und Graubünden und mehreren Industriepartnern von 2019 bis Anfang 2023 durchgeführt hat, stellen die Forschenden verschiedene Neuerungen vor, die zur Lösung der bisherigen Probleme mit Ausbauasphalt beitragen sollen.
Eine Neuerung bezieht sich auf den Ausbau des alten Asphalts und dessen Aufbereitung. Alter Asphalt wird in der Regel von der Straße gefräst oder gebrochen. Dabei sollte möglichst die Gesteinskörnung unversehrt bleiben und wenig Staub entstehen, um die Wiederverwendung des Ausbauasphalts zu vereinfachen. Ein weiterer Punkt betrifft das Bindemittel, dessen Gehalt und Eigenschaften sich je nach Materialquelle stark unterscheiden. Zaumanis liefert ein einfaches Rechenmodell, das die zuverlässige Variabilität je nach Einsatzzweck festlegt. Ein solches Modell stellt er auch für die Optimierung von gealtertem Bindemittel zur Verfügung, um dieses wieder nutzbar zu machen. Noch dazu schlägt der Forscher vor, leistungsorientierte Testverfahren in den Herstellungsprozess einzubinden, um das Material besser auf mögliche Verformungen hin untersuchen zu können.
Reale Test auf der Straße mit Ausbauasphalt
„Letztlich sind es aber vor allem erfolgreiche Pilotprojekte und reale Teststrecken, die den Straßeneigentümern und den Straßenbauern das Vertrauen in Asphalt mit einem hohem RAP-Gehalt geben können“, sagt Zaumanis. Aus diesem Grund wurden im Zuge des Projekts zwei Straßenabschnitte mit unterschiedlichen Anteilen von Ausbauasphalt angelegt.
Der vielbefahrene Streckenabschnitt in Uster besteht zu 30 Prozent aus RAP in der Deckschicht und zu fast 50 Prozent RAP in der darunterliegenden Binderschicht. Der Straßenabschnitt über dem Lukmanierpass befindet sich in einer Höhenlage von 1900 Metern, wo der Straßenbelag großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Hier wurde Asphalt mit 85 Prozent RAP-Gehalt in der Fundationsschicht und ein Asphalt mit 70 Prozent RAP-Gehalt in der darüber liegenden Trag- und Binderschicht verbaut.
Beide Straßenabschnitte werden im Rahmen des Projekts noch weiterhin untersucht. Bisherige Ergebnisse zeigen jedoch, dass der recycelte Asphalt sowohl dauerhaften Belastungen als auch großen Temperaturschwankungen erfolgreich trotzt. Die Studie und die darin enthaltenden Ansätze zum Abbau und zur Verarbeitung von Ausbauasphalt könnten demnach einen wichtigen Beitrag zur Schonung von Ressourcen im Straßenbau leisten.
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