Straße mit neuer Funktion

Nachhaltiger Verkehrswegebau fängt bei STRABAG schon bei der Rezeptur an. Das Unternehmen hat ein einzigartiges System im Asphaltbau entwickelt, das für saubere Luft und weniger Lärm auf der Straße sorgt.
Martin Muschalla
Projektleiter TPA GmbH

Rezept für eine Straße mit neuer, zusätzlicher Funktion – man nehme:

Quarzmehl und Quarzsand

Beide Gesteinskörnungen wirken festigkeitsbildend. Quarzsand ist für die Bildung des Betongerüsts verantwortlich, Quarzmehl für die Füllerwirkung. Die Stoffe gehören zu den Hauptbestandteilen des Granulats.

Titandioxid

Unter UV-Licht reagiert TiO2 als Katalysator und beschleunigt die Umwandlung von Stickoxiden in unschädliche, wasserlösliche Nitrate. Bei der Reaktion werden die TiO2-Teilchen nicht verbraucht.

Zement

dient als Bindemittel und ist Hauptbestandteil des innovativen Asphalts. Es erzeugt festigkeitsbildende CSH-Phasen durch die Hydratation von Zementklinker (z.B. C3S, C2S) mit Anmachwasser.

Der nachhaltige HighTech Belag ClAir® Asphalt hat eine schadstoff- und lärmmindernde Funktion. Das synthetische Abstreumaterial wird aus gebrochenem, mit Titandioxid versetztem, ultrahochfestem Beton (UHPC) hergestellt. Titandioxid wird für die Photokatalyse eingesetzt.
Verschiedene Chargen des innovativen Granulats werden beim Hersteller FC Nüdling zum Test bereitgestellt. Die Serien lagern in Tüten.
In fünf Jahren Forschungsarbeit wurden viele Materialstudien zu verschiedenen Granulaten und Asphaltoberflächen durchgeführt. Die Proben lagern bei FC Nüdling im Labor.
Im Labor wird auch untersucht, wie das Abstreumaterial unter UV-Licht reagiert. Titandioxid wirkt als Katalysator und beschleunigt die Umwandlung von Luftschadstoffen wie Stickoxid in unschädliche Nitrate.
Die Ergebnisse der Messungen unter UV-Strahlung werden im Labor ausgewertet.
Das Abstreumaterial wird direkt in den Asphalt eingebunden und gibt ihm eine hellere Oberfläche.
Titandioxid ist wichtiger Bestandteil des synthetischen Streumaterials. Es ist ein natürlich vorkommendes Material, das im Tagebau gewonnen oder über chemische Prozesse hergestellt wird. Mit seiner ultraweißen Farbe, der Eigenschaft, Licht zu streuen, und seiner UV-Beständigkeit ist TiO2 ein in Farben, Lebensmitteln und Kosmetikprodukten gebräuchlicher Inhaltsstoff.
Quarzsand ist für die Bildung des Betongerüsts im Granulat verantwortlich.
Zement ist wichtiges Bindemittel im Abstreumaterial und erzeugt festigkeitsbildende CSH-Phasen durch die Hydration von Zementklinker mit Anmachwasser. Es gehört zum Hauptbestandteil des Materials.
Quarzmehl und Quarzsand sind festigkeitsbildende Gesteinskörnungen. Das hier gezeigte Quarzmehl ist für die Füllerwirkung verantwortlich. Der Stoff gehört wie Quarzsand zu den Hauptbestandteilen des Granulats.
Der neue Straßenbelag im Test: Luftschadstoffe werden auf den ClAir® Asphalt geleitet und die Umwandlung von Stickoxiden in unschädliche Nitrate gemessen. Dabei werden die Testergebnisse von zwei Straßenzügen, einem mit und einem ohne ClAir® Asphalt, verglichen.

Das synthetische Streumaterial für ClAir® Asphalt besteht aus gebrochenem, mit Titandioxid und weiteren Materialien versetztem ultrahochfestem Beton (UHPC). Die UHPC-Rohlinge haben einen TiO2-Anteil von etwa fünf Prozent. Für das Abstreumaterial werden die Rohlinge auf eine 1/3 mm Körnung (TiO2-Anteil < 1 %) gebrochen. Es ist für alle Belastungsklassen einsetzbar. Beim Einbau wird circa ein Kilogramm des Granulats pro Quadratmeter Straße direkt in den heißen Asphalt eingestreut. Unter UV-Licht beschleunigt das Material die Umwandlung von Luftschadstoffen wie Stickoxide in unbedenkliche Nitrate. Außerdem verringert es den Lärm der darüber fahrenden Fahrzeuge.

STRABAG entwickelte in diesem Projekt nicht nur die Rezeptur und das Einbauverfahren, sondern hat auch die Maschinen- und Verarbeitungstechnik sowie die Sensorik zur Überwachung der Temperatur und Verteilung des Mischguts optimiert. Geleitet wurde das Projekt von der Gruppe PSS mit Sitz im hessischen Bad Hersfeld.

Sehen Sie hier, wie der neue Baustoff und die Einbautechnik bei einer Baumaßnahme (oder auf einer Untersuchungsstrecke) auf der Bundesstraße 1 in Geltow bei Potsdam getestet werden.

Zahlen und Fakten
Um bis zu 26 %
kann durch das neue System die Stickoxid-Konzentrationen in der Luft reduziert werden. Dies wurde in Feldversuchen ermittelt.
6.500 m2 ClAir® Asphalt
wurden beim Feldversuch in Geltow an einem Tag eingebaut.
Der ClAir® (Clean Air) Asphalt
wurde im vom Bund geförderten Verbundforschungsprojekt NaHiTAs entwickelt, an dem das STRABAG-Kompetenzzentrum TPA mit renommierten Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft beteiligt war.
Im Zuge der Sanierungsarbeiten auf der B1 wird der ClAir® Asphalt in Geltow, Brandenburg, eingebaut. Auf der Demonstrationsstrecke wird die Reduzierung von Stickoxid durch die photokatalytischen Eigenschaften des Asphalts erprobt. Die Anwohnerinnen und Anwohner profitieren später auch von der lärmmindernden Wirkung des Belags.
Das Abstreumaterial steht in großen weißen Säcken am Straßenrand bereit. Da die TiO2-Schicht nur im Kontakt mit UV-Strahlung aktiv ist, muss das Einbaumaterial direkt auf die Fahrbahnoberfläche gebracht werden.
Martin Muschalla, Projektleiter bei der TPA, erklärt den anwesenden Besucherinnen und Besuchern den Einbau des nachhaltigen ClAir® Asphalts.
Am eigens entwickelten Innovationsbunker beschreibt Martin Muschalla das innovative Einbauverfahren
Sebastian Czaja (rechts) verfolgt den Einbau der Demonstrationsstrecke in Geltow. Der Projektingenieur hat den Forschungs- und Umsetzungsprozess von Anfang an begleitet.
Asphalteinbau auf der B1 in Geltow bei Potsdam: Ein Team aus Straßenbauern, Ingenieuren und Projektleitern bringt den innovativen Asphalt auf die Straße.
Der Innovationsbunker besteht aus zwei Komponenten: der Asphaltbunker wird mit heißem Asphalt gefüllt, danach wird die Asphaltbeschickung kurzzeitig unterbrochen und der Streubunker mit Abstreumaterial beladen.
Der fertigerintegrierte Streuer ermöglicht die direkte Einbindung des Abstreumaterials in die Asphaltdeckschicht und sorgt für ein gleichmäßiges und bedarfsgerechtes Streubild.
Der Dynapac DF 145 – der Forschungsfertiger wird für die Entwicklungsprojekte eingesetzt. Für den Anbau des fertigerintegrierten Streuers, des Innovationsbunkers, des Förderbandes und der elektronischen Kopplung zwischen Fertiger und Streuer wurde die Baumaschine leicht modifiziert.
Der Streuer ist am Fertiger direkt hinter der Einbaubohle angebracht. Durch eine elektrische Kopplung passt sich der Streuer an die Geschwindigkeit des Fertigers an. Dadurch wird die Streumenge während des Einbaus gleichmäßig gehalten.
Der Innovationsbunker besteht aus einem Asphalt- und einem Streumaterialbunker und ist mit Temperatur- und Füllstandsensoren ausgestattet.
Um Asphalt und Abstreumaterial zu verdichten, wird die Straße im Anschluss gewalzt.
Für eine vollflächige Abstreuung wird nur eine geringe Menge des Abstreumaterials benötigt – etwa 1,3 kg/m².
Die Sensoren im Innovationsbunker messen Füllstand und Temperatur des Asphalt- und Abstreumaterials. Zeigt ein Wert Unregelmäßigkeiten, kann schnell reagiert werden.

Der Einbau des Straßenbelags

1. Der fertigerintegrierte Streuer

Das Streuermodul ist am Fertiger direkt hinter der Einbaubohle angebracht. Durch eine elektrische Kopplung passt sich der Streuer an die Geschwindigkeit des Fertigers an, wodurch die Streumenge während des Einbaus gleichmäßig bleibt. Für eine vollflächige Abstreuung ist nur eine geringe Menge des Abstreumaterials notwendig – ca. 1,3 kg/m2.

Die Streubreite beträgt zwischen 2,5 und 5 m, mit Anbauteilen ist der fertigerintegrierte Streuer bis auf 8 m ausfahrbar. Die Streumenge beträgt 300 bis 3000 Gramm pro Quadratmeter.

2. Der Innovationsbunker

Das Beschickungskonzept befüllt den fertigerintegrierten Streuer kontinuierlich mit dem Abstreumaterial. Der Innovationsbunker besteht aus einem Asphalt- und einem Streumaterialbunker. Er ist außerdem mit Temperatur- und Füllstandsensoren ausgestattet. Eine hydraulische Klappe auf dem Streumaterialbunker ermöglicht eine getrennte Befüllung von Asphaltmischgut und Streumaterial. Das Abstreumaterial wird mittels eines Förderbands an den Streuer hinter die Einbaubohle befördert. Etwa 27 t Material fasst der Asphaltbunker. Bis zu 2 t beträgt die Füllmenge des Streumaterialbunkers.