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Steigerung der Asphalteinbauqualität

Der konstruktive Straßenbau beinhaltet die Dimensionierung, die Herstellung und die Erhaltung des Verkehrswegenetzes für Kraftfahrzeuge, Radfahrer und Fußgänger. Die Herstellung der Verkehrswege kann auf verschiedene Arten mit unterschiedlichen Baustoffen erfolgen. In Europa sind 80% aller Straßen mit Asphalt befestigt. Diesem Baustoff kommt daher hier eine besondere Bedeutung zu.

Innovationsfertiger im Einsatz.

Bei asphaltierten Verkehrswegen lassen sich zwei Schadensformen beobachten, die zu einer Verkürzung der Nutzungsdauer führen können: unzureichende Standfestigkeit (Verformungsbeständigkeit) und mangelnde Ermüdungsbeständigkeit.

Aus diesem Grund haben sich verschiedene Partner aus Verwaltung, Wissenschaft und Industrie Ende 2012 zusammengeschlossen, um gemeinsam Lösungen für die Beseitigung qualitätsbeeinflussender Schwachstellen bei der Ausführung von Asphaltdecken zu entwickeln und umzusetzen. Die Auswertungen mehrerer Forschungsprojekte ergaben, dass insbesondere die von der Herstellung des Asphaltmischguts, über den Transport bis hin zum Einbau auftretenden Bearbeitungsstufen erhebliche Potenziale zur Sicherung der Mischgutqualität besitzen.

Auf Grundlage dieser Erkenntnisse gab das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (heute Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI)) am 18.10.2013 die „Einsatzankündigung von Maßnahmen zur Steigerung der Asphalteinbauqualität“ bekannt.

Schematischer Aufbau des Innovationsfertigers.Foto: Grafik: Strabag

Schlüsselpositionen

Die Schlüsselpositionen, die das BMVI im Maßnahmenkatalog beschreibt, sind:

• Mischguttransport mit thermoisolierten Transportfahrzeugen,

• Einsatz von Übergabegeräten (Beschicker).

Sie werden bei zukünftigen Baumaßnahmen stufenweise als Standardregelungen für Neubau- und Erhaltungsmaßnahmen im Asphaltstraßenbau ausgeschrieben.

Seit 2015 sind Transportfahrzeuge, und zwar sowohl Neu- als auch Bestandsfahrzeuge, mit thermoisolierten Transportmulden auszustatten. Die Temperaturmesseinrichtung für das Ablesen der Asphalttemperatur soll über definierte Messpunkte in der Transportmulde erfolgen.

Die zweite Schlüsselposition des Maßnahmenkatalogs ist der Einsatz von Beschickern. Diese sollen die Anfahrstöße während des Einbaus und Unterbrechungen durch Wechselspiele zwischen Lkw und Fertiger verhindern. Außerdem erhöht der Beschicker die Prozesssicherheit für einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Asphalteinbau.

Aktiver Transponder vor dem Einbau.Foto: Foto: Strabag

Untersuchungsstrecke B 184

Ziel des Projekts Untersuchungsstrecke B 184 war es, die Umsetzung der Einsatzankündigung in der Praxis zu erproben und auszuwerten.

Projektbeteiligte an der Untersuchungsstrecke war die Landesstraßenbaubehörde Sachsen-Anhalt, Regionalbereich Ost in Dessau-Roßlau. Die Strabag SE war zusammen mit ihrem Tochterunternehmen Strabag AG (Direktion Hannover Sachsen-Anhalt), TPA GmbH und BMTI als Auftragnehmerin für die Bauausführung, Qualitätssicherung, den Einsatz von Innovationen und die notwendigen Anpassungen am Fertiger verantwortlich. Die Technische Universität Braunschweig führte Forschungsleistungen und die Erarbeitung des technischen Konzepts der Umsetzung aus.

Für die Projektausführung kam ein sogenannter „Innovationsfertiger“ zum Einsatz. Mit Hilfe der eingesetzten Module am Innovationsfertiger werden die Prozesssicherheit gesteigert und qualitätsmindernde Einflüsse während des Einbaus von Asphaltdecken reduziert. Zudem ist eine stetige Qualitätskontrolle während des Baustellenbetriebs gewährleistet. Bei den Modulen handelt es sich um Eigenentwicklungen, Prototypen und Produkte aus der Industrie, die nachträglich am Innovationsfertiger installiert wurden.

Manuelle Messung an einer Thermomulde.Foto: Foto: Strabag

Die nachgerüsteten Module zur Qualitätssteigerung und Effizienzerhöhung dienen der:

• kontinuierlichen Schichtdickenanzeige,

• kontinuierlichen Temperaturmessung im Bunkerbereich,

• kontinuierlichen Temperaturmessung bei der Querverteilung,

• kontinuierlichen Temperaturmessung hinter der Einbaubohle,

• Optimierung der Querverteilung,

• kontinuierlichen Anzeige der Wegstrecke,

• kontinuierlichen Anzeige der vorherrschenden Witterungsbedingungen.

Für die Erprobung des Maßnahmenkatalogs wurde die Untersuchungsstrecke „Deckenerneuerung B 184 Heidekrug-A 9“ ausgewählt. Die Strecke mit einer Gesamtlänge von 2,9 km befindet sich in Sachsen-Anhalt, im Landkreis Anhalt-Bitterfeld. Das Bauvorhaben wurde in zwei Bauabschnitte (Referenzfeld und Innovationsfeld) aufgeteilt.

Untersuchungsschwerpunkte des Forschungsprojekts:

• Einsatz des Innovationsfertigers und Übergabefertigers (Beschicker),

• Transport des Asphaltmischguts mit thermoisolierten Fahrzeugen,

• Einsatz von thermoisolierten Fahrzeugen mit digitaler Messeinrichtung (Prototypen),

Automatische Messung im Bunkerbereich.Foto: Foto: Strabag

Bauabschnitt 1: Referenzfeld

• ca. 500 m lang,

• Ø 8,28 m breit,

• konventioneller Asphalteinbau ohne Einsatz der qualitätssteigernden Maßnahmen.

Bauabschnitt 2: Innovationsfeld

• ca. 2.400 m lang,

• Teilstück 1 (Referenzfeld/OL Heidekrug): Ø 8,28 m breit,

• Teilstück 2 (OL Heidekrug/AS Dessau-Süd/A 9): Ø 7,78 m breit,

• Asphalteinbau mit qualitätsverbessernden Maßnahmen.

Für beide Felder wurde der Innovationsfertiger eingesetzt, der sowohl für die konventionelle als auch die innovative Einbauvariante kompatibel ist. Nach Fertigstellung des Referenzfelds wurden die qualitätsverbessernden Module am Fertiger montiert und ein Beschicker eingesetzt.

Aufnahme mit einer Thermokamera.Foto: Foto: Strabag

Untersuchungskonzept:

Die Mischguttemperatur stellt den entscheidenden Parameter beim Asphalteinbau zum Erreichen der geforderten Qualität dar. Demnach lag der Fokus auf der Untersuchungsstrecke „B 184 Heidekrug-A 9“ auf der lückenlosen Erfassung des Temperaturverlaufs von der Asphaltmischanlage bis zum Verdichtungsvorgang der Walzen. Im Detail ging die Erfassung des Temperaturverlaufs wie folgt vonstatten.

Messung an der Mischanlage:

An der Mischanlage wurde die Mischguttemperatur automatisch über Infrarot erfasst und auf den Lieferschein übertragen (Ausgangstemperatur). Darüber hinaus erfolgte die Messung der Mischguttemperatur bei den thermoisolierten Fahrzeugen nach der Beladung manuell an den vom BMVI definierten Messpunkten (Messung durch Einstichthermometer in 5-cm-, 10-cm- und 15-cm-Tiefe innerhalb der Mulde).

Thermomulde im Einsatz.Foto: Foto: Strabag

Messung vor dem Abladen des Mischguts:

Bei Ankunft der Thermomulden auf der Baustelle wurden die Temperaturen des Asphaltmischguts im Zusammenhang mit der Außentemperatur und der Fahrzeit der Thermomulden nach identischem Messschema wie an der Mischanlage erfasst.

Neben der manuellen Temperaturmessung wurden die Thermomulden mit einer Wärmebildkamera aufgenommen und dokumentiert.

Messung im Bunkerbereich:

Beim Abladen des Materials in den Bunker wurde die Temperatur für jedes Fahrzeug manuell gemessen und dokumentiert. Im Bunker des Straßenfertigers waren zudem drei Einzelsensoren an den Oberflächenscanner angeschlossen, um die Temperatur kontinuierlich zu messen und zu erfassen.

Messung bei der Querverteilung:

Eine weitere Messung und Dokumentation der Temperatur erfolgte bei der Querverteilung des Mischguts im Straßenfertiger, und zwar digital durch einen weiteren Einzelsensor.

Messung hinter der Einbaubohle:

Die Oberflächentemperatur direkt hinter der Einbaubohle wurde durch den Oberflächenscanner kontinuierlich erfasst und dokumentiert. Die Kerntemperatur wurde hinter der Einbaubohle manuell in einem definierten Abstand gemessen und dokumentiert. Zur Messung der langfristigen Kerntemperatur wurden Transponder in den Straßenkörper verlegt. Mit Hilfe dieser Transponder kann der Abkühlprozess des Mischguts erfasst werden.

Walzvorgang.Foto: Foto: Strabag

Flächendeckende Verdichtungskontrolle Asphalt (FDVK-A)

Zur Prozessoptimierung für eine gleichmäßige Walzverdichtung erfolgte der Einsatz des Prototyps FDVK-A an den Walzen. Die Walzen wurden mit Hilfe von GPS- und W-Lan untereinander vernetzt und mit Sensoren zur Messung der Oberflächentemperatur und Steifigkeitskennwerte ausgestattet. Die gewonnenen Daten wurden dokumentiert, so dass eine nachträgliche Auswertung jederzeit möglich ist. Dieser Prototyp soll zukünftig zu einer erheblichen Qualitätsverbesserung beitragen.

Die Ergebnisse wurden dem BMVI übergeben, damit auf dieser Basis eine Weiterentwicklung vorangetrieben werden kann.

Foto: Foto: Strabag

Autor: Martin Muschalla, Projektleiter bei der TPA GmbH, Strabag SE. Tel.: +49/6621/162 - 153, E-Mail: martin.muschalla@tpaqi.com

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