eJournals Kolloquium Straßenbau in der Praxis 2/1

Kolloquium Straßenbau in der Praxis
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expert Verlag Tübingen
91
2021
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Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last®

91
2021
Amina Wachsmann
Christian Holldorb
Sonja Cypra
Die Thematik des menschgemachten Klimawandels und seiner Folgen sowie das Ziel der Klimaneutralität ist aktueller denn je. Auch wenn die Thematik keine neue ist, befeuert sie das Bestreben vieler Akteure nach einem umweltverträglicheren bzw. nachhaltigeren Lebensstil. Auch in der Bauindustrie werden daher neue Ideen und Produkte entwickelt, welche den Weg hin zu mehr Nachhaltigkeit ebenen sollen. Eines dieser neuen Produkte ist das Bitumen-Additiv B2Last® von BASF. In dem Beitrag wird anhand aktueller Untersuchungsergebnisse dargestellt, welchen Einfluss die Nutzung eines solchen Produktes auf die Nachhaltigkeitsbewertung von Verkehrsflächen aus Asphalt haben kann.
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Bitumenmodifikation - Eine Optimierungsaufgabe mit Zielkonflikten? 70 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Lastverteilung für eine Bundesautobahn angenommen. Diese Annahmen führen zu einer Anzahl von 129,2 Mio. äquivalenten 10-Tonnen-Achsübergängen. Hinsichtlich der klimatologischen Daten wurde die Auftretenshäufigkeit der Oberflächentemperatur der Zone 3 genutzt, die für große Teile Süddeutschlands gilt. 2.3 Ergebnisse der Lebensdauerprognose Die letzte Stufe der Untersuchung bestand darin, die Schichtdicken der flexiblen Asphaltbefestigung zu definieren. Zwei Szenarien wurden analysiert, siehe Tab. 1. Die Dicken für Szenario 1 entsprechen der Tabelle 1, Bk100 der RStO 12. Da im ersten Szenario die Befestigung (bei Verwendung des nicht modifizierten Materials) unterdimensioniert ist (rechnerische Lebensdauer liegt lediglich bei 15,5 Jahren), wurde das zweite Szenario so definiert, dass sich mit dem nicht modifizierten Material bei Erreichen der angestrebten Lebensdauer ein Ermüdungsstatus von näherungsweise eins ergibt, d.h., die rechnerische Lebensdauer (32,3 Jahre) entspricht dann ungefähr der angestrebten Lebensdauer von 30 Jahren. Die Ergebnisse in Tab. 1 zeigen, dass der Aufbau mit der modifizierten Tragschicht in beiden Szenarien ca. die doppelte Lebensdauer aufweist wie der Aufbau mit der nicht modifizierten Tragschicht. Tabelle 1. Schichtdicke und Lebensdauerprognose Ergebnisse Schicht Szenario 1 Dicken [mm] Szenario 2 Dicken [mm] Deckschicht 40 40 Binderschicht 80 80 Tragschicht 220 290 Referenz 15,5 Jahre 32,3 Jahre B2Last ® 31,5 Jahre 59,9 Jahre Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass mit dem modifizierten Material eine Dicken-reduktion von 290 mm auf 220 mm, d.h., um 70 mm möglich ist, um die geplante Nutzungsdauer zu erfüllen. 3. Fazit In dieser Arbeit wurden das Temperaturabsenkungspotential und die Einflüsse auf die Lebensdauer eines Tragschichtasphaltes untersucht, der mit dem neuartigen chemischen Additivs B2Last® modifiziert wurde. Die Laborergebnisse zeigen, dass das Additiv die Performanceeigenschaften und hier insbesondere die Ermüdungsresistenz des Asphaltes signifikant verbessert hat, sodass eine Verdopplung der Lebensdauer oder eine Dickenreduktion der Tragschicht von 290 mm auf 220 mm bei gleichzeitiger Absenkung der Einbautemperaturen um ca. 20 °C möglich erscheint. 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 71 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last ® Amina Wachsmann, M.Eng. Institut für Verkehr und Infrastruktur (IVI), Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft, Deutschland Prof. Dr.-Ing. Christian Holldorb Institut für Verkehr und Infrastruktur (IVI), Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft, Deutschland Dr. Sonja Cypra Institut für Verkehr und Infrastruktur (IVI), Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft, Deutschland Abstract Die Thematik des menschgemachten Klimawandels und seiner Folgen sowie das Ziel der Klimaneutralität ist aktueller denn je. Auch wenn die Thematik keine neue ist, befeuert sie das Bestreben vieler Akteure nach einem umweltverträglicheren bzw. nachhaltigeren Lebensstil. Auch in der Bauindustrie werden daher neue Ideen und Produkte entwickelt, welche den Weg hin zu mehr Nachhaltigkeit ebenen sollen. Eines dieser neuen Produkte ist das Bitumen-Additiv B2Last ® von BASF. In dem Beitrag wird anhand aktueller Untersuchungsergebnisse dargestellt, welchen Einfluss die Nutzung eines solchen Produktes auf die Nachhaltigkeitsbewertung von Verkehrsflächen aus Asphalt haben kann. 1. Einleitung Die im folgenden dargestellten Ergebnisse sind in dem durch die BASF SE beauftragten Forschungsvorhaben „Nachhaltigkeitsbewertung zum Einsatz von B2Last®modifiziertem Asphalt“ [1] am Institut für Verkehr und Infrastruktur der Hochschule Karlsruhe erarbeitet worden. 1.1 Ausgangssituation Der Verkehrsweg Straße stellt eine wichtige Grundlage für die Mobilität und somit für Wirtschaft und Gesellschaft dar, da auf ihm der Großteil des in Deutschland stattfindenden Personen- und Güterverkehrs abgewickelt wird [2]. Damit dieser weitestgehend uneingeschränkt nutzbar ist, müssen an den Verkehrswegen regelmäßig Erhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden. Neben der Anforderung, den Verkehrsteilnehmern möglichst sichere und dauerhafte Verkehrswege zur Verfügung zu stellen, ohne dabei das Budget überzustrapazieren, rücken Anforderungen an die Nachhaltigkeit der Verkehrswege mehr und mehr in den Vordergrund. Unter dem Begriff Nachhaltigkeit werden Aspekte aus den Bereichen Ökonomie, Ökologie und Soziales zusammengefasst. Während sich die Bestrebungen im Bereich nachhaltiger Straßenbau bislang hauptsächlich auf die Aspekte ökonomische Nachhaltigkeit, Verkehrssicherheit, Lärm, Ausbau der Radinfrastruktur und Umweltbelange in Planung und Ausführung bezogen [3], rücken auch Themen wie der Klimaschutz immer weiter in den Vordergrund. Die Herausforderung an die Asphaltindustrie besteht daher darin, ihre Produkte in Bezug auf Qualität, Kosten, Umweltwirkungen wie auch Gesundheitswirkungen zu optimieren. Diese Herausforderung begünstigt Innovationen, sodass neue Produkte entwickelt werden. Diese Produkte sind sowohl in der Praxis zu erproben als auch einer ganzheitlichen Betrachtung in Bezug auf ihre Nachhaltigkeit zu unterziehen. 1.2 Zielsetzung Ein von der BASF SE auf den Markt gebrachtes Produkt zur Asphaltmodifikation trägt den Namen B2Last ® und wurde bereits im Labor und auf ersten Untersuchungsstrecken erprobt. Dabei konnte belegt werden, dass B2Last ® -modifizierter Asphalt sowohl gute Einbaueigenschaften als auch gute Performance-Eigenschaften aufweist. Des Weiteren besteht durch die B2Last ® -Modifizierung die Möglichkeit der Temperaturabsenkung bei der Asphaltproduktion und damit einhergehend einer reduzierten Asphalttemperatur beim Einbau. [4] Ziel des Projekts ist es, die relevanten ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekte der Verwendung eines B2Last ® -modifizierten Asphalts gegenüber einem konventionell hergestellten Asphalt (je nach Anwen- 72 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® dungsfall mit modifiziertem oder nicht modifiziertem Bitumen) darlegen zu können. 2. Grundlagen der Nachhaltigkeitsbewertung 2.1 Methoden Zur Darlegung der ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekte werden die nachfolgenden Berechnungs- und Bewertungsverfahren angewendet: • Ökonomie: Ermittlung von Lebenszykluskosten des Baulastträgers auf Grundlage von [5] und [6] unter Berücksichtigung eines Diskontierungszinssatzes von 3 % • Ökologie: Lebenszyklusanalyse (Ökobilanz) auf Grundlage von [7] bis [12] • Soziales: Zwar wurden bereits 2012 durch die Veröffentlichung der DIN EN 15643-3 [13] die Grundlagen für die Bewertung sozialer Aspekte im Hochbau geschaffen, allerdings sind diese nicht ohne weiteres sinnvoll auf den Straßenbau übertragbar. Da für den betrachteten fiktiven Autobahnabschnitt durch die Nutzung unterschiedlicher Asphalte keine negativen Auswirkungen für die Nutzer quantifiziert werden können, wird lediglich die gesundheitliche Belastung der Mitarbeiter durch Dämpfe und Aerosole beim Asphalteinbau betrachtet. Abbildung 1: Schichtdicken des gebundenen Verkehrsflächenoberbaus in Anlehnung an Tafel 1, Zeile 1 der RStO12 für die Belastungsklasse 100 (Bk100) [15] und [17] inkl. der Darstellung zur Randausbildung von Verkehrsflächen in Asphaltbauweise nach [18] sowie des weiteren Materialbedarfs 2.2 Untersuchungsrahmen Als Grundlage der Untersuchungen dient der gebundene Oberbau eines fiktiven Autobahnabschnitts, welcher wie folgt definiert ist: • 3 km lange Richtungsfahrbahn mit 3 Fahrstreifen entsprechend RQ 36 nach [14] • Durchschnittliche tägliche Verkehrsbelastung (DTV): 42.500 Kfz/ 24 h je Richtung; davon Schwerverkehr: 21 % • Maßgebende Belastungsklasse auf Grundlage der Verkehrsbelastung nach [15]: Bk100 Auf Grundlage der obigen Angaben wurde durch die RWTH Aachen ([17]) eine Dimensionierung des gebundenen Oberbaus nach [16] durchgeführt. Die aus der Dimensionierung resultierende Schichtdicke der Asphalttragschicht sowie die aus der RStO12 übernommenen Schichtdicken der Asphaltdeckschicht (ADS) und Asphaltbinderschicht (ABS) sind in Abbildung 1 dargestellt. Neben den bereits definierten Abmessungen und Schichtdicken spielen vor allem die Nutzungsdauern der Schichten, Transportentfernungen, Maschinenkenndaten, Materialzusammensetzungen und die über den gesamten Lebenszyklus zu berücksichtigenden Informationsmodule, wie nachfolgend beschrieben, eine wichtige Rolle für die Nachhaltigkeitsbewertung. 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 73 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® Über den gesamten Lebenszyklus werden neben der Herstellungs- und Errichtungsphase (Module A1 bis A5 in Tabelle 1) auch die Instandsetzungen bzw. Erneuerungen und die Entsorgung der ausgebauten Materialien berücksichtigt (vgl. Modul B3, B4, C1 und C2 in Tabelle 1). Zusätzlich zu diesen in [10; 11; 12] definierten Informationsmodulen werden Arbeitsplatzbelastungen berücksichtigt (Z2). Baustellenbedingte Verkehrsbeeinträchtigungen (Z1) werden, wie bereits unter Abschnitt 2.1 erwähnt, nicht weiter berücksichtigt. Hintergrund ist, dass zum einen von einer Aufrechterhaltung der Fahrstreifenanzahl während der Baumaßnahmen ausgegangen wird und dadurch von keinen signifikanten Erhöhungen bei der Reisezeit oder den Unfallkosten auszugehen ist und dass zum anderen keine Hinweise für eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften (Griffigkeit, Rollwiderstand) eines mit B2Last ® -modifizierten Asphalts gegenüber einem konventionellen Asphalts vorliegen. Tabelle 1: Berücksichtigte Informationsmodule zur Nachhaltigkeitsbewertung eines gebundenen Verkehrsflächenoberbaus aus Asphalt in Anlehnung an [10; 11; 12] Informationen zur Bewertung des gebundenen Verkehrsflächenoberbaus aus Asphalt Lebenszyklus des gebundenen Verkehrsflächenoberbaus aus Asphalt Ergänzende Informationen außerhalb des Lebenszyklus Phasenbezeichnung Planungsphase Herstellungsphase Errichtungsphase Nutzungsphase Entsorg ungsphase Vorteile und Belastungen jenseits der Systemgrenzen Informationsmodul A0 A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2 B3 B4 B5 C1 C2 C3 C4 D Voruntersuchungen, Expertisen und Kosten Rohstoffgewinnung Transport zur Asphaltmischanlage Herstellung des Asphaltmischguts Transport zur Baustelle Einbau Betrieb Wartung Instandsetzung Austausch / Erneuerung Modernisierung Abbruch bzw. Ausbau aller Asphaltschichten Transport zur Asphaltmischanlage Abfallaufbereitung für Wiederverwendung, Rückgewinnung und Recycling Entsorgung Wiederverwendungs-, Weiterverwendungs-, Recyclingpotenzial Vermiedene Auswirkungen aus zusätzlichen Funktionen Z1 baustellenbedingte Verkehrsbeeinträchtig. B6 Energieverbrauch im Betrieb B7 Weitere Betriebsprozesse Z2 Arbeitsplatzbelastung B8 Nutzung Systemgrenze berücksichtigte Module zusätzlich berücksichtigte Module nicht-berücksichtigte Module 74 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® 3. Bilanzierung 3.1 Datengrundlagen Als Eingangsdaten für die Bilanzierung dienen Daten, welche in folgender Reihenfolge berücksichtigt werden: 1. Angaben des Herstellers 2. Datenbanken 3. Literaturangaben Sofern möglich werden aktuelle Daten mit dem geographischen Bezug Deutschland verwendet, andernfalls wird auf europäische und globale Daten zurückgegriffen. Eine Übersicht über die Datenherkunft gibt Tabelle 2. Als Bezugszeitpunkt der Kosten dient das Ende des Jahres 2019. Ältere Kostendaten werden durch die Nutzung des Baupreisindex [19] auf das Ende des Jahres 2019 angepasst. Tabelle 2: Herkunft der verwendeten Datengrundlagen Datensatz Herkunft B2Last ® BASF Bitumen Eurobitume [20; 21] Herstellung des Asphaltmischgutes Brzuska; DAV [22; 23] Einsatzdauern Baumaschinen Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e.V.; Wirtgen GmbH; Krause/ Ulke [24; 25; 26] Weitere Energie- und umweltbezogene Daten GaBi-Professionaldatenbank; GaBi Extension database XIV: Construction materials [27] Kostendaten Baupreislexikon; Hauptverband der Deutschen Bauindustrie e.V.; Zander/ Birbaum; BASF; Oefer et al. [24; 28; 29; 30] Arbeitsplatzbelastung Gesprächskreis Bitumen, DAV, EAPA, FAV [23; 31; 32; 33; 34] 3.2 Untersuchte Varianten Um die relevanten ökonomischen, ökologischen und sozialen Aspekte eines B2Last ® -modifizierten Asphalts gegenüber einem konventionell hergestellten Asphalt darlegen zu können, werden drei Varianten untersucht sowie Sensitivitätsanalysen durch die Variation relevanter Parameter durchgeführt (vgl. Tabelle 4). Der Hauptunterschied der drei Varianten besteht in der Bindemittelauswahl. Während bei der konventionellen Variante (Variante 1) ein Polymermodifiziertes Bitumen in der Deck- und Binderschicht und ein übliches Straßenbaubitumen in der Tragschicht verwendet wird, wird bei der B2Last ® Variante 2.1 in allen drei Schichten eine B2Last ® -Modifizierung bei einem üblichen Straßenbaubitumen durchgeführt. Bei der Variante 2.2 wird ein B2Last ® -modifiziertes Bitumen nur in der Deck- und Binderschicht eingesetzt, in der Tragschicht wird jedoch auf ein übliches Straßenbaubitumen zurückgegriffen. Tabelle 3 zeigt die Asphaltmischgutzusammensetzung. Tabelle 3: Zusammensetzung Asphaltmischgut ADS ABS ATS Asphaltgranulat [%] - 50,00 50,00 Frischbitumen [%] 7,20 2,50 2,15 davon B2Last ® [% des Gesamt- Bitumengehalts] 2,50 2,50 2,15 Zellulosefasern [%] 0,30 - - Durch die RWTH Aachen [17] wurden die Schichtdicken für die Variante 1 mit dem Ziel ermittelt, eine Nutzungsdauer der Asphalttragschicht (ATS) von 30 Jahren zu erreichen. Die Schichtdicken der Asphaltdeckschicht (ADS) und der Asphaltbinderschicht (ABS) entsprechen denen aus Tafel 1, Zeile 1 der RStO12 für die Belastungsklasse 100. Für die Nutzungsdauern der ADS und ABS wurden Erfahrungswerte der RWTH Aachen angesetzt. Für die Varianten 2.1 und 2.2 wurden die Schichtdicken der Variante 1 übernommen. Bei der Nutzung von B2Last ® konnte anhand von Laborergebnissen durch [17] für die ATS eine Verdoppelung der Nutzungsdauer ermittelt werden (Variante 2.1). Durch die positiven Auswirkungen von B2Last ® auf die Performance kann somit auch von einer Verlängerung der Nutzungsdauer der ABS ausgegangen werden. Die für die ATS der Variante 2.1 ermittelte Nutzungsdauer von 60 Jahren wird als Betrachtungszeitraum für die Nachhaltigkeitsbewertungen festgelegt. Bei der Sensitivitätsanalyse werden neben der Variation der Nutzungsdauern bei Variante 2.1 auch eine geringere Reduktion der Herstelltemperatur bei B2Last ® -modifiziertem Asphalt betrachtet bzw. der Diskontierungszinssatz zu Veranschaulichungszwecken auf 0 % gesetzt. 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 75 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® Tabelle 4: Übersicht der untersuchten Varianten sowie der Variation einzelner kritischer Parameter im Zuge der Sensitivitätsanalyse Fallbezeichnung Variante 1 - konventionell Variante 2.1 - B2Last ® (ges.) Variante 2.2 - B2Last ® (nur ADS und ABS) ADS ABS ATS ADS ABS ATS ADS ABS ATS Standardfall Bindemittelauswahl PmB B B + B2Last ® B + B2Last ® B Schichtdicke [cm] 4 8 29 4 8 29 4 8 29 Nutzungsdauer [a] 10 20 30 10 30 60 10 30 30 Herstelltemperatur Asphalt [°C] 170 140 140 170 Diskontierungszinssatz [%] 3 3 3 Variation ND Nutzungsdauer [a] siehe Standardfall 12 24 48 siehe Standardfall Variation T Herstelltemperatur Asphalt [°C] 170 150 150 170 Variation D Diskontierungszinssatz [%] 0 0 0 Bemerkungen: B = Straßenbaubitumen; PmB = Polymermodifiziertes Bitumen Schichtdicken: Ergebnisse aus [17] Nutzungsdauern: ATS (Standardfall) Berechnungsergebnisse aus [17]; ADS, ABS und ATS (Variation ND) Festlegung auf Grundlage von Erfahrungswerten und bisherigen Laborergebnissen der RWTH Aachen 4. Ergebnisse der Nachhaltigkeitsbewertung 4.1 Ökologie Folgende Wirkungskategorien bzw. Indikatoren werden im Bereich Ökologie über einen Zeitraum von 60 Jahren betrachtet: • Gesamtprimärenergiebedarf (PE) • der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf • Treibhauspotenzial (Global Warming Potential (GWP)) • Primärmaterialbedarf sowie Möglichkeiten zur Nutzung von Recyclingmaterial Abbildung 2 zeigt für die in Tabelle 4 definierten Standard-Varianten den Gesamtprimärenergiebedarf sowie die Treibhausgasemissionen für alle berücksichtigten Informationsmodule (vgl. Tabelle 1). Dabei ist zu erkennen, dass der energetische Vorteil der B2Last ® -modifizierten ADS (Variante 2.1 und 2.2) gegenüber der konventionellen ADS (Variante 1) vergleichsweise gering ist. Bei den Treibhausgasemissionen fällt die Differenz bereits höher aus. Aufgrund der gleichen Nutzungsdauern sind energetische Vorteile lediglich auf die reduzierte Herstelltemperatur und die Verwendung von B2Last ® anstelle eines Polymers zurückzuführen, bei den Treibhausgasemissionen spielen zudem die eingesetzten Energieträger eine relevante Rolle. Der Vorteil von B2Last ® gegenüber Polymeren ist auf den geringeren Energiebedarf bei der Herstellung zurückzuführen. Bemerkenswerte energetische Vorteile und Treibhausgaseinsparungen können vor allem dann verzeichnet werden, wenn B2Last ® in allen drei Schichten verwendet wird. Die Gesamtprimärenergieeinsparung umfasst 41,3 % und die Treibhausgasemissionseinsparungen betragen 46,0 % gegenüber der konventionellen Variante 1. Ausschlaggebend ist dabei die Verlängerung der Nutzungsdauer, wobei sich auch die reduzierte Herstelltemperatur und der Verzicht auf Polymere positiv auf die Energiebilanz der B2Last ® -modifizierten Asphalte auswirken. Wird B2Last ® hingegen lediglich in der ADS und der ABS eingesetzt (Variante 2.2), beläuft sich die Gesamtprimärenergieeinsparung immer noch auf 12,6 % und die Treibhausgasemissionseinsparung auf 13,0 % gegenüber der konventionellen Variante 1. Die Untersuchungen zeigen des Weiteren, dass rund 90 % des Gesamtenergiebedarfs durch nicht erneuerbare Energieträger gedeckt werden. Durch die Variation der Nutzungsdauer (Variation ND, Tabelle 4) bei der Variante 2.1 beschränkt sich die Reduzierung des Gesamtprimärenergiebedarfs auf rund 35 % im Vergleich zur Variante 1, sodass auch dann eine signifikanten Einsparung verzeichnet werden kann. Wird hingegen die Variation der Herstelltemperatur (Variation T, Tabelle 4) betrachtet, sind lediglich geringfügige Veränderungen zu verzeichnen. 76 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® Abbildung 2: Gesamtprimärenergiebedarf (PE) und Treibhausgasemissionen über einen Betrachtungszeitraum von 60 Jahren unterschieden nach Schichtart In Abbildung 3 ist der Rohstoffbedarf für die drei in Tabelle 4 definierten Standard-Varianten, unterschieden nach Primär- und Recyclingmaterialien (=Asphaltgranulat), dargestellt. Einen Einfluss auf den Rohstoffbedarf haben neben den Schichtdicken auch hier die Nutzungsdauern und die damit verbundenen Erneuerungsintervalle. Wird B2Last ® in allen 3 Schichten eingesetzt (Variante 2.1), kann der Materialbedarf um 42,7 % gegenüber der konventionellen Variante 1 reduziert werden. Dies ist auf die große Schichtdicke der ATS in Verbindung mit den höheren Nutzungsdauern der ATS und ABS zurückzuführen. Die ADS hat auf die Differenz des Materialbedarfs aufgrund der zugrunde gelegten gleichen Nutzungsdauer keinen Einfluss. Wird B2Last ® hingegen nur in der ADS und der ABS eingesetzt (Variante 2.2), kann noch eine Reduzierung des Materialbedarfs um 9,7 % gegenüber der Variante 1erzielt werden. Abbildung 3: Gesamter Rohstoffbedarf über einen Betrachtungszeitraum von 60 Jahren 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 77 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® 4.2 Ökonomie Im Bereich Ökonomie werden die Baulastträgerkosten ebenfalls über einen Zeitraum von 60 Jahren betrachtet. Abbildung 4 zeigt diese Baulastträgerkosten für die drei in Tabelle 4 definierten Standard-Varianten, unterschieden nach der Schichtart bzw. allgemeinen baustellenbedingten Kosten. Während unter den allgemeinen baustellenbedingten Kosten (Informationsmodule A5 C1 nach Tabelle 1) die Kosten für Personal, Maschinen, Verkehrssicherung und Baustelleneinrichtung unabhängig von der Schichtart zusammengefasst sind, sind den einzelnen Schichten nur die Material- und Transportkosten zugerechnet. Eine bei den B2Last ® -modifizierten Asphalten infolge der Temperaturabsenkung zustande kommende Kosteneinsparung bleibt unberücksichtigt, da davon auszugehen ist, dass eine solche Kosteneinsparung eine untergeordnete Rolle spielt. Wird B2Last ® in allen drei Asphaltschichten eingesetzt (Variante 2.1), kann eine Kosteneinsparung von knapp 24 % gegenüber der konventionellen Bauweise (Variante 1) erzielt werden. Während die Kostenersparnis der ADS aufgrund der gleichen Nutzungsdauer gering ausfällt, führt die Nutzungsdauerverlängerung bei der ATS und ABS zu erheblichen Kosteneinsparungen. Wird B2Last ® lediglich in der ADS und der ABS eingesetzt (Variante 2.2), kann immer noch eine Kosteneinsparung von rund 8 % erzielt werden. Die Kosteneinsparung ist dabei hauptsächlich auf die Nutzungsdauerverlängerung der ABS zurückzuführen. Abbildung 4: Anfallende Baulastträgerkosten über einen Betrachtungszeitraum von 60 Jahren (Diskontierungszinssatz 3 %, Bezugsjahr 2019; ohne MwSt.) 4.3 Soziales - Arbeitsplatzbelastung beim Asphalteinbau Zur Bewertung der gesundheitlichen Gefährdung für die am Asphalteinbau beteiligten Mitarbeiter wurde die in Tabelle 2 aufgeführte Literatur zur Temperaturabhängigkeit der Expositionsbelastung herangezogen. Hierbei ist für den Vergleich der B2Last ® -modifizierten Asphalte gegenüber konventionell hergestellten Asphalten die verringerte Herstelltemperatur bei B2Last ® -modifiziertem Asphalt und die damit einhergehende deutlich niedrigere Einbautemperatur von Bedeutung (vgl. Abbildung 5). Die in Abbildung 5 dargestellten Werte mit einer großen Spannweite der Messergebnisse gelten für eine Temperaturabsenkung von im Mittel 20 °C. Sowohl das 50 %als auch das 95 %-Perzentil zeigen, dass durch den Einsatz von temperaturreduziertem Asphalt anstelle von konventionellem Walzasphalt deutliche Expositionsreduzierungen erzielt werden können. Die Expositionsbelastung des Walzenfahrers, welcher generell deutlich geringeren Expositionen ausgesetzt ist, weist ein geringfügig erhöhtes 95 %-Perzentil auf. Dies ist auf Einzelwerte bei geringer Messwertanzahl zurückzuführen. Allgemein kann jedoch zusammengefasst werden, dass bei allen Personengruppen für das 50 %-Perzentil von mindestens einer Halbierung der Exposition auszugehen ist. Bei einer Reduzierung der Herstelltemperatur um 30 °C kann von einer Reduzierung der Expositionswerte um ca. zwei Drittel gegenüber einem konventionell hergestellten Asphalt ausgegangen werden. 78 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® Abbildung 5: Expositionsbelastung aus Dämpfen und Aerosolen beim Einbau von Walzasphalt, Daten-grundlage: [31; 32] 5. Zusammenfassung und Ausblick Die Untersuchungen zeigen deutlich, dass sich der Einsatz von B2Last ® positiv auf die Ergebnisse der Nachhaltigkeitsbewertung auswirkt. Die größten Vorteile können erzielt werden, wenn B2Last ® in allen drei Asphaltschichten eingesetzt wird (Variante 2.1). Durch den Einsatz von B2Last ® in allen drei Schichten können folgende Vorteile erzielt werden: • Reduzierung der Asphalttemperatur um 30 °C • Verlängerung der Nutzungsdauern von 20 auf 30 Jahre (ABS) bzw. 30 auf 60 Jahre (ATS) Infolge der Mischguttemperaturabsenkung und der Nutzungsdauerverlängerung ist von folgenden Reduzierungen innerhalb des Betrachtungseitraums von 60 Jahren auszugehen: • Gesamtprimärenergiebedarf: - 41 % • Treibhausgasemissionen: - 46 % • Primärrohstoffbedarf: - 37 % • Baulastträgerkosten: - 24 % • gesundheitsgefährdenden Exposition: - 67 % bei 4 Einbauvorgängen (1-lagiger ADS und ABS Einbau sowie 2-lagiger ATS Einbau) Als signifikante Parameter der Bewertung sind die berechneten bzw. angesetzten Nutzungsdauern der einzelnen Asphaltschichten, die Temperaturabsenkung, die angesetzte Diskontierungsrate und die Datenqualität zu nennen. Soll die Nachhaltigkeitsbewertung auf andere verkehrliche Situationen bzw. Projekte übertragen werden, ist zu prüfen, ob die gewählten Kriterien zielführend sind oder aber beispielsweise zustande kommende Umwege oder Staus infolge der Erhaltungsmaßnahmen einen signifikanten Einfluss auf die Bewertungsergebnisse haben können und deshalb eine Anpassung der Kriterien notwendig ist. Literatur [1] Holldorb, C.; Brzuska, A.; Cypra, S.: Nachhaltigkeitsbewertung zum Einsatz von B2Last®-modifiziertem Asphalt: Schlussbericht im Auftrag der BASF SE, Karlsruhe (unveröffentlicht), 2020. [2] MVIBW Ministerium für Verkehr und Infrastruktur Baden-Württemberg: Wir bauen nachhaltig! (2015). Online verfügbar unter: https: / / vm.baden-wuerttemberg.de/ fileadmin/ redaktion/ m-mvi/ intern/ Dateien/ Brosch%C3%BCren/ Wir_bauen_nach haltig_Broschuere-Strassenbau_MVI_Internet.pdf, abgerufen am: 22.09.2020 [3] Radke, S.; BMVI Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (Hrsg.): Verkehr in Zahlen 2019/ 2020. 48. Auflage. (2019). Online verfügbar unter: https: / / www.bmvi.de/ SharedDocs/ DE/ Publikationen/ G/ verkehr-in-zahlen-2019-pdf. pdf? __blob=publi-cationFile, abgerufen am: 20.07.2020. [4] Carreño, N., Renken, L., Schatz, W., Zeilinger, M., Bokern, S., Fleischel, O., Oeser, M..: New type of chemical modification of asphalt binders to enhance the performance of flexible pavements. Proceedings of the 7th Eurasphalt & Eurobitume Congress v1.0, 2020. 2. Kolloquium Straßenbau - September 2021 79 Nachhaltigkeitsbewertung eines Bauprodukts im Straßenbau am Beispiel B2Last® [5] ISO International Organization for Standardization: Buildings and constructed assets, service life planning; Part 5: Life-cycle-costing (ISO 15686-5). Geneve, 2008. [6] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Nachhaltigkeit von Bauwerken - Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden - Teil 4: Rahmenbedingungen für die Bewertung der ökonomischen Qualität (DIN EN 15643-4: 2012). Beuth-Verlag. Berlin, 2012. [7] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Umweltkennzeichnungen und -deklarationen, Allgemeine Grundsätze (DIN EN ISO 14020: 2001). Beuth- Verlag. Berlin, 2002. [8] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Umweltmanagement - Ökobilanz - Grundsätze und Rahmenbedingungen (DIN EN ISO 14040: 2006). Beuth-Verlag. Berlin, 2009. [9] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Umweltkennzeichnungen und -deklarationen - Typ III Umweltdeklarationen - Grundsätze und Verfahren (DIN EN ISO 14025: 2011). Beuth-Verlag. Berlin, 2011. [10] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Nachhaltigkeitsbewertung von Bauwerken - Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden und Ingenieurbauwerken - Teil 5: Leitfaden zu den Grundsätzen für und den Anforderungen an Ingenieurbauwerke (DIN EN 15643-5: 2017). Beuth-Verlag. Berlin, 2018. [11] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Nachhaltigkeit von Bauwerken - Umweltproduktdeklaration - Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte (DIN EN 15804: 2012 +A2: 2019). Beuth-Verlag. Berlin, 2020. [12] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Nachhaltigkeit von Bauwerken - Umweltproduktdeklarationen - Festlegung für Straßenbaustoffe - Teil 1: Asphaltmischgut (Entwurf, DIN EN 17392-1: 2020). Beuth-Verlag. Berlin, 2020. [13] DIN Deutsches Institut für Normung e.V.: Nachhaltigkeit von Bauwerken - Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden - Teil 3: Rahmenbedingungen für die Bewertung der sozialen Qualität (DIN EN 15643-3: 2012). Beuth-Verlag. Berlin, 2012. [14] FGSV - Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Anlage von Autobahnen (RAA 08/ 14) (FGSV 202). FGSV-Verlag. Köln, 2008/ 2014. [15] FGSV - Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen (RStO 12) (FGSV-Nr.: 499). FGSV-Verlag. Köln, 2012. [16] FGSV - Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die rechnerische Dimensionierung des Oberbaus von Verkehrsflächen mit Asphaltdeckschicht (RDO Asphalt 09) (FGSV 498). FGSV-Verlag. Köln, 2009. [17] Carreno, N.: Nutzungsdauern von B2Last-Asphalt nach RDO Asphalt 09. Aachen (unveröffentlicht), 2020. [18] FGSV - Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächen aus Asphalt (ZTV Asphalt-StB 07/ 13) (FGSV 799). FGSV-Verlag. Köln, 2007/ 2013. [19] Statistisches Bundesamt: Baupreisindizes: Deutschland, Berichtsmonat im Quartal, Messzahlen mit/ ohne Umsatzsteuer, In-genieurbau, Bauarbeiten (Tiefbau), 61261-0004 (2020). Online verfügbar unter: https: / / www-genesis.destatis.de/ genesis/ online, abgerufen am: 30.04.2020. [20] Eurobitume: Life Cycle Inventory: Bitumen. 2. Auflage. (2012). Online verfügbar unter: h t t p s : / / w w w. e u r o b i t u m e . e u / i n d e x . p h p ? i d =233&no_cache=1&keyword=LCI, abgerufen am: 06.04.2020. [21] Eurobitume: The eurobitume Life-Cycle Inventory for Bitumen. 3. Auflage. (2019). Online verfügbar unter: https: / / www.eurobitume.eu/ public_downloads/ General/ LCI/ EB.LCI.Re-port.Jan2020.Pages_Interactive.pdf, abgerufen am: 27.03.2020. [22] Brzuska, A.: Ermittlung der CO 2 -Emissionen bei einer Straßenerneuerungsmaßnahme am Fallbeispiel der K 3533 (ehem. L 560) im Landkreis Karlsruhe. Bachelor-Thesis an der Hochschule Karlsruhe - Technik und Wirtschaft, Karlsruhe (unveröffentlicht), 2016. [23] DAV - Deutscher Asphaltverband e.V.: Temperaturabgesenkte Asphalte, Ratschläge aus der Praxis für die Praxis (2009). Online verfügbar unter: https: / / www.asphalt.de/ fileadmin/ user_upload/ downloads/ dav/ temperatur-abgesenkte_asphalte. pdf, abgerufen am: 25.02.2020. 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