4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 289 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Thomas Schönauer, M. Sc. FH Münster, Forschungsgruppe Verkehrswesen (FgV) Prof. Dr.-Ing. Hans-Hermann Weßelborg FH Münster, Forschungsgruppe Verkehrswesen (FgV) Dipl.-Ing. Marco Schünemann TPA GmbH, Hamburg Dr.-Ing. Diana Simnofske TPA GmbH, Hamburg Zusammenfassung Der Einsatz von temperaturabgesenktem Asphalt (TA-Asphalt) und Absaugeinrichtungen an der Fertigerbohle bewirken bereits eine deutliche Reduzierung der Dämpfe und Aerosole bei der Heißverarbeitung von Bitumen. Der derzeit ausgesetzte Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 1,5 mg/ m³ kann jedoch derzeit noch nicht zielsicher eingehalten werden. Das für den AGW maßgebende IFA-Messverfahren ermöglicht dabei keine zeitliche Differenzierung der Emissionen. Um weitere Einflüsse auf die Messergebnisse zu identifizieren, führte die Forschungsgruppe Verkehrswesen (FgV) der FH Münster im Auftrag des Koordinierungsausschusse Bitumen (KoA-Bit) Emissionsmessungen mit Photoionisationsdetektoren (PID) beim Einbau von Walzasphalt durch. Zusammen mit Wetter- und Videoaufzeichnungen konnten dabei potenzielle Einflüsse (z.-B. Wind und Trennmitteleinsatz) auf die PID- und IFA-Messergebnisse festgestellt werden. Im Auftrag des KoA-Bit wurden daher zusammen mit der TPA GmbH (Hamburg) fünf verschiedene Trennmittel mit dem PID- und IFA-Messverfahren im Labor untersucht. Der Einfluss auf die Emissionsmessungen stellte sich bei einem pflanzenölbasierten Trennmittel gegenüber den untersuchten mineralölbasierten Trennmitteln deutlich geringer dar. 1. Einführung Durch das Bundesministerium für Arbeit und Soziales (BMAS) wurde im November 2019 zusammen mit dem Ausschuss für Gefahrstoffe (AGS) ein Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 1,5-mg/ m³ für Dämpfe und Aerosole bei der Heißverarbeitung von Destillations- und Air-Rectified-Bitumen eingeführt. Die Bekanntmachung des AGW erfolgte am 13. März 2020 in den Technischen Regeln für Gefahrstoffe - Arbeitsplatzgrenzwerte (TRGS 900) über das Gemeinsame Ministerialblatt (GMBl). [1] Die Einhaltung des AGW wird u.- a. beim Einbau von Walzasphalt mit dem IFA-Messverfahren (Institut für Arbeitsschutz) nach der IFA-Arbeitsmappe 6305/ 1 (Mineralölstandard) bzw. 6306/ 2 (Bitumenkondensat-Standard) überprüft. Der AGW von 1,5 mg/ m³ bezieht sich dabei auf den Bitumenkondensat-Standard, wobei eine auf dem Mineralölstandard ausgewertete Messung mit dem Faktor 1,4689 (gerundet 1,5) auf den Bitumenkondensat- Standard umgerechnet werden kann. [2] Im April 2020 führte die Forschungsgruppe Verkehrswesen (FgV) der FH Münster erstmals Emissionsmessungen mit einem Photoionisationsdetektor (PID) während des Einbaus von Walzasphalt durch. Im Auftrag des Amtes für Mobilität und Tief bau der Stadt Münster sowie der EUROVIA Services GmbH wurden vier ländlich gelegene Wege, welche zur Hälfte mit konventionell heißgemischtem Asphalt und temperaturabgesenktem Asphalt (TA-Asphalt) hergestellt wurden, messtechnisch mit einem PID begleitet. Hierbei konnten Emissionsschwerpunkte festgestellt sowie potenziell expositionsreduzierende Maßnahmen wie z.-B. der Einsatz einer Absaugeinrichtung an der Fertigerbohle beurteilt werden. [3] Um die Plausibilität des PID-Messverfahrens gegenüber dem IFA-Messverfahren zu prüfen, wurden beide Messverfahren an einer weiteren Versuchsstrecke parallel durchgeführt und die Ergebnisse gegenübergestellt. [4] Die Ergebnisse aus den genannten Untersuchungen wurden u.-a. im Jahr 2021 beim „2. Kolloquium Straßenbau in der Praxis“ der Technischen Akademie Esslingen e. V. (TAE) vorgestellt. [5] Im Rahmen weiterer beim Einbau von Gussasphaltestrich, Asphaltmastix, Schaumglasplatten und Bitumenschweißbahnen durchgeführten PID-Messungen zeigte sich, dass durch eine zusätzliche Aufzeichnung des Bauablaufes mit Kameras die PID-Messwertverläufe im Nachgang analysiert und somit Ursachen für Emissionsspitzen identifiziert werden können. Die Messungen erfolgten hierbei im Auftrag der Beratungsstelle für Gussasphaltanwendung (bga) e.V. in Bonn. [6] Auf Grundlage der bis dahin gewonnenen Erkenntnisse entwickelte die FgV der FH Münster das Verfahren zur Erfassung von Emissionen mit dem PID-Messverfahren 290 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen weiter und führte auf drei weiteren Asphaltbaustellen, ergänzend zum IFA-Messverfahren, PID-Messungen durch. Im Rahmen dieser Messungen zeigten sich u.-a. beim Einsatz von Trennmittel Peaks im PID-Messwertverlauf. [7] In Zusammenarbeit mit der TPA GmbH (Hamburg) erfolgten daher erweiterte labortechnische Untersuchungen zum Einfluss von Trennmittel auf den PID-Messwertverlauf sowie auf das IFA-Messergebnis bei der Verarbeitung von Asphalt im Labormischer. [8] Die beiden im Auftrag des Koordinierungsausschusses Bitumen (KoA-Bit) durchgeführten Projekte sowie die daraus erfolgten Ergebnisse und Erkenntnisse bzgl. etwaiger Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen im Asphaltstraßenbau, werden im Folgenden dargestellt. 2. Grundlagen Zur Einordnung des PID-Messverfahrens gegenüber dem IFA-Messverfahren, welches für die Überprüfung der Einhaltung des AGW maßgebend ist, werden beide Messverfahren im Folgenden erläutert und gegenübergestellt. 2.1 IFA-Messverfahren Im Rahmen des IFA-Messverfahrens wird die Luft am Arbeitsplatz mittels einer Pumpe angesaugt und durch einen 37-mm-Glasfaserfilter sowie einen nachgeschalteten XAD-2-Adsorber geleitet. Bei einem konstanten Luftstrom von 3,5 l/ min werden die Aerosole auf dem Glasfaserfilter und die Dämpfe auf dem XAD-2-Adsorber im Filterkopf zurückgehalten. [11] Ein exemplarischer Aufbau für die Anordnung einer IFA-Messeinrichtung an einem Messpunkt (hier: Bohle rechts) kann der folgenden Abbildung (Abb. 1) entnommen werden. Abb. 1: IFA-Messungen mit GilAir Plus Pumpe und Filterkopf [7] Für die Durchführung des IFA-Messverfahrens ist i.-d.-R. eine mehrstündige Probenahmedauer sowie eine nachträgliche Analyse im Labor nötig. Die Mindestprobenahmedauer beträgt bei einem Luftvolumenstrom von 210-L/ h nach der IFA-Arbeitsmappe 6305/ 1 (Mineralölstandard) 2-h mit einer Bestimmungsgrenze von 0,5-mg/ m³ und nach der IFA-Arbeitsmappe 6305/ 2 (Bitumenkondensat-Standard) 5-h mit einer Bestimmungsgrenze von 0,2-mg/ m³. [9] [10] Die quantitative Auswertung des mit Tetrachlorethen extrahierten Filters und Adsorbers erfolgt anschließend mittels Infrarotspektroskopie, wobei alle organischen Verbindungen erfasst werden, welche die aliphatischen C- H-Gruppen aufweisen. Seit 2007 wird der Messwert auf Grundlage des Kalibrierstandards „Bitumenkondensat- Standard“ ermittelt, während zuvor der Kalibrierstandard „Mineralöl“ verwendet wurde. Der Vergleich von Messwerten, die auf den unterschiedlichen Kalibrierstandards basieren, erfolgt über einen Umrechnungsfaktor von 1,4689 (gerundet 1,5). Dabei muss der Messwert, der auf dem Mineralölstandard basiert, mit diesem Faktor multipliziert werden. [9] Aufgrund dieser messtechnischen Randbedingungen stehen Informationen zur Exposition erst mit einer zeitlichen Verzögerung zur Verfügung. Zudem ergibt sich aus der Messung ein Schichtmittelwert, wodurch keine Darstellung des Emissionsverlaufes über einen bestimmten Zeitraum möglich ist. 2.2 PID-Messverfahren Im Gegensatz zum IFA-Messverfahren ermöglichen Photoionisationsdetektoren (PID) die Messung sowie die Darstellung der aktuellen Emissionen direkt vor Ort. Der Vorteil beim PID liegt dabei insbesondere in der Darstellung von zeitlich referenzierten Emissionsverläufen. Anhand dieser Darstellung können Emissionsspitzen identifiziert und mögliche Ursachen mit Hilfe von Videoaufzeichnungen erfasst werden. Ähnlich wie beim IFA-Verfahren wird die Umgebungsluft über eine integrierte Pumpe angesaugt. Die Luftförderrate der Pumpe beträgt bei den im Rahmen der Projekte genutzten PID 300 ml/ min. Hierbei wird die angesaugte Luft unmittelbar an einer Entladungsröhre vorbeigeführt, welche üblicherweise eine UV-Lampe mit einem Ionisierungspotenzial von 10,6 eV enthält. Sofern die Energie des eingestrahlten Lichts das Ionisierungspotenzial der zu analysierenden Stoffe übersteigt, werden diese ionisiert und ein Stromfluss in der Entladungsröhre erzeugt. Der entsprechende Stromfluss wird vom PID verstärkt und als Signal ausgegeben. Zu beachten ist, dass der PID ein Summensignal ausgibt, welches die Gesamtkonzentration der ionisierten Stoffe widerspiegelt. Somit ist eine stoffspezifische Erfassung nicht möglich. [11] Neben den häufig verwendeten, mit Krypton gefüllten 10,6 eV-Lampen kommen im Weiteren UV-Lampen mit einem Ionisierungspotenzial von 11,7 eV (gefüllt mit Argon) zum Einsatz. Diese ermöglichen die gleichzeitige Messung mehrerer gasförmiger Stoffe wie z.-B. Benzol, Toluol, Ethanol, Aceton und Methanol, während Methanol bei der 10,6 eV-Lampe keinen Einfluss auf das Summensignal hat. Bei UV-Lampen mit 9,5 eV, welche mit Xenon gefüllt sind, werden hingegen nur Benzol und Toluol erfasst [11]. Im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Projekte wurden bis zu fünf portable PID (PPID) der Firma Analytical Control Instruments GmbH eingesetzt (Abb. 2). Diese basieren ebenfalls auf dem molekularen Photoeffekt und verwenden eine Hohlkathodenlampe mit einer Ionisationsenergie von 10,6 eV [12]. 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 291 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Abb. 2: Portable Photoionisationsdetektor (PPID) der Analytical Control Instruments GmbH (Bild: FH Münster, Thomas Schönauer) 3. Emissionsmessungen - Walzasphalt Im Rahmen eines der bereits genannten Forschungsprojekte wurden insgesamt drei in Nordrhein-Westfalen gelegene Versuchsstrecken (B 474, L 717 und L 647) mit bis zu fünf PID messtechnisch durch die FgV der FH Münster begleitet. Die PID-Messungen erfolgten hierbei parallel zu den ebenfalls durchgeführten IFA-Messungen. [7] Die geographische Lage der einzelnen Versuchsstrecken ist in Abb. 3 dargestellt. Abb. 3: Geographische Lage der Versuchsstrecken [13] Alle betrachteten Messabschnitte der drei Versuchsstrecken wurden ausschließlich mit temperaturabgesenktem Asphalt (TA-Asphalt) hergestellt. [7] 3.1 Messpunkte An den Versuchsstrecken B-474 und L-647 erfolgte die Anbringung der PIDsowie der IFA-Messgeräte stationär an den Messpunkten „Beschicker“, „Fertiger“, „Bohle links“, „Bohle rechts“ und „Walze“ (siehe Abb. 4 rechts und Abb. 6). Im Zuge der Versuchsstrecke L-717 wurde hingegen eine personengetragene Messung durchgeführt (siehe Abb. 4 links). Eine Auswertung der Messungen erfolgte innerhalb des Projektes im Wesentlichen für die Messpunkte „Fertiger“, „Bohle links“ und „Bohle rechts“ (siehe rote Markierungen in Abb. 6). [7] Abb. 4: Personengetragene Messung und stationäre Messung [7] 3.2 Videoaufzeichnung Wie bereits beschrieben, zeigte sich innerhalb vorangegangener PID-Messungen, dass die Ursache etwaiger Emissionsspitzen im PID-Messwertverlauf durch den Abgleich mit zeitlich referenzierten Videoaufzeichnungen identifiziert werden können. Daher erfolgte die Aufzeichnung der Arbeitsbzw. Messbereiche mit insgesamt fünf Kameras. [7] Die Positionierung und Aufnahmebereiche der Kameras 1 (Beschicker) und 3 (Bohle rechts) sind exemplarisch in Abb. 5 dargestellt. Abb. 5: Kamera 1 „Beschicker“ (oben) & Kamera 3 „bohle rechts“ (unten) [7] Im Rahmen der stationären Messungen an der B-474 sowie der L-647 erfolgte die Positionierung der Kameras entsprechend den blauen Markierungen in Abb. 6. Für die personengetragene Messung an der L-717 wurde die Positionierung der Kameras entsprechend angepasst, um die Bewegungsbereiche der messtechnisch ausgestatteten Personen zur erfassen. [7] 292 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Abb. 6: Positionierung der Messpunkte und Kameras [7] 3.3 Wetteraufzeichnung Da eine Beeinflussung durch die Windgeschwindigkeit und Windrichtung auf die PID-Messwertverläufe sowie auf die IFA-Messergebnisse zu erwarten war, wurden zeitlich referenzierte Wetterdaten aufgenommen. Die Aufzeichnung erfolgte sowohl mit einer Wetterstation der BG-Bau (Abb. 7 links) als auch mit einer Wetterstation der FgV der FH Münster (Abb. 7 rechts). Im Rahmen der Versuchsstrecken B-474 und L-647 wurden hierfür die Wetterdaten der BG-Bau und bei der L-717 die Wetterdaten der FgV der FH Münster herangezogen. [7] Abb. 7: Wetteraufzeichnung BG Bau (links) und FH Münster (rechts) [7] 3.4 Darstellung und Auswertung Die Auswertung der PID-Messwertverläufe erfolgte im Rahmen des Projektes in mehreren Schritten. Um die Plausibilität der PID-Messungen festzustellen, wurden die Tagesmittelwerte aus den PID-Messwerten den IFA- Messergebnissen gegenübergestellt. Zur Identifizierung etwaiger Einflussfaktoren auf die PID- und IFA-Messergebnisse wurden die PID-Messwertverläufe anhand des zeitlichen Verlaufs der Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie in Bezug auf potenzielle einbaubedingte Einflusszeiträume (z.-B. Trennmitteleinsatz, Zigarettenrauch etc.) dargestellt und ausgewertet. [7] Gegenüberstellung der IFA- und PID-Messergebnisse (Plausibilitätsprüfung) Um die Plausibilität der PID-Messwerte gegenüber den IFA-Messergebnissen zu prüfen, wurden die arithmetischen Mittelwerte der jeweiligen PID-Messreihe mit den Tagesmittelwerten aus den IFA-Messungen qualitativ verglichen. Ein exemplarischer Vergleich kann der Abb.-8 entnommen werden. [7] Zu erkennen ist, dass sich eine ähnliche Reihung der Messergebnisse darstellt. Es ist jedoch zu beachten, dass kein direkter Zusammenhang zwischen den IFA- und PID-Messergebnissen hergestellt werden kann. Beide Verfahren unterscheiden sich in der ausgegebenen Einheit und verfolgen unterschiedliche Messtandards. Zudem basieren sie auf einer unterschiedlichen Kalibrierung bzw. einem unterschiedlichen Messverfahren. [7] Abb. 8: Beispiel für einen qualitativen Vergleich der IFA- und PID-Tagesmittelwerte [7] Die Plausibilitätsprüfung wurde entsprechend für alle innerhalb des Projektes betrachteten Messreihen durchgeführt. [7] PID-Messwertverläufe und spezifische Einflussfaktoren In der folgenden Abbildung (Abb. 9) sind die PID-Messwertverläufe (Fertiger: grün; Bohle links: hellblau; Bohle rechts: dunkelblau) sowie die über die Videoaufzeichnungen erfassten potenziellen Einflusszeiträume (rot umrandet) eines Einbautages dargestellt. 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 293 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Die farbliche Darstellung der potenziellen Einflusszeiträume als horizontale Balken, ergibt sich entsprechend der folgenden Tabelle (Tab. 1). Im Rahmen der Versuchsstrecke L- 717 wurden die in der Tab. 1 bzw. Abb. 9 dargestellten Einflusszeiträume, aufgrund der personengetragenen PID-Messungen durch entsprechende Bewegungszeiträume der messtechnisch ausgestatten Personen (Bohle links und rechts) erweitert. [7] Tab. 1: Farbliche Darstellung der Einflusszeiträume [7] Bebauung/ Bepflanzung Regen Zeiträume mit Regen Links Bebauung/ -pflanzung links Stillstand Einbauzug steht Rechts Bebauung/ -pflanzung rechts - Bohle rechts Sonstiges Sonstige Einflüsse - Verteilerschnecke Verteilerschnecke steht Zigarette Zigarette in der Nähe der Messgeräte Trennmittel Trennmitteleinsatz an der rechten Bohlenseite Bohle links Sonstiges Sonstige Einflüsse - Verteilerschnecke Verteilerschnecke steht Zigarette Zigarette in der Nähe der Messgeräte Trennmittel Trennmitteleinsatz an der linken Bohlenseite Fertiger Sonstiges Sonstige Einflüsse - FB Beschicker Förderband des Beschicker steht Zigarette Zigarette in der Nähe der Messgeräte Trennmittel Trennmitteleinsatz am Fertiger Beschicker Sonstiges Sonstige Einflüsse - Zigarette Zigarette in der Nähe der Messgeräte Trennmittel Trennmitteleinsatz am Beschicker LKW LKW steht an Beschicker und kippt Abb. 9: Beispiel für die Darstellung der PID-Messwertverläufe und Einflusszeiträume [7] 294 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Die Auswertung der potenziellen Einflusszeiträume zeigte, dass u.- a. beim Einsatz von Trennmittel eine Beeinflussung des PID-Messwertverlaufes zu erkennen war. In Abb. 10 ist ein Auszug von einer Stunde aus einem PID-Messwertverlauf am Messpunkt „Bohle rechts“ dargestellt. In Folge des Einsatzes von Trennmittel ergab sich hier an drei Stellen ein Peak im PID- Messwertverlauf (rot markiert). [7] Inwiefern sich der Einsatz von Trennmittel auf die IFA- Messungen auswirkt, wurde im Rahmen eines weiteren Projektes anhand von Laboruntersuchungen betrachtet. Die Untersuchungen werden an späterer Stelle dargestellt. Windgeschwindigkeit und Windrichtung Wie bereits beschrieben, war zu erwarten, dass die Windgeschwindigkeit und Windrichtung einen wesentlichen Einfluss auf die PID-Messwertverläufe sowie auf die IFA-Messergebnisse haben kann. Daher wurde der Verlauf der windbezogenen Messdaten dem jeweiligen PID-Messwertverlauf gegenübergestellt. [7] Windgeschwindigkeit In der folgenden Abbildung (Abb. 11) ist ein Beispiel für die Darstellung der Windgeschwindigkeit gegenüber den PID-Messwerten des Messpunktes „Fertiger“ im zeitlichen Verlauf abgebildet. Abb. 10: Beispiel für den Einfluss von Trennmittel auf den PID-Messwertverlauf [7] 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 295 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Zu erkennen ist, dass bei steigender Windgeschwindigkeit die PID-Messwerte am entsprechenden Messpunkt abnehmen. In Bereichen, wo sich die Windgeschwindigkeit reduziert, ist hingegen eine Zunahme der PID-Messwerte erkennbar. [7] Ob sich dieses Verhalten bei gleichbleibender Windrichtung zeigt oder gerade die Windrichtung einen Einfluss auf den PID-Messwertverlauf aufweist, wird im Folgenden betrachtet. Windrichtung Um den Einfluss der Windrichtung auf die PID-Messwerte zu bewerten, wurde in einem ersten Schritt jeweils die mittlere Windrichtung des jeweiligen Einbautages den entsprechenden PID-Tagesmittelwerten gegenübergestellt. [7] Ein Beispiel ist in Abb. 12 dargestellt. In dem dargestellten Beispiel ist zu erkennen, dass der Wind bezogen auf die Einbaurichtung an diesem Einbautag i.-d.-R. nach rechts wehte. Die blaue Linie stellt hierbei die Anzahl windrichtungsbezogener Messwerte dar. Je öfter der Wind in eine bestimmte Richtung wehte, desto ausgeprägter ist diese Linie. [7] Abb. 12: Gegenüberstellung der durchschnittlichen Windrichtung und PID-Tagesmittelwerte [7] Bei Betrachtung der PID-Tagesmittelwerte ist zu erkennen, dass der Messpunkt „Bohle rechts“, welcher sich gegenüber der fiktiven Einbauachse als einziges auf der rechten Seite befand, den höchsten Wert erreichte. Dieser Umstand scheint plausibel und bestätigt die These, dass die Windrichtung einen Einfluss auf den jeweiligen Tagesmittelwert haben kann. [7] Um die Windrichtung im zeitlichen Verlauf den PID- Messwertverläufen gegenüberzustellen, wurde diese für Abb. 11: Beispiel für die Darstellung der Windgeschwindigkeit [7] 296 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen eine zweidimensionale Darstellung entsprechend der folgenden Tabelle (Tab. 2) umgerechnet. Zu beachten ist, dass hierdurch nicht mehr unterschieden werden kann, ob der Wind in oder gegen die Fahrtrichtung wehte. [7] Tab. 2: Umwandlung der Windrichtung in eine zweidimensionale Darstellung [7] Durch die Umrechnung der Windrichtungen lassen sich diese Daten jedoch den PID-Messwertverläufen im zeitlichen Verlauf gegenüberstellen. [7] Ein Beispiel ist hierzu in Abb. 13 dargestellt (rot umrandeter Bereich). Es zeigt sich, dass insbesondere in den Zeiträumen, wo der Wind überwiegend nach rechts wehte, sich eine Reduzierung der PID-Messwerte am Messpunkt „Fertiger“ einstellte (grüne Umrandung). Im darauffolgenden Zeitraum, in welchem die Windrichtung vermehrt nach links gerichtet war und zudem eine Reduzierung der Windgeschwindigkeit zu verzeichnen ist (siehe auch Abb. 11), ist ein Anstieg der PID-Messwerte zu erkennen (blaue Umrandung). [7] 3.5 Zusammenfassung und Erkenntnisse Neben den bereits beschriebenen Einflüssen aus Windgeschwindigkeit, Windrichtung und Trennmitteleinsatz, konnten weitere potenzielle Einflüsse auf die PID-Messwertverläufe festgestellt werden. [7] Es zeigte sich u.-a., dass eine seitliche Bebauung bzw. Bepflanzung zu einer Veränderung der PID-Messwerte an den einzelnen Messpunkten führen kann. Dies lässt sich voraussichtlich auf eine Umlenkung bzw. Abschottung des Windes zurückführen. [7] Im Rahmen der IFA-Messungen an der L-717 ergab sich zudem eine konkrete Fragestellung, da dort ein deutlich erhöhter Messwert am Messpunkt „Walze“ zu erkennen war. Der IFA-Messwert lag mit 55,70 mg/ m³ [14] deutlich über dem AGW von 1,5-mg/ m³, welches an dem besagten Messpunkt ungewöhnlich ist. [7] Im PID-Messwertverlauf dieses Messpunktes zeigte sich ein deutlicher Peak zu Beginn des Einbaus (siehe Abb.-14). Im Rahmen der Auswertung von Videoaufzeichnungen sowie der Fotodokumentation konnte erkannt werden, dass Abb. 13: Beispiel für die Darstellung der Windrichtung [7] 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 297 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen vor Beginn des Einbaus das Pflege- und Schmiermittel WD-40 an der Walze eingesetzt wurde. [7] Der Einfluss von WD-40 auf das IFA-Messergebnis sowie auf den PID- Messwertverlauf konnte anhand von Laboruntersuchungen (siehe auch Abschnitt 4) bestätigt werden. [8] Im Weiteren konnte innerhalb einer Messreihe festgestellt werden, dass eine Zigarette, welche nah an das PID des Messpunktes „Bohle rechts“ gehalten wurde, eine Erhöhung des PID-Messwertes verursachte. [7] Inwiefern eine Beeinflussung der IFA-Messergebnisse sowie der PID- Messwertverläufe durch Zigarettenrauch stattfindet, wurde u.-a. in den nachfolgend beschriebenen Labormessungen ergänzend untersucht. [8] 4. Emissionsmessungen - Asphalt-Labor Da sich u.- a. im zuvor beschriebenen Projekt zeigte, dass der Einsatz von Trennmittel sowie der Einsatz von Pflege- und Schmierstoffen einen Einfluss auf die PID-Messwertverläufe und IFA-Messergebnisse haben kann, wurde dieser Einfluss in einem weiteren Projekt labortechnisch untersucht. [8] Im Folgenden werden der Versuchsauf bau, die Versuchsdurchführung und die daraus gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse dargestellt. 4.1 Aufbau Der Versuchsauf bau wurde so gewählt, dass Emissionsmessungen sowohl mit dem IFA-Messverfahren als auch mit der PID-Messmethode durchgeführt werden können. Hierzu wurde der Messkopf (IFA) über einen Schlauch direkt am Labormischer angeschlossen (siehe Abb. 15). Um die Temperatur der Dämpfe und Aerosole zu reduzieren sowie das Eindringen von Feuchtigkeit in den Filter des Messkopfes zu verhindern, wurde zusätzlich eine Woulffsche Falsche in der Anordnung der IFA-Messungen zwischengeschaltet. [8] Im Rahmen der PID-Messungen wurden zwei der in Abschnitt 2.2 beschrieben PID verwendet. Anhand der Doppelbestimmung ließ sich dabei die Plausibilität der PID-Messungen feststellen. Die Positionierung der PID erfolgte etwa 27-cm über einer kleinen Öffnung am Labormischer, welche mit einem Deckel verschließbar war. Durch den Abstand der PID zur Emissionsquelle, sollte das Eindringen von zu heißen Dämpfen in die PID verhindert werden. Über dieselbe Öffnung erfolgte zudem die Zugabe des jeweiligen Trennmittels. [8] Abb. 15: Auf bau des Versuchsstands im Labor [15] 4.2 Durchführung Innerhalb der Laboruntersuchungen wurde der Einfluss von fünf verschiedenen Trennmitteln sowie von Diesel und WD 40 (Pflege- und Schmierstoff) auf die Emissionsmessungen mit dem IFA-Messverfahren und der PID- Messmethode untersucht. [8] Referenzmessungen Um Referenzwerte für diese Trennmitteluntersuchungen zu erhalten sowie den Zeitpunkt für die Trennmittelzugabe festzulegen, wurden vorab drei Referenzmessungen mit dem entsprechenden Asphaltmischgut SMA-8-S ohne Trennmittel durchgeführt. Innerhalb der dort durchgeführten PID-Messungen zeigte sich, dass eine Zugabe des jeweiligen Trennmittels nach etwa 15-min zielführend ist, da sich hier bei allen drei Referenzmessungen ein ähnlicher Verlauf der PID-Messwerte zeigte (siehe Abb. 16). [8] Abb. 14: Einfluss von WD-40 auf den PID-Messwertverlauf am Messpunkt „Walze“ [7] 298 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Abb. 16: Überlagerung der PID-Messwertverläufe aus den drei Referenzmessungen [8] Einmalige Trennmittelzugabe Aufgrund der zu erwartenden hohen Belastungen wurde die Gesamtdauer der jeweiligen Messung auf eine Stunde festgelegt. Vor Beginn jeder Messung erfolgte die Temperierung von jeweils 20-kg Asphaltmischgut (SMA-8-S) auf 155-°C. Nach Befüllen des Labormischers mit dem entsprechenden Asphaltmischgut und nach Erreichen der Zieltemperatur im Labormischer, wurden die IFA- und PID-Messung gestartet. Nach etwa 15 Minuten erfolgte die Zugabe des jeweiligen Trennmittels. Die Messung wurde daraufhin für 45 Minuten fortgesetzt, sodass sich eine Messdauer von insgesamt einer Stunde ergibt (siehe Abb. 17). [8] Abb. 17: Betrachtete Zeitpunkte und Zeiträume der PID-Messungen [8] Gestaffelte Trennmittelzugabe In einem weiteren Versuch wurde eines der Trennmittel (TM- 4) in mehreren Schritten dem Asphaltmischgut zugegeben. Hierbei wurde die vorgesehene Trennmittelmenge auf drei Zeitpunkte aufgeteilt, sodass 1/ 3 der Trennmittelmenge nach 15, 30 und 45 Minuten dem Asphaltmischgut zugegeben wurde. Hierbei sollte untersucht werden, wie sich eine gestaffelte Trennmittelzugabe gegenüber einer einmaligen Zugabe nach 15 Minuten in den IFA- und PID-Messergebnissen darstellt. [8] 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 299 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Zigarettenrauch Da sich im Weiteren zeigte, dass sich Zigarettenrauch auf die Messergebnisse der IFA- und PID-Messungen auswirken kann, wurde dieses ebenfalls untersucht. Hierzu wurde in drei Zeiträumen innerhalb von einer Stunde für jeweils ca. fünf Minuten den Messgeräten Zigaretten zugeführt. Dies erfolgte einerseits über eine direkte Zuführung von Zigarettenrauch (Abb. 18 links) und andererseits über ausgeatmeten Rauch (Abb. 18 rechts). Zu beachten ist, dass diese Messung ohne Asphaltmischgut durchgeführt wurde, sodass ausschließlich von einer Beeinflussung der PID- und IFA-Messwerte durch Zigarettenrauch auszugehen ist. [8] Abb. 18: Versuchsanordnung zur Untersuchung des Einflusses von Zigarettenrauch auf die IFA- und PID- Messergebnisse [8] 4.3 Auswertung Im Folgenden werden die Ergebnisse aus den vorab beschriebenen Laboruntersuchungen dargestellt und bewertet. Im Vordergrund steht hierbei die Untersuchung des Einflusses von Trennmittel auf die IFA- und PID-Messergebnisse, wobei im Weiteren die gestaffelte Trennmittelzugabe sowie der Einfluss von Zigarettenrauch auf die Messergebnisse beschrieben werden. Trennmitteluntersuchungen Wie im Abschnitt 4.2 beschrieben, wurden im Rahmen der Trennmitteluntersuchungen fünf verschiedene Trennmittel sowie der Einfluss von Diesel und Pflegebzw. Schmierstoffen (hier: WD- 40) auf die IFA- und PID- Messergebnisse untersucht. In Abb. 19 sind die IFA-Messergebnisse aus den besagten Trennmitteluntersuchungen zu erkennen. Das Ergebnis aus dem arithmetischen Mittelwert der drei Referenzmessungen mit 117-mg/ m³ (graue Säulen) ist dabei dem jeweiligen Messergebnis gegenübergestellt. Abb. 19: IFA-Messergebnisse (Gesamt) [15] in Anlehnung an [8] 300 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Zu erkennen ist, dass sich die betrachteten fünf Trennmittel unterschiedlich auf das Gesamtergebnis (Dämpfe und Aerosole) der IFA-Messungen auswirkten. Zudem zeigt sich ein deutlich erhöhter IFA-Messwert bei der Zugabe von Diesel und das höchste IFA-Messergebnis bei der Zugabe von WD-40. Der deutliche Einfluss von WD-40 spiegelte sich bereits bei den Emissionsmessungen am Messpunkt „Walze“ der Versuchsstrecke L-717 wider. [8] Außerdem war bei der Betrachtung der Messergebnisse auffällig, dass sich das Trennmittel TM-1 kaum auf das IFA-Messergebnis auswirkte. Der Unterschied zu den Trennmitteln TM-2 bis TM-5 lag dabei in der Zusammensetzung. Das Trennmittel TM-1 basiert als einziges auf Pflanzenöl, während die anderen Trennmittel Mineralöl als Basis besitzen. Es sei darauf hingewiesen, dass ein durch die Zugabe von Trennmittel erhöhtes IFA-Messergebnis nicht bedeuten muss, dass diese gesundheitsschädlich sind. Sie beinhalten jedoch Stoffe, welche innerhalb des Wellenzahlbereiches der Infrarotspektroskopie angeregt und somit in der Auswertung erfasst werden. [8] Neben der Betrachtung der IFA-Messergebnisse erfolgte die Auswertung der einzelnen PID-Messwertverläufe. Der jeweilige Verlauf aus den Trennmitteluntersuchungen wurde hierbei auf eine vereinheitlichte Messreihe bezogen, welche sich aus den drei Referenzmessungen (ohne Trennmittel) ergab (siehe Abb. 20 hellblaue Linie). [8] Abb. 20: Gegenüberstellung der PID-Messwertverläufe bei Trennmittelzugabe (bezogen auf einen vereinheitlichten Messwertverlauf ohne Trennmittel) [8] Es ist zu erkennen, dass die einzelnen Trennmittel eine unterschiedliche Beeinflussung des PID-Messwertverlaufes bewirkten. Während z.-B. bei TM-1 (gelbe Linie) ein kleinerer Peak erkennbar ist, stellt sich dieser bei TM-4 (rote Linie) deutlicher dar. Bei beiden Trennmitteln ist jedoch ein zügiges Abflachen des PID-Messwertverlaufes zu erkennen. Hingegen zeigt sich z.-B. beim Trennmittel „TM-5“ (violette Linie) ein mittelhoher Peak, nach welchem eine deutlich langsamere Reduzierung der PID-Messwerte stattfindet. Dies deutet auf eine unterschiedliche Einflussdauer der Trennmittel auf die Emissionsmessungen hin. Es ist zu vermuten, dass die Einflussdauer mit der Ergiebigkeit des jeweiligen Trennmittels zusammenhängt. [8] Entsprechend den IFA-Messungen wurde im Weiteren der Einfluss von Diesel und WD-40 auf die PID-Messwertverläufe betrachtet (siehe Abb. 21). 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 301 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen Abb. 21: Gegenüberstellung der PID-Messwertverläufe-- TM | Diesel | WD 40 (bezogen auf einen vereinheitlichten Messwertverlauf ohne Trennmittel) [8] In Abb. 21 ist zu erkennen, dass Diesel (schwarze Linie) einen gegenüber den Trennmitteln deutlich erhöhten Peak bewirkte, während mit WD-40 (graue Linie) der höchste Peak erzielt wurde. Eine deutlich erhöhte Beeinflussung durch Diesel und WD-40 zeigte sich bereits in den IFA- Messergebnissen und ist innerhalb der PID-Messungen somit plausibel. [8] Gestaffelte Trennmittelzugabe (TM 4) Neben der einmaligen Zugabe von Trennmittel wurde anhand des Trennmittels TM-4 die Auswirkung einer gestaffelten Trennmittelzugabe auf die IFA-Messergebnisse und PID-Messwertverläufe betrachtet. Hierbei wurde 1/ 3 der Trennmittelmenge nach 15, 30 und 45 Minuten dem Asphaltmischgut im Labormischer zugegeben. [8] In Abb. 22 ist der daraus resultierende PID-Messwertverlauf zu erkennen. Abb. 22: PID-Messwertverläufe bei gestaffelter Trennmittelzugabe (TM-4) [15] in Anlehnung an [8] 302 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen In Folge der jeweiligen Trennmittelzugabe zeigen sich unterschiedlich hohe Peaks. Es ist zu vermuten, dass die Peaks aufgrund der im Labormischer vorherrschenden Temperaturen unterschiedlich hoch ausfallen. Im Rahmen von Voruntersuchungen war eine Hysterese im Temperaturverlauf des Labormischers zu erkennen. Eine mögliche Bedeutung der Asphaltmischguttemperatur in Bezug auf die Emissionshöhe wird hierdurch deutlich. [8] Inwiefern sich die gestaffelte Trennmittelzugabe des TM- 4 auf die IFA-Messergebnisse auswirkte, ist in Abb.-23 dargestellt. Zu erkennen ist das IFA-Messergebnis aus dem arithmetischen Mittelwert der drei Referenzmessungen sowie das Messergebnis bei einmaliger und gestaffelter Trennmittelzugabe. Abb. 23: Gegenüberstellung der IFA-Messergebnisse (Gesamt) bzgl. einer gestaffelten Trennmittelzugabe [15] in Anlehnung an [8] Es zeigt sich, dass durch eine gestaffelte Trennmittelzugabe ein höheres IFA-Messergebnis gegenüber der einmaligen Trennmittelzugabe erreicht wurde. Hypothetisch betrachtet kann sich somit ein Trennmittel, welches ergiebiger ist und dadurch seltener aufgetragen werden muss, positiv auf das IFA-Messergebnis auswirken. [8] Zigarettenrauch Im Rahmen der beim Einbau von Walzasphalt durchgeführten PID-Messungen zeigte sich, dass Zigarettenrauch in besonders ungünstigen Fällen einen Einfluss auf die PID-Messwertverläufe haben kann. [7] Dieser potenzielle Einfluss wurde daher ebenfalls innerhalb der Labormessungen untersucht. [8] Das Ergebnis aus den IFA-Messungen ist in der folgenden Abbildung (Abb. 24) dargestellt. Im Vergleich zum arithmetischen Mittelwert aus den drei Referenzmessungen zeigt sich bei der Messung mit Zigarettenrauch ein geringerer Wert. Es ist jedoch zu beachten, dass diese Messung ohne den Einfluss von Asphaltmischgut erfolgte und lediglich ein Einflusszeitraum von etwa 18 Minuten innerhalb der Gesamtmessdauer von einer Stunde vorherrschte. [8] Abb. 24: IFA-Messergebnis - Zigarettenrauch [15] in Anlehnung an [8] Die einzelnen Zeiträume, in welchen die IFA- und PID- Messgeräte mit Zigarettenrauch beaufschlagt wurden, sind im PID-Messwertverlauf (siehe Abb. 25) erkennbar. Hierbei wird deutlich, dass ein direkt von der Zigarette stammender Rauch (rot markiert) deutlichere Ausschläge im PID-Messwertverlauf verursachte, während sich die Peaks beim ausgeatmeten Rauch (grün markiert) geringer darstellten. [8] Im Rahmen der im Labor durchgeführten IFA- und PID- Messungen zeigt sich, dass sich Zigarettenrauch auf die Ergebnisse beider Messverfahren auswirken kann. In besonders ungünstigen Fällen, in denen z.-B. eine Zigarette direkt neben den Zulauf des IFA-Messkopfes gehalten wird, kann somit auch während des Einbaus von Walzasphalt eine Erhöhung des IFA-Messwertes stattfinden. [8] 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 303 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen 5. Fazit und Ausblick Durch den Einsatz von temperaturabgesenktem Asphalt (TA-Asphalt) und Absaugeinrichtungen an der Fertigerbohle, konnten die Emissionen aus Dämpfen und Aerosolen bei der Heißverarbeitung von Bitumen, bereits deutlich reduziert werden. Dennoch kann der aktuell ausgesetzte Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von 1,5-mg/ m³ bisher nicht zielsicher eingehalten werden. [16] Innerhalb der beschriebenen Projekte galt es daher herauszufinden, in welcher Form sich weitere Einflussfaktoren auf die erzielten Messergebnisse auswirken können. Die hierbei durchgeführten PID-Messungen stellten sich gegenüber den IFA-Messungen als plausibel dar. Es zeigte sich u.-a., dass in den IFA-Messergebnissen auftretende Besonderheiten unter Zuhilfenahme der PID-Messungen sowie einer zusätzlichen Aufzeichnung des Bauablaufes mit Kameras, etwaige Ursachen identifiziert werden können. [7] [8] Neben dem Einfluss durch die Windgeschwindigkeit und Windrichtung konnten somit weitere Einflussfaktoren, wie z.-B. der Einsatz von Trennmittel oder Pflege- und Schmierstoffen sowie der Einfluss von Zigarettenrauch auf die PID-Messwertverläufe und IFA-Messergebnisse festgestellt und ausgewertet werden. [7] [8] Ob durch den Einsatz eines pflanzenölbasierten Trennmittels unter Baustellenbedingungen ein niedrigeres PIDbzw. IFA-Messergebnis gegenüber einem mineralölbasierten Trennmittel erreicht werden kann, wird im Auftrag des KoA-Bit in einem weiteren Projekt zusammen mit der TPA GmbH (Hamburg) untersucht. Literatur [1] Musanke, U.; Nies, E., Welge, P. (2020): Der neue Arbeitsplatzgrenzwert für Bitumen - Schritte zur Umsetzung, Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), URL: https: / / forum.dguv.de/ ausgabe/ 4-2020/ artikel/ der-neue-arbeitsplatzgrenzwert-fuer-bitumen-schritte-zur-umsetzung, Zugriff: 27.11.2024. [2] Bartsch, R.; Brinkmann, B.; Brüning, T.; Hartwig, A.; Nies, E.; Pallapies, D.; Schriever-Schwemmer, G.; Steinhausen, M.; Welge, P.; Werner, S.C.M. (2019): Bitumen (Dampf und Aerosol bei der Heißverarbeitung) [MAK value documentation in German language, 2019], Wiley-VCH Werlag GmbH & Co.KGaA (Hrsg.), 2019, URL: https: / / onlinelibrary.wiley.com/ doi/ pdf/ 10.1002/ 3527600418. mb805242d0067, Zugriff: 27.11.2024. [3] Weßelborg, H.-H.; Schönauer, T.; Hülsbömer, M. (2020): Wissenschaftliche Begleitung des Einsatzes von Warmmix-Asphalt (WMA) auf ländlichen Wegen, Münster, 2020, (nicht veröffentlicht). [4] Weßelborg, H.-H.; Schönauer, T.; Hülsbömer, M. (2021): Ergänzungsbericht - Wissenschaftliche Begleitung des Einsatzes von Warmmix-Asphalt (WMA) auf ländlichen Wegen, Münster, 2021, (nicht veröffentlicht). [5] Schönauer, T.; Koordt, M.; Buttgereit, A.; Gogolin,- D.; Johannsen, K.; Weßelborg, H.-H. (2021): Einsatz und messtechnische Überprüfung von emis- Abb. 25: PID-Messwertverläufe - Zigarettenrauch [8] 304 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 PID-Messungen im Asphaltstraßenbau - Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen sionsreduziertem Asphalt im kommunalen Straßenbau - ein Beitrag zum Klima- und Arbeitsschutz, In: 2. Kolloquium Straßenbau in der Praxis- - Fachtagung zum Planen, Bauen, Erhalten, Betreiben unter den Aspekten von Nachhaltigkeit und Digitalisierung (Tagungshandbuch 2021); Prof. Dr.-Ing. Florian Schäfer (Hrsg.), Tübingen/ Esslingen, 2021. [6] Weßelborg, H.-H.; Schönauer, T. (2022): Durchführung von PID-Messungen beim Einbau von Gussasphalt, Münster, 2022, (nicht veröffentlicht). [7] Weßelborg, H.-H.; Schönauer, T. (2024), Durchführung von PID-Messungen beim Einbau von Walzasphalt, Münster, 2024, (nicht veröffentlicht). [8] Schönauer, T.; Schünemann, M.; Simnofske, D.; Weßelborg, H.-H. (2023), Untersuchung des Einflusses verschiedener Trennmittel auf Emissionsmessungen mit dem IFA-Verfahren und der PID- Messmethode, (nicht veröffentlicht). [9] Breuer, D. (2008): Bitumen (Dämpfe und Aerosole, Mineralölstandard) - IFA-Arbeitsmappe 6305/ 1, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, 2008. [10] Breuer, D. (2008): Bitumen (Dämpfe und Aerosole, Bitumenkondensat-Standard) - IFA-Arbeitsmappe 6305/ 2, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, 2008. [11] Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) (Hrsg.) (2009): Analytische Methoden zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe, Band 1: Luftanalysen, 16. Lieferung, 2009, URL: https: / / onlinelibrary.wiley.com/ doi/ pdf/ 10.1002/ 3527600418. ammobildevd0016, Zugriff: -27.11.2024. [12] Analytical Control Instruments GmbH (Hrsg.) (2016): Portable PID (PPID) - Bedienungsanleitung - Ab Firmware Revision: 1.00.013, Version 2.01, Berlin, URL: https: / / www.aci-berlin.com/ images/ stories/ products/ ppid/ PPID - User Manual (de) - 2.01.pdf, Zugriff: 27.11.2024. [13] OpenStreetMap Foundation (OSMF), lizenziert unter der Open Data Commons Open Database- Lizenz (ODbL), URL: https: / / www.openstreetmap. org/ copyright, Zugriff: 27.11.2024. [14] Eurofins Umwelt Nord GmbH (2022): Expositionsmessungen gemäß TRGS 402, Eurofins-Bericht 21355-001 B01 vom 28.11.2022, (nicht veröffentlicht). [15] Weßelborg, H.-H.; Schönauer, T. (2024): Einflussfaktoren bei der Erfassung von Emissionen im Asphaltstraßenbau, 22. Deutsche Asphalttage, Berchtesgaden, 2024. [16] Ziegenberg, M. (2022): Auswertung von Messergebnissen, asphalt, Ausgabe 02/ 2022, S. 6/ 7.