4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 355 Temperaturabgesenkter Asphalt - Additive und Verfahren Stephan Harnischfeger MHI Naturstein & Baustoffservice GmbH, Wächtersbach Zusammenfassung Der nachstehende Beitrag behandelt die Thematik des temperaturabgesenkten Asphalts (TA), einer innovativen Bauweise zur Reduzierung der Misch- und Einbautemperaturen von Asphalt. Diese Methode zielt darauf ab, Emissionen zu verringern, Energie zu sparen und die Verkehrsfreigabe zu beschleunigen. Der Text erläutert die gesetzlichen Rahmenbedingungen, die verschiedenen Verfahren zur Temperaturabsenkung sowie die praktischen Herausforderungen und Erfahrungen aus der Anwendung. Zudem wird ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen und notwendige Anpassungen in der Praxis gegeben. 1. Vom DNEL zur Temperaturabsenkung Seit 2019 gilt ein neuer Arbeitsplatzgrenzwert (AGW) von nur noch 1,5 mg/ m³ für Dämpfe und Aerosole aus der Heißverarbeitung von Bitumen. Dieser war vorläufig für die Dauer von fünf Jahren ausgesetzt und ist nun nach nochmals zweijähriger Aussetzung ab dem 1. Januar 2027 im Rahmen von Gefährdungsbeurteilungen zwingend zu beachten. Der Grenzwert wurde als „DNEL“ (Derived No Effect Level) vor dem Hintergrund der europäischen REACH- Verordnung ermittelt und beruht im Wesentlichen auf Tierstudien. Um dieser Anforderung zu begegnen, wurde in Zusammenarbeit aus u. a. der BG Bau, Bau- und Industrieverbänden, der IG Bau, dem Ausschuss für Gefahrstoffe und Vertretern von Maschinenherstellern die „Branchenlösung Bitumen beim Heißeinbau von Walz- und Gussasphalt“ [1] erarbeitet und 2021 veröffentlicht. Diese folgt dem „STOP“-Prinzip, und zwar zwingend in nachstehender Eskalationsfolge: „S“ für „Substitution“, beschreibt dabei den Austausch von konventionellem Heißasphalt gegen temperaturreduzierten Asphalt. „T“ für „Technische Schutzmaßnahmen“, beschreibt das Absaugen oder Wegblasen von Emissionen, aber auch Fernsteuerungseinrichtungen. „O“ für „Organisatorische Schutzmaßnahmen“, beschreibt die Optimierung bzw. Veränderung von Arbeitsabläufen mit dem Ziel der Expositionsreduzierung „P“ im Sinne einer „Persönlichen Schutzausrüstung“, sieht erst als letztes Mittel das Tragen eines fremdbelüfteten Schutzhelms vor. Seither wurden und werden auf Grundlage des Rundschreibens ARS 09/ 21 verstärkt Erprobungs- und Messstrecken unter ausschließlich kombinierter Verwendung von temperaturabgesenktem Asphalt und abgesaugtem Einbaugerät sowie bei begleitenden Emissionsmessungen durchgeführt. Hintergrund ist neben einer Verstetigung der Erkenntnislage zum Erfolg der Branchenlösung auch der Erfahrungsgewinn auf Seiten der Asphalt herstellenden und verarbeitenden Unternehmen. 2. Definition Temperaturabgesenkter Asphalt („TA“) beschreibt seit circa Mitte der 1990er Jahre eine Bauweise zur Absenkung der Mischund/ oder Einbautemperaturen von Asphaltmischgut um ca. 30 K. Dazu wird die Viskosität des thermoplastischen Baustoffes Asphalt durch die Zugabe von Zusätzen vorübergehend herabgesetzt. So kann dieser bei niedrigeren Temperaturen hergestellt und/ oder verarbeitet werden. Erfolgt der Einsatz der Zusätze ohne gezielte Temperaturabsenkung bei der Herstellung, spricht man auch von „niedrigviskosem Heißasphalt“. In Deutschland bewährte Verfahren sind in der „Erfahrungssammlung über die Verwendung von Fertigprodukten und Zusätzen zur Temperaturabsenkung von Asphalt“ [2] der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) dokumentiert, die seit 2006 kontinuierlich geführt und ergänzt wird. Die erste Ausgabe beruhte auf Erprobungsstrecken mit Asphalten unter Verwendung unterschiedlicher Produkte, die im Rahmen eines Beobachtungszeitraums von acht Jahren ausnahmslos eine gleichwertige oder bessere Performance zeigten als der konventionelle Referenzasphalt. Diese Erfahrungssammlung begleitete die Veröffentlichung des Merkblatts für Temperaturabsenkung von Asphalt („M TA“) [3] der FGSV, welches ebenfalls 2006 erstmals erschienen ist. Dieses beschrieb unter Verweis auf die damals bereits bewährten Verfahren der Erfahrungssammlung den weitestgehend ausschließlichen Umgang mit der Bauweise in Deutschland. Uneingeschränkt zugelassen waren in Deutschland lange Zeit nur solche viskositätsverändernden Zusätze („VVZ“) bzw. Fertigprodukte, deren Einsatz sich im Rahmen der ersten Langzeitstudie bewährt hatten: • Mineralische Zusätze • Organische Zusätze bzw. Fertigbindemittel unter deren Verwendung 356 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Temperaturabgesenkter Asphalt - Additive und Verfahren Neue Produkte oder Technologien müssen sich seither über einen dokumentierten Zeitraum von mindestens fünf Jahren bewährt haben. Vor dem Hintergrund des ARS 09/ 21 werden solche neuen Produkte als Gegenstand weiterer Forschung derzeit in der Pilotproduktliste [4] der BASt geführt. Stand heute wird die Bauweise der temperaturabgesenkten Asphalte (noch) durch folgende Dokumente beschrieben: • Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt, Ausgabe 2021 [3] • Erfahrungssammlung über die Verwendung von Fertigprodukten und Zusätzen zur Temperaturabsenkung von Asphalt, Ausgabe 2017 [2] • Technische Lieferbedingungen für gebrauchsfertige viskositätsverändernde Bitumen, Ausgabe 2022 [3] 3. Stand der Technik Insgesamt verfolgt die Temperaturabsenkung von Asphalt gleich mehrere Ziele: • Emissionsreduzierung (Dämpfe, Aerosole, CO 2 , NO x , VOC); durch die Reduzierung der Herstellungsund/ oder Verarbeitungstemperaturen • Energieeinsparung; durch den reduzierten Verbrauch fossiler Brennstoffe • Schnellere Verkehrsfreigabe bei engen Einbaufenstern • SchonendenUmgangmitBindemittelundMischanlage; durch reduzierten thermischen Stress für die betroffenen Werkstoffe und Zuschläge Eine erste Zusammenstellung und Clusterung der Messergebnisse, welche im Rahmen zahlreicher Messstrecken gewonnen wurden, durch den KOA-Bit zeigt bislang noch ein uneinheitliches Bild. Abb. 1: Zusammenstellung von Emissionsmessungen aus Erprobungsstrecken [5] Allerdings zeigt sich, dass der angestrebte Grenzwert durch Temperaturabsenkung und Absaugung bereits ganz oder näherungsweise erreicht wird und in einer weitaus größeren Anzahl bei Einsatz konventionellen Asphalts auch deutlich überschritten wird. Dennoch stellen sich hier u. a. Fragen: • Wurden alle Strecken gemeldet, d. h. zeigt sich hier das gesamte Bild an gewonnenen Erfahrungen? • Wurde das Absenkungspotenzial tatsächlich ausgeschöpft? Diese Frage kann im Falle einiger Erprobungsstrecken eindeutig verneint und mit einer teilweise noch zu vorsichtigen Herangehensweise durch die beteiligten Unternehmen erklärt werden. • Waren die Rahmenbedingungen repräsentativ und vergleichbar (Witterung, Wind, Topographie, vorbeifahrender Verkehr etc.)? Auch hier zeigten sich im Erfahrungsschatz des Autors Strecken, die im Rückblick nur bedingt für den Einsatzzweck geeignet waren. • Gab es Referenzmessungen? Dies konnte leider nicht für alle Maßnahmen gewährleistet werden, womit die Aussagekraft einzelner Messwerte zweifelsohne eingeschränkt bleibt. • Gab es andere Einflussgrößen (z. B. Trennmittel? ) Gerade neuere Untersuchungen zeigen Erkenntnisse zum Einfluss unterschiedlicher Trennmittel auf die gewonnenen Emissionswerte. Hier wird auf Forschungsvorhaben an anderer Stelle verwiesen. Anhand der Abbildungen 2 und 3, aufgenommen im Rahmen eines Einbautages mit morgens temperaturabgesenktem und mittags konventionellem Asphalt, zeigt 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 357 Temperaturabgesenkter Asphalt - Additive und Verfahren sich dennoch ein erkennbarer Unterschied im Emissionsverhalten bei rund 25 K Temperaturunterschied. Abb. 2: Keine erkennbaren Emissionen bei 25 K Temperaturabsenkung Abb. 3: Deutlich erkennbare Emissionen bei konventionellen Temperaturen 4. Methoden der Temperaturabsenkung Aktuell werden im Wesentlichen drei Kategorien an Verfahren zur Temperaturabsenkung von Asphalt unterschieden: 4.1 Organische Zusätze Durch den Einsatz organischer Zusätze (FT-Wachs, Amidwachs, Montanwachs) wird die Viskosität des Bindemittels im Temperaturbereich der Herstellung und des Einbaus von Asphalt durch die schmelzflüssigen Additive herabgesetzt. Während des Abkühlens des eingebauten Asphalts erfolgt der Phasenübergang der Additive zu mikroskopisch fein verteilte Wachspartikeln. Diese erhöhen in der Regel die Viskosität und Steifigkeit des Grundbindemittels. Organische Zusätze sind als Bestandteil der Erfahrungssammlung seit vielen Jahren in Deutschland bewährt. Da Sie in der Regel mit einer Erhöhung der Viskosität im Gebrauchszustand einher gehen, wurden Sie bislang häufig mit dem Ziel der zusätzlichen Stabilisierung von Verkehrsflächen, dann allerdings in Heißasphalt, eingesetzt. Sie sind verfügbar als Feststoff, als Bestandteil von Faserstoffpellets oder vorgemischt in Fertigbindemittel erhältlich. 4.2 Chemische Zusätze Der Einsatz oberflächenaktiver chemischer Zusätze zielt durch die Herabsetzung der Oberflächenspannung des Bindemittels auf eine leichtere und gleichmäßige Umhüllung bei niedrigeren Temperaturen ab und nutzt durch polar gebundene Restfeuchtigkeitsanteile aus dem Mineral zudem einen Gleitfilm (Mizellenbildung) zur Erleichterung der Verdichtung. Reaktiv chemische Zusätze erleichtern die Verdichtungsarbeit bei niedrigeren Temperaturen durch eine Veränderung der Bindemitteleigenschaften. Dieser Vorgang beginnt bei der Modifizierung und ist zeitlich begrenzt. Damit sind sowohl solche chemischen Zusätze bekannt, die die Performance des Asphalts im Gebrauchszustand verändern, als auch solche, bei denen dieser Umstand nicht gegeben ist. Verfügbar als flüssige Zusätze werden chemische Additive derzeit im Wesentlichen noch auf der Pilotproduktliste geführt, wenngleich es bereits einen großen Erfahrungsschatz dazu in anderen Ländern gibt. 4.3 Schaumbildende Verfahren Bei den schaumbildenden Verfahren wird zwischen einerseits Schaumbitumen und andererseits dem Einsatz mineralischer Zusätze (synthetischer Zeolith) unterschieden. Schaumbitumen stellt eine Verfahrenstechnik dar, bei der an der Asphaltmischanlage 2 bis 4 % Wasser in den Bitumenstrahl eingedüst werden. Im Mischer kommt es kurzfristig zu einer deutlichen Expansion des Bindemittels, welches nach einer definierten Halbwertszeit zusammenfällt und währenddessen die Umhüllung der Mineralstoffe bei niedrigeren Temperaturen erleichtert. Schaumbitumen erfordert eine bauliche Veränderung der Mischanlage, danach jedoch nur die definierte Zugabe von Wasser. Da es mit diesem Verfahren bisher nur wenig Erfahrung in Deutschland gibt, wird auch dieses derzeit noch als Gegenstand der Forschung betrachten. Bei der Verwendung von Zeolith wird hingegen kristallin gebundenes Wasser in den Mischer eingebracht, welches entlang einer definierten Austrittskurve über sechs bis acht Stunden ausgetrieben wird - solange die Temperatur im Mischgut über 100 °C liegt. Während des Wasseraustritts bildet sich Dampf, der zur Bildung von Mikroporen, mithin ebenfalls zu einer temporären Erhöhung des Bindemittelvolumens führt. Eine Veränderung der Gebrauchseigenschaften von Bitumen und fertiger Schicht findet nicht statt. Auch Zeolith ist bereits von Anfang an Gegenstand der Erfahrungssammlung und damit vielfach bewährt - nicht zuletzt, da er regelmäßig als Verarbeitungshilfe im Heißasphalt genutzt wird, um schwierige Einbausituationen (Kälte, Wind, lange Lieferwege, Handeinbau etc.) zu meistern. Als mineralischer Zusatz ist Zeolith ausschließlich als Feststoff zur Direktmodifizierung im Mischer erhältlich. 358 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 Temperaturabgesenkter Asphalt - Additive und Verfahren 5. Verfahren im Vergleich Ein abstrakter Vergleich der Viskositätsverläufe verdeutlicht die unterschiedliche Wirkung und mögliche Zusatzeffekte der beiden bislang bewährtesten Verfahren zur Temperaturbzw. Viskositätsreduzierung, d. h. organische bzw. mineralische VVZ. Abb. 4: Viskositätsverläufe von Straßenbaubitumen mit viskositätsverändernden organischen oder mineralischen Zusätzen im Vergleich [6] 6. Erfahrungen Der Blick auf die anstehenden Veränderungen ist aufgrund vermeintlich nicht vorhandener Erfahrungswerte vielfach mit Sorge verbunden. Gleichwohl wurden in den vergangenen beinahe dreißig Jahren immer wieder temperaturabgesenkte Asphalte erfolgreich verarbeitet, zum Beispiel bereits seit 2007 zwingend im Tunnelbau oder auch bei besonders kurzen Sperrbzw. Einbauzeiten. Andererseits wurden die beiden oben genannten ältesten Technologien in Deutschland regelmäßig für andere Zwecke eingesetzt: So wurden organischer VVZ regelmäßig zur Erhöhung der Standfestigkeit von stark belasteten Asphaltflächen eingesetzt. Mineralische und organische Zusätze hingegen wurden immer wieder eingesetzt, um Einbaubedingungen wie Kälte, Wind, langen Lieferwegen, steifen Bindemitteln und Handeinbau zu begegnen, die ihrerseits zu zwangsläufig - wenn auch nicht gezielt herbeigeführt - niedrigeren Verarbeitungstemperaturen führten. Der Umgang damit hat in vielen Fällen bereits zu wertvollen Erfahrungswerten mit den entsprechend veränderten Einbausituationen geführt. 7. Temperaturabsenkung in der Praxis Wenngleich die Verwendung temperaturreduzierter Asphalte die Einbauunternehmen nach einiger Übung vor keine unlösbaren Herausforderungen stellen sollte, sind doch einige Aspekte in der Praxis zu berücksichtigen: Wenngleich durch das neue Regelwerk möglicherweise nur bedingt berücksichtigt, ist doch letztlich die Temperatur an der Bohle entscheidend für den Verdichtungserfolg. So sind mögliche Temperaturverluste durch den Einsatz von Beschickern, der Absaugung von Einbaugerät, aber immer wieder auch durch Transportwege, Witterung etc. bei der Einbauplanung zu beachten. Umso wichtiger für die Erhöhung der Prozesssicherheit ist die frühzeitige und detaillierte Klärung der Rahmenbedingungen zwischen Produktion und Einbau. Darüber hinaus können sich unter verschiedenen Szenarien (topographische bzw. klimatische Rahmenbedingungen, gewünschte Gebrauchseigenschaften, Anlagentechnik etc.) fallweise einzelne Verfahren geeigneter darstellen als andere. Hier ist ein zu enger Fokus auf nur eine Technologie unter Umständen nicht zielführend. Da temperaturabgesenkter Asphalt über weniger thermische Energie verfügt, um Feuchtigkeit zu verdampfen, als Heißasphalt, ist Restfeuchte auf der Unterlage unbedingt zu vermeiden. Darüber hinaus sollte Einbaugerät stets vorgewärmt, das Walzenregime gegebenenfalls angepasst sein. Wertvolle Hinweise dazu gibt gerade anfangs ein regelmäßiger Einsatz zerstörungsfreier Verdichtungsmessung. 8. Temperaturabsenkung am Mischwerk Auch für das Mischwerk ist eine detaillierte Abstimmung der Rahmenbedingungen der geplanten Asphaltlieferung sowie eine enge labortechnische Begleitung bedeutsam. Bei der Festlegung der konkreten Misch- und Ausliefertemperatur ist neben den Rahmenbedingungen auch die Anlagentechnik zu beachten. Die Festlegung der Mischtemperatur wird im Wesentlichen durch die Temperatur von Mineralstoffen bzw. Recycling-Asphalt bestimmt. Zu beachten ist jedoch auch die Abgastemperatur, welche bei Filtereintritt nicht unter den Taupunkt fallen sollte, da es ansonsten zu Feuchtigkeitseintrag in die Abgasanlage sowie zu Schwefelausfällungen und Korrosion kommen kann. Hier sind in der Regel bauliche Anpassungen in Abstimmung mit dem Anlagenhersteller oder die Veränderung von Drehzahlen möglich und notwendig. Zum Umgang mit den Zusatzstoffen sind in jedem Falle Herstellerhinweise zu beachten. Wesentliche Merkmale sind dabei: • Lagerung des Additivs • Geeignete Dosiertechnik • Sinnvoller Dosierzeitpunkt • Silierung / Vormischen des Asphaltes • Erwünschte / unerwünschte „Nebenwirkungen“ 4. Kolloquium Straßenbau in der Praxis - Februar 2025 359 Temperaturabgesenkter Asphalt - Additive und Verfahren 9. Ausblick Um bauvertragliche Rechtssicherheit zu schaffen, muss die Temperaturabsenkung schnellstmöglich Regelbauweise werden. Entscheidend hierfür ist eine zeitige Veröffentlichung und Einführung von TL- und ZTV-Asphalt. Beide Dokumente werden derzeit für das zweite Halbjahr 2025 erwartet mit einem Inkrafttreten zum Saisonbeginn 2026. Andererseits haben bereits einige Auftraggeber Übergangslösungen geschaffen oder sind auf dem Weg dahin. Die Temperaturabsenkung an sich ist wie weiter oben beschrieben nur ein Teil zur Einhaltung des neuen Arbeitsplatzgrenzwertes. Absaugtechnik muss weiter ausgebaut und verfeinert werden. Hier sind Maschinenhersteller gefragt und bereits damit beschäftigt, Lösungen zu finden. Da Verarbeitungshilfen mit Einführung der Temperaturabsenkung per Definition nicht mehr verfügbar sein werden, empfiehlt sich nach Möglichkeit eine gleichmäßigere Verteilung von Ausschreibungen und Ausführungen über den Jahresverlauf. Eine Häufung gerade in der kälteren Jahreszeit wie in der Vergangenheit kann zu großen Herausforderungen führen. Auf dem Weg dahin bedarf es nun weiterer Erprobungsstrecken, die einerseits Klarheit über das Verhalten neuer Produkte und eine Verstetigung der Erkenntnisse zum Emissionsverhalten schaffen. Zuallererst dienen diese jedoch auch als „Übungsstrecken“ für die große Zahl kleinerer und mittlerer Bauunternehmen, die bislang noch nicht mit der Bauweise in Berührung kommen konnten. Literatur [1] https: / / www.bgbau.de/ fileadmin/ Medien-Objekte/ Me die n/ Bro s c h u e r e _ Flye r/ Br a n c h e nl%C3% B6sung_Bitumen_beim_Hei%C3%9Feinbau_ von_Walz-_und_Gussasphalt.pdf [2] https: / / www.bast.de/ DE/ Publikationen/ Fachveroeffentlichungen/ Strassenbau/ Downloads/ s3-erfahrungssammlung.html [3] FGSV-Verlag [4] https: / / www.bast.de/ DE/ Strassenbau/ Fachthemen/ s3-asphalt-erprobung.html [5] Quelle: M. Ziegenberg, KoA-Bit/ HDB e.V., s. „asphalt“, Ausgabe 2/ 2022, Seite 7 [6] In Anlehnung an „Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt, Ausgabe 2021, Seite 10