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Kaltrecycling
Instandsetzung einer Straße für Schwerlastverkehr, Nauberg
Vorwort
Der vorliegende Bericht beschreibt ein Straßenbauprojekt, bei dem Kaltrecyclingverfahren „in-place“ und „in-plant“ mit ver-
schiedenen Bindemitteln zur Anwendung kamen. Ausgangspunkt war der Gedanke, die vorhandene schadhafte Fahrbahn-
befestigung mit Hilfe von hydraulischen Bindemitteln zu recyceln und durch eine bituminös gebundene Tragschicht und eine
Verschleißschicht zu verstärken.
Der Bericht orientiert sich an dem Grundsatz, dass jedes Bauprojekt zunächst untersucht und an Hand der Ergebnisse die
Maßnahmen zur Instandsetzung und Erneuerung festgelegt werden sollten. Der hier vorliegende Bericht gliedert sich dem-
nach wie folgt:
Fahrbahnuntersuchung vor Ort,
Laborversuche,
Dimensionierung der Fahrbahnbefestigung,
Bauverfahren und -geräte und
Kontrollprüfungen.
2 // 3
Inhalt
1 Kurzbeschreibung
1.1 Vorgeschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Baustellenbegehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Bestandsaufnahme des Fahrbahnaufbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4 Sanierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Detaillierter Bericht
2.1 Beurteilung der Fahrbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.1 Eigenschaften der vorhandenen Fahrbahn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.2 Schürfgruben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.3 Dynamische Kegelrammsonden-Versuche (DCP-Tests) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.4 Plattendruckversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Laborversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.1 Eignungsprüfung für die untere Tragschicht (In-place-Recycling mit Zement) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.2 Eignungsprüfung für die obere Tragschicht (In-plant-Kaltrecycling) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.2.1 Recycling mit Schaumbitumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.2.2 Recycling mit Bitumenemulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3 Eignungsprüfung der Asphalt-Deckschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Sanierungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 Baubericht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 In-place-Recycling der unteren Tragschicht mit Zement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 In-plant-Kaltrecycling der oberen Tragschicht mit Schaumbitumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.3 In-plant-Kaltrecycling der Tragschicht mit Bitumenemulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.4 Asphalt-Deckschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.5 Kontrollprüfungen während der Bauphase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.1 In-place recycelte untere Tragschicht mit Zement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.2 In-plant kalt recycelte Tragschicht mit Schaumbitumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.5.3 In-plant kalt recycelte Tragschicht mit Bitumenemulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.4 Asphalt-Deckschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.6 Überwachung des Fahrbahnaufbaus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3 Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4 Anhang
Veröffentlichung in „Straße + Autobahn 55 (2004), Nr. 5“ (5 Jahre nach Projektdurchführung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4 // 5
1 Kurzbeschreibung
1.1 Vorgeschichte
Die Zufahrtstraße zu einem Steinbruch mit angeschlossenem Fertigbeton-Mischwerk wies schwere Schäden auf wie z.B.
tiefe Schlaglöcher, die notdürftig mit Beton und verschiedenen Baustoffen ausgebessert worden waren, Netzrisse und man-
gelhafte Entwässerung. Diese Schäden bereiteten den dort verkehrenden Lkw große Probleme. Die Analyse der Wiegeschei-
ne ergab, dass pro Jahr ein Nettogewicht von rund 800.000 Tonnen Baustoff auf dieser Straße transportiert wird. Das ent-
spricht etwa 40.000 Lastwagen jährlich mit maximalen Auslastungen. Eine Sanierung war unumgänglich, jedoch war die für
die Sanierungsarbeiten zur Verfügung stehende Zeit sehr begrenzt aufgrund des hohen Verkehrsvolumens und der kontinu-
ierlichen Produktion im Steinbruch und im Betonmischwerk.
1.2 BaustellenbegehungVor Beginn eingehender Untersuchungen wurde die Straße vor Ort in Augenschein genommen. Außerdem wurden alle über
die Straße verfügbaren Informationen zusammengetragen und bei der Entscheidung über eine etwaige Sanierung berück-
sichtigt.
Abb. 1: Zustand der beschädigten Straße.
In der ersten Hälfte der Straße wurden erhebliche Risse im Asphaltbelag festgestellt (siehe Abb. 1). In den anderen Berei-
chen wurden Verformungen wie z.B. Abrieb und Spurrinnen festgestellt. Der Zustand der Straße war sehr uneinheitlich, da
besonders das zweite Teilstück in Dammlage gebaut war und dort eine unzureichende Entwässerung für einen Großteil der
Schäden verantwortlich war (siehe Abb. 3). Als Ursache für die schweren Schäden wurden Probleme mit dem Untergrund
vermutet, und die leichten Risse in der Trag-Deckschicht wurden auf Asphaltermüdung zurückgeführt. Auf Grundlage dieser
Informationen ging man von dem in Abb. 2 dargestellten Fahrbahnaufbau aus und sah zunächst das ebenfalls in Abb. 2 ge-
zeigte Sanierungskonzept vor.
Vermuteter Fahrbahnaufbau Erster Sanierungsvorschlag
5–10 cm Mit Asphalt ge-bundene Schichten
15–20 cm Schotter
Untergrund
Abb. 2: Vermuteter vorhandener Fahrbahnaufbau und erster Sanierungsvorschlag.
Abb. 3: Querschnitt des zweiten Teilstücks der Zufahrtstraße mit Schotterfüllung und Darstellung der Entwässerungsproblematik.
4 cm Asphaltbelag
15 cm In-plant kalt recyceltes Fräsgut
20 cm Ungebundener Schotter als Frostschutzschicht
20–30 cm In-place kalt recycelt unterZugabe von Zement oderKalk
Untergrund
zusätzlicheDicke = 39 cm
Entwässerungs-graben mit mangel-haftem Abfluss
Oberflächen-wasser
Grobschotter 50–150
Oberflächen-wasser
Sickerwasser
1.3 Bestandsaufnahme des Fahrbahnaufbaus
Im folgenden Schritt wurden ausführliche Untersuchungen durchgeführt. Sie umfassten eine detaillierte Baustellenbegutach-
tung ebenso wie das Fräsen von Schürfgruben, dynamische Kegelrammsondenversuche (DCP-Tests) am Untergrund und
Plattendruckversuche am Unterbau. Anhand dieser Ergebnisse wurde dann ein detailliertes Laborversuchsprogramm er-
stellt. Mit dem Granulat aus den Schürfgruben wurden Siebanalysen, Proctor-Versuche (Feuchtigkeits-/Dichte-Verhältnis)
und Versuche zur Bestimmung des optimalen Bindemittelgehaltes durchgeführt. Die Voruntersuchungen ergaben, dass der
vermutete Fahrbahnaufbau nicht der Realität entsprach. Anhand der Laboruntersuchungen und computerunterstützter Be-
rechnungen der Schichtdicken (ELSYM 5M) wurde der erste Sanierungsvorschlag überarbeitet und daraus das Konzept ge-
mäß Abb. 4 abgeleitet.
Der Unterschied zwischen dem ersten Vorschlag (Abb. 2) und dem letztendlich vorgeschlagenen Aufbau (Abb. 4) zeigt, wie
wichtig eine detaillierte Untersuchung der Fahrbahn ist.
6 // 7
1.4 Sanierung
Der für die Sanierung gewählte Fahrbahnaufbau ist in Abb. 4 dargestellt. Die Ursache für den anderen, neuen Aufbau
liegt hauptsächlich darin, dass vor allem die 10 cm dicke ungebundene Schottertragschicht unter den Asphaltschichten in-
stabil war.
Durch Risse in den Asphaltschichten und wegen der schlechten Entwässerungsbedingungen war Wasser in diese Schotter-
tragschicht eingedrungen. Beim Befahren entstand ein Pumpeffekt, der das Wasser mit den Feinanteilen aus der Schotter-
tragschicht an die Oberfläche befördert hat. Zusätzlich traten durch das eingedrungene Wasser Frostschäden auf. Obwohl
die Schäden nicht gleichmäßig über die gesamte Länge der Straße verteilt waren, wurde beschlossen, den vorhandenen
Asphalt und die darunter liegende Schottertragschicht über der gesamten Straßenlänge zu recyceln. Dadurch wurde die
Tragfähigkeit der Fahrbahn erhöht und Inhomogenitäten reduziert. Dank der höheren Festigkeit, die durch diese Schicht er-
zielt wurde, konnte auf eine ungebundene Schotterschicht (Frostschutzschicht, siehe Abb. 2) verzichtet werden. Dadurch
wurde weniger Material für den Fahrbahnaufbau und für die Randverfüllungen benötigt, was zu deutlichen Kosteneinsparun-
gen führte.
Wie erwartet, ergaben die Laborversuche klare Hinweise darauf, dass die vorhandene Schotterschicht angesichts ihrer of-
fenbar geringen Plastizität nicht mit Kalk, sondern mit Zement stabilisiert werden sollte. Außerdem stellte sich heraus, dass
der Untergrund relativ trocken war und eine höhere Tragfähigkeit besaß, als zunächst angenommen wurde. Für die Verfesti-
gung der auf 19 cm tief gefrästen Schicht aus Schotter und Asphalt wurden ein Wirtgen-Recycler WR 2500 und eine mobile
Suspensionsmischanlage WM 400 von Wirtgen eingesetzt.
Auf diese mit Zement stabilisierte Tragschicht wurde eine weitere, 15 cm dicke, kalt aufbereitete bituminöse Tragschicht ein-
gebaut. Das Kaltmischgut wurde vorab in einer mobilen Wirtgen-Kaltmischanlage KMA 150 hergestellt. Das Granulat für die-
se Schicht bestand aus pechhaltigem Asphaltfräsgut und Brechsand 0/2 mm. Das Kaltmischgut für diese Tragschicht wur-
de auf einem Abschnitt von km 0+000 bis km 0+714 mit Schaumbitumen und Zement, und von km 0+714 bis km 1+000 mit
Bitumenemulsion und Zement aufbereitet. Zweck der unterschiedlichen Mischgutrezepturen war es, das Verhalten dieser
beiden Bindemittel im resultierenden Kaltmischgut unter gleichen Bedingungen bewerten zu können.
Abschließend wurde die Tragschicht mit einer 4 cm dicken Deckschicht aus Asphalt 0 /11 S überbaut.
Tatsächlicher Fahrbahnaufbau Aufbau der sanierten Fahrbahn
9 cm Asphalt Trag-Deckschicht
10 cm Tragschicht aus Schotter 0–32
17–50 cm Untere Tragschicht aus Schotter 50–75
Untergrund
4 cm Asphaltbelag
15 cm In-plant kalt recyceltes Fräsgranulat
19 cm In-place recycelt unter Zugabe von Zement
17–50 cm Untere Tragschicht aus Schotter 50–75
Untergrund
zusätzliche Dicke = 19 cm
Abb. 4: Tatsächlicher Fahrbahnaufbau und Aufbau der sanierten Fahrbahn.
Abb. 5: Straße nach Abschluss der Sanierungsarbeiten.
Die kalt gemischte Tragschicht und die Asphalt-Deckschicht wurden mit einem Vögele-Asphaltfertiger Super 1800 mit Hoch-
verdichtungsbohle eingebaut.
Um die Zufahrt zum Steinbruch nicht zu behindern, musste auch der zeitliche Ablauf der Sanierungsmaßnahmen sorgfältig
geplant werden. Daher wurde entschieden, das Recycling der unteren Tragschicht mit Zement an einem Samstag durchzu-
führen. Die Zufahrtstraße wurde in der darauf folgenden Woche für den Verkehr freigegeben. Im Laufe des folgenden Wo-
chenendes wurden dann die Tragschicht aus Kaltmischgut und die Asphalt-Deckschicht eingebaut.
2 Detaillierter Bericht2.1 Beurteilung der Fahrbahn
2.1.1 Eigenschaften der vorhandenen Fahrbahn
Länge: 1.000 m, Breite: 5,1 m, Gesamtfläche: 5.100 m2
Abb. 6: Grafische Darstellung der Zufahrtstraße mit Ortsangabe der geprüften Stellen.
Hö
he (m
)
Länge (m)
35
30
25
20
15
10
5
0
0 200 400 600 800 1000
Plattendruckversuch 2bei km 0+222
Schürfgrube 2bei km 0+210
Rechtskurve 90°
Schürfgrube 1bei km 0+080
Linkskurve 45°
Linkskurve 45°
Plattendruckversuch 3bei km 0+550
Schürfgrube 3bei km 0+590
Plattendruckversuch 4bei km 0+693
5% Gefälle zwischen km 0+213 und km 0+503
km 0+213
8% Gefälle zwischen km 0+170 und km 0+213
Plattendruckversuch 1 bei km 0+040
8 // 9
Abb. 7: Unterschiedliche Arten der Beschädigung an der Straße.
Abb. 8: Voll beladene Lkw mit Mineralgemisch.
Die Straßenschäden entlang der gesamten Straße werden im Folgenden an einigen Bildern veranschaulicht (siehe Abb. 8–12):
A B C D E F G
H J K L M N O
Legende: Leichte Rissbildung und vereinzelte Schlaglöcher
Leicht gerissen
Stark gerissen
Asphaltschichten vollständig durchgebrochen, Schlaglöcher mit Beton ausgefüllt
0 100 200 300 400 500
500 600 700 800 900 1000
Abb. 9: Typische Quer- und Längsrisse.
Abb. 11: Starke Beschädigung der Asphaltschicht weist auf eine instabile Schotterschicht hin.
Abb. 12: Schäden durch mangelhafte Entwässerung.
Abb. 10: Stehendes Wasser und Frost führen zur weiteren Beschädi-gung der Straße.
10 // 11
2.1.2 Schürfgruben
Drei Schürfgruben wurden ausgefräst bei km 0+080, km 0+210 und km 0+590. Die vorhandene 9 cm dicke Asphaltschicht,
bestehend aus einer Asphalt-Deckschicht von 3 bis 4 cm und einer Asphalt-Tragschicht von 5 bis 6 cm, sowie 10 cm der
0-32-Schottertragschicht wurden mit einer Wirtgen-Kaltfräse 500 DC ausgefräst. Damit wurde erreicht, dass das Material für
die Laborversuche eine ähnliche Sieblinie aufwies wie das später während der Recyclingmaßnahme vom Wirtgen Recycler
WR 2500 erzeugte Granulat.
Abb. 13: Mit einer Wirtgen-Kaltfräse 500 DC wird das Material für die Laborversuche ausgefräst.
Abb. 14: Ausgefräste und ausgehobene Schürfgrube bei km 0+080.
Die Schottertragschicht wies einen sehr hohen Wassergehalt auf. Die darunter liegende Schicht, die von Hand ausgehoben
wurde, bestand aus Schotter 50–75 mm. Die Schichtdicke schwankte zwischen 17 cm (Schürfgruben 1 und 2) und 50 cm
(Schürfgrube 3). Bei allen drei Schürfgruben wurde lehmiger Untergrund in trockenem Zustand festgestellt.
2.1.3 Dynamische Kegelrammsondenversuche (DCP-Tests)
In den Schürfgruben wurde mit der dynamischen Kegelrammsonde (DCP = Dynamic Cone Penetrometer) die strukturelle
Tragfähigkeit des Untergrunds bis zu einer Gesamttiefe von 116 cm bestimmt. Mit Hilfe der DCP-Software wurde für alle drei
Schürfgruben ein minimaler CBR-Wert (California Bearing Ratio) von 25 % und ein minimaler E-Modul EV1 von 100 MN/m2
(MPa) ermittelt. Diese Ergebnisse ließen auf einen recht einheitlichen Zustand des Untergrunds über der gesamten Länge
der Zufahrtstraße schließen.
Die Kegelrammsonde (siehe Abb. 17) misst die Eindringtiefe pro Schlag in die Schichten des Unterbaus. Diese Eindringtiefe
ist abhängig von der in situ-Schubfestigkeit des jeweiligen Materials. Das sich ergebende Profil gibt Aufschluss über die in
situ-Eigenschaften der Schichten des Unterbaus bis zur jeweiligen Eindringtiefe. Forschungen haben gezeigt, dass die DCP-
Messungen hervorragend mit dem bekannten CBR-Wert für Granulate korrelieren.
Abb. 15: Vorhandener Fahrbahnaufbau.
Abb. 16: Durchführung eines dynamischen Kegelrammsondenversuchs (DCP-Test).
9 cm Asphalt-Deckschicht
10 cm Tragschicht aus Schotter 0–32
17 – 50 cm Untere Tragschicht aus Schotter 50–75
Untergrund
12 // 13
2.1.4 Plattendruckversuche
Um zusätzlich die Tragfähigkeit des vorhandenen Fahrbahnaufbaus an der Schottertragschicht zu überprüfen, wurden bei
km 0+040, km 0+222, km 0+550 und km 0+693 vier statische Plattendruckversuche durchgeführt (siehe Abb. 20 und 21). Zu
diesem Zweck mussten die Asphaltschichten mit einer Kernbohrmaschine (siehe Abb. 18 und 19) entfernt werden.
Abb. 17: Dynamische Kegelrammsonde (DCP).
Abb. 18: Mit einer Kernbohrung von 30 cm Durchmesser wurden die Asphaltschichten entfernt, um auf der Oberfläche der Schotterschichtmittels Plattendruckversuch die Tragfähigkeit zu ermitteln.
Dynamische Kegelrammsonde (DCP = Dynamic Cone Penetrometer)
Nullpunkt
Kegelabmessungen
GriffOberer AnschlagHammer (8 kg)
Anschlag
Obere Befestigungshülse – Bezugspunkt für die Skala
Stahlstange, Ø 16 mm
Untere Befestigungshülse für Messstab
(nicht maßstabsgerecht)
Messstab
20 mm
3 mm57
5 m
m
ca. 1
935
mm
Kegelwinkel 60°
Abb. 19: Der Asphaltkörper wird aus dem Kernbohrer entfernt.
Abb. 20: Plattendruckversuch im Bohrloch bei km 0+222.
Abb. 21: Ausrüstung für den statischen Plattendruckversuch mit Traggestell und Tastarm.
14 // 15
Ergebnis:
An allen vier Prüfstellen lagen die gemessenen EV2-Werte über 100 MN/m2.
2.2 LaborversucheZiel der Laborversuche ist es, detaillierte Informationen über die zur Verfügung stehenden Materialien zu erhalten und Misch-
rezepturen zu erarbeiten. Auf diese Weise können der optimale Aufbau und die Mischungen der einzelnen Schichten einer
sanierten Straße sinnvoll geplant werden, so dass die entstehende Straße allen Anforderungen gerecht wird.
2.2.1 Eignungsprüfung für die untere Tragschicht (In-place-Recycling mit Zement)
Wie bereits beschrieben, wurde das Granulat für die Laborversuche an den Schürfgruben ausgefräst. Die Ergebnisse der
Versuche mit diesem Material lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Siebanalyse/Korngrößenverteilung
Bei der Analyse wurden Materialien aus allen drei Schürfgruben untersucht. Aus der Sieblinie ließ sich eine gute Abstufung
des Materials mit einer zufriedenstellenden Verteilung von Fein- und Grobkorn ablesen (siehe Abb. 23).
Abb. 22: Fräsgut aus den Schürfgruben (Asphalt und Schotter).
Plastizitätszahl (PI)
Die Ergebnisse des Atterberg-Versuchs zeigten, dass das Material der unteren Tragschicht nicht plastisch war.
Feuchtigkeits-/Dichteverhältnis
Zur Bestimmung der maximalen Trockendichte (MTD) und des optimalen Wassergehalts (OWG) wurde der Standard-Proc-
tor-Versuch (DIN 18127/AASHTO-Designation T 99) durchgeführt (siehe Abb. 24).
Ergebnis: Durchschnittliche MTD = 2.210 kg/m2; Durchschnittlicher OWG = 6,4%
Bestimmung des optimalen Kalk-/Zementgehalts
Um zu entscheiden, ob Kalk oder Zement verwendet werden sollte, und um den optimalen Kalk-/Zementgehalt zu bestim-
men, wurde ein einaxialer Druckversuch (UCS-Versuch) durchgeführt (siehe Abb. 25).
Abb. 23: Beispiel für die Sieblinie des in-place Fräsguts.
Abb. 24: Bestimmung des optimalen Wassergehalts.
Korndurchmesser (mm)
Sie
bd
urch
gan
g (i
n G
ew.-
%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,09
0,25
0,71 2,0
5,0
8,0
11,2
16,0
22,4
Tro
cken
dic
hte
(g/c
m3 )
Wassergehalt (Gew.-%)
2,22
2,20
2,18
2,16
2,14
2,124 5 6 7 8 9
16 // 17
Dem Diagramm lässt sich entnehmen, dass die Druckfestigkeit bei einer Zugabe von 3 % Kalk geringer war als bei der Zu-
gabe von Zement. Deshalb entschied man sich für die Verwendung von Zement.
Bei der Auswahl des optimalen Zementgehalts wurden folgende Aspekte berücksichtigt: Eine Erhöhung des Zementanteils
von 2% auf 4% hat keine signifikante Erhöhung der 7-Tage-Festigkeit zur Folge. Aus diesen und wirtschaftlichen Gründen
wurde der Zementanteil auf 2% festgelegt, woraus sich eine 7-Tage-Druckfestigkeit von 3,62 N/mm2 ergab.
2.2.2 Eignungsprüfung für die obere Tragschicht (In-plant-Kaltrecycling)
Wie bereits erwähnt wurde beschlossen, die Straße in zwei Abschnitte zu unterteilen, deren obere Tragschicht mit Schaum-
bitumen und Zement bzw. Bitumenemulsion und Zement aufbereitet werden sollte. Die mit Schaumbitumen gebundene
Tragschicht befand sich zwischen km 0+000 und km 0+714, die mit Bitumenemulsion gebundene Tragschicht zwischen km
0+714 und km 1+000.
2.2.2.1 Recycling mit Schaumbitumen
Für die Laborversuche wurden Proben für das Asphaltgranulat und den Brechsand direkt von der Halde im Steinbruch ent-
nommen. Anschließend wurden an diesen Materialien die folgenden Versuche durchgeführt:
Siebanalyse/Korngrößenverteilung
Die Sieblinien für das Asphaltgranulat und den Brechsand sind in Abb. 26 dargestellt.
Um aufzuzeigen, wo die jeweilige Mischung anzusiedeln ist, sind in Abb. 26 und 27 neben den beiden Sieblinien auch die
Sieblinienbereiche der CSIR (Council for Scientific and Industial Research, Südafrika) und der ZTVT dargestellt.
Abb. 25: Bestimmung des optimalen Zementgehalts für die zu recycelnde Schicht an Hand des Fräsgutes.
Bindemittelgehalt (%)
72 Std. – Zement 7 Tage – Zement 72 Std. – Kalk 7 Tage – Kalk
Ein
axia
le D
ruck
span
nung
(N/m
m2 )
Zement Kalk Zement5
4
3
2
1
02% 3% 4%
Abb. 26 zeigt, dass beide Materialien einzeln die Anforderungen nicht erfüllen. Berechnungen ergaben, dass das optimale
Mischungsverhältnis bei 80% Asphaltgranulat und 20% Brechsand liegt (vgl. Abb. 27).
Feuchtigkeits-/Dichteverhältnis
Zur Bestimmung der maximalen Trockendichte (MTD) und des optimalen Wassergehalts (OWG) wurde die ausgewählte Mi-
schung dem Standard-Proctor-Versuch (DIN 18127/AASHTO-Designation T 99) unterzogen.
Ergebnis: Durchschnittliche MTD = 2.088 kg/m2; Durchschnittlicher OWG = 5,7%
Abb. 26: Sieblinien getrennt nach Asphaltgranulat und Brechsand.
Abb. 27: Sieblinie der 80:20-Mischung aus Asphaltgranulat und Brechsand.
Sie
bd
urch
gan
g (i
n G
ew.-
%)
Korndurchmesser (mm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,09
0,25
0,71 2,0
5,0
8,0
11,2
16,0
22,4
Asphalt- Brechsand CSIR-Sieblinien ZTVT-Sieblinien granulat (Südafrika) (Deutschland)
Sie
bd
urch
gan
g (i
n G
ew.-
%)
Korndurchmesser (mm)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0.09
0.25
0.71 2.0
5.0
8.0
11.2
16.0
22.4
80:20-Mischung CSIR-Sieblinien ZTVT-Sieblinien (Südafrika) (Deutschland)
18 // 19
Bestimmung des optimalen SchaumbitumengehaltsSchaumbitumen
Zur Herstellung von Schaumbitumen werden heißem Bitumen (B65 - B300) geringe Mengen Wasser zugegeben, was zu ei-
ner erheblichen Vergrößerung des Volumens und einer deutlichen Verringerung der Bitumenviskosität führt. In diesem Zu-
stand lässt sich Bitumen hervorragend mit kalten, feuchten Materialien mischen. Schaumbitumen eignet sich als Bindemittel
für eine Vielzahl verschiedener Mineralgemische bis hin zu Schotter und Kies mit relativ hoher Plastizität. Bei grobkörnigen
Gemischen ist darauf zu achten, dass der Feinkornanteil ≥ 5 Gew.-% ist. Ähnlich wie bei der Aufbereitung mit Bitumenemul-
sion werden dem mit Schaumbitumen gemischten Material meist geringe Mengen Zement oder Kalk zugegeben. Dies er-
höht nicht nur die Wasserbeständigkeit des Gemisches, sondern fördert auch die Verteilung des Bitumens, indem der Füller-
anteil der Partikel 0,075 mm erhöht wird.
Abb. 29: Herstellung von Schaumbitumen unter kontrollierten Bedingungen in der Expansionskammer der Labormischanlage WLB 10.
Abb. 28: Feuchtigkeits-/Dichteverhältnis zur Bestimmung von MTD und OWG.
Tro
cken
dic
hte
(g/c
m3 )
2,10
2,08
2,06
2,04
2,02
Wassergehalt (Gew.-%)
4 5 6 7 8 9
Beheizter Bitumenbehälter
Durchflussmes-ser mit Drossel
für Wasser
Bitumenpumpe
Druckluft-anschluss
Druck-Regulierventil
Wassertank-behälter, mit Luftdruck beaufschlagtWasser-
anschluss
Druckluftbehälter
Schaumdüse
Ventil fürReinigung
Stellventil Bitumen Zirkulation/Schäumen
Steuerven-tile, Zirku-lation/Schäumen
Pneumatisch betätigter Stößel für Schaumdüse Druck-Regulierventil
mit Manometer
Eigenschaften des Schaumbitumens
Schaumbitumen wird durch seine Expansion und seine Halbwertszeit charakterisiert. Der Expansionsfaktor bezeichnet das
Verhältnis zwischen dem maximal erreichten Volumen im aufgeschäumten Zustand und dem Volumen von ungeschäumtem
Bitumen. Die Halbwertszeit entspricht der Zeit in Sekunden, nach der der Schaum auf die Hälfte seines maximalen Volu-
mens zusammengefallen ist. Haupteinflussfaktoren für die Schaumeigenschaften eines bestimmten Bitumens sind die Bitu-
mentemperatur, die dem Bitumen zugegebene Wassermenge und der Druck, mit dem das Bitumen in die Expansionskam-
mer eingespritzt wird. Bei diesem Projekt wurde Bitumen (Penetration B80) verwendet und mit der
Schaumbitumen-Laboranlage WLB 10 von Wirtgen (siehe Abb. 31) bei 170°C aufgeschäumt. Wie aus Abb. 32 ersichtlich,
liegt der optimale Wassergehalt bei ca. 2,5 %.
Abb. 30: Zur Bestimmung der Eigenschaften wird Schaumbitumen ineinen Standard-Prüfbehälter eingedüst.
Abb. 31: Die Schaumbitumen-Laboranlage WLB 10 von Wirtgen.
20 // 21
Zugabe von Schaumbitumen zum Baustoffgranulat
Zur Optimierung des Bitumengehalts wurden der Mischung aus gefrästem Asphaltgranulat und Brechsand (Mischungsver-
hältnis 80:20) bei optimalem Feuchtigkeitsgehalt in der Schaumbitumen-Laboranlage WLB 10 unterschiedliche Mengen Bi-
tumen zugegeben. Wie oben beschrieben, wurden dem Mischgut vor Eindüsen des Schaumbitumens 1,5% Zement zuge-
setzt, um die Spaltzugfestigkeit nach Wasserlagerung zu verbessern. Aus diesem Kaltmischgut wurden dann mit zwei
verschiedenen Verfahren Probekörper hergestellt. Bei Verfahren 1 erfolgte eine Verdichtung nach dem vom CSIR Transpor-
tek in Südafrika vorgeschlagenen Prüfverfahren für das Kaltrecycling mit Schaumbitumen „Foamed Asphalt Mixes – Mix de-
sign procedure“, basierend auf dem Marshall-Test mit 75 Schlägen pro Seite. Bei Verfahren 2 erfolgte die Verdichtung nach
dem „Merkblatt für Kaltrecycling in situ im Straßenoberbau“ des Arbeitskreises FGSV für das Kaltrecycling mit Bitumenemul-
sion.
Abb. 32: Halbwertszeit und Expansionsfaktor aufgetragen über dem Wassergehalt.
Abb. 34: Presse für die Herstellung der Probekörper nach Verfahren 2.Abb. 33: Marshall-Verdichtungsgerät für die Herstellung der Probe-körper nach Verfahren 1.
Exp
ansi
ons
fakt
or
Hal
bw
erts
zeit
(s)
Wassergehalt (Gew.-%) Expansionsfaktor Halbwertszeit
40
35
30
25
20
15
10
5
0
42
37
32
27
22
17
12
7
20,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5
Ermittlung des optimalen Schaumbitumengehalts nach Verfahren 1
Die Probekörper wurden 72 Stunden lang bei einer konstanten Temperatur von 40 °C in einem Ofen getrocknet. Anschlie-
ßend wurde die Hälfte der Probekörper für jeden Bitumengehalt bei einem Unterdruck von 50 mm Hg und einer Temperatur
von 25 °C in einem Vakuumexsikkator 60 Minuten lang in Wasser getrocknet. Nach Trocknung der Probekörper wurden sie
zusammen mit der anderen Hälfte der Probekörper auf ihre Spaltlast untersucht. Aus dieser Spaltlast lässt sich die Spaltzug-
festigkeit berechnen. Der Wasserbeständigkeitsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der Spaltzugfestigkeit der mit
Wasser getränkten und der trockenen Probekörper. Gemäß dem Prüfverfahren nach CSIR sollte der Wasserbeständigkeits-
faktor über 50 % und die Spaltzugfestigkeit der trockenen bzw. in Wasser getränkten Probekörper über 200 kPa bzw. 100
kPa liegen. Die Ergebnisse dieses Versuchs lassen sich folgendermaßen darstellen:
Der optimale Bitumengehalt lag bei einem Masseanteil von 2,5%.
Die Ergebnisse für den Wasserbeständigkeitsfaktor lagen in allen Fällen über 80%.
Abb. 36: Wasserbeständigkeitsfaktor aufgetragen über dem Bitu-mengehalt (72 h).
Abb. 35: Spaltzugfestigkeit aufgetragen über dem Bitumengehalt (72 h).
Abb. 38: Probekörper nach der Spaltzugfestigkeits-Prüfung.Abb. 37: Standard-Marshallpresse mit Spaltvorrichtung zur Ermitt-lung der Spaltzugfestigkeit.
Sp
altz
ugfe
stig
keit
(kP
a)
Trocken Nass
Bitumengehalt (%)
550
500
450
400
350
300
250
2001,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%
Sp
altz
ugfe
stig
keit
(kP
a)
Bitumengehalt (%)
100,0%
95,0%
90,0%
85,0%
80,0%1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%
22 // 23
Ermittlung des optimalen Schaumbitumengehalts nach Verfahren 2
Das mit Schaumbitumen behandelte Material aus Verfahren 1 wurde verdichtet und nach dem „Merkblatt für Kaltrecycling in
situ im Straßenoberbau“ des Arbeitskreises FGSV geprüft. Dazu wurden die Prüfkörper unter Druck-Schwell-Lasten, die in
Intervallen aufgebracht wurden, hergestellt.
Unterschiede zwischen den mit den beiden Verfahren erzielten Ergebnissen sind auf die verschiedenen Methoden der Pro-
bekörperherstellung und -prüfung zurückzuführen. Zur Bestimmung des optimalen Schaumbitumengehalts wurden die mit
dem CSIR-Verfahren ermittelten Ergebnisse verwendet.
2.2.2.2 Recycling mit Bitumenemulsion
Um die mit Schaumbitumen und die mit Bitumenemulsion aufbereiteten Kaltmischgüter miteinander vergleichen zu können,
entschied man, in beiden Fällen dasselbe Mischungsverhältnis von 80% Asphaltgranulat und 20% Brechsand zu benutzen.
Optimaler Bitumenemulsionsgehalt (Verfahren 1)
Diese Laborversuchsreihe wurde gemäß GEMS – „The design and use of granular emulsion mixes“ (SABITA, Handbuch 14)
durchgeführt. Zusätzlich wurden dem Materialgemisch 1,5% Zement zugegeben.
Abb. 39: Spaltung des gemäß dem „Merkblatt für Kaltrecycling in situ im Straßenoberbau“ hergestellten Probekörpers zur Bestimmung derSpaltzugfestigkeit.
Abb. 40: Spaltzugfestigkeit aufgetragen über dem Bitumengehalt (trocken).
1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%
400
350
300
250
200
150
72 Stunden
7 Tage
Sp
altz
ugfe
stig
keit
(kP
a)
Bitumengehalt (%)
Der Wasserbeständigkeitsfaktor lag in allen Fällen über 60%.
Optimaler Bitumenemulsionsgehalt (Verfahren 2)
Das mit Bitumenemulsion behandelte Material aus Verfahren 1 wurde verdichtet und nach dem „Merkblatt für Kaltrecycling
in situ im Straßenoberbau“ geprüft.
Um die Einheitlichkeit zwischen dem mit Schaumbitumen und dem mit Bitumenemulsion behandelten Material zu gewährlei-
sten, wurde ein Bitumengehalt von 2,5% (entspricht 4% Bitumenemulsion) gewählt. Dieser Wert entsprach den Prüfergeb-
nissen aus Verfahren 2.
2.2.3 Eignungsprüfung der Asphalt-Deckschicht
Da es sich um eine Standard-Asphaltmischung mit kontinuierlicher Kornabstufung gemäß der ZTV Asphalt (0/11 S – As-
phaltbeton) aus der örtlichen Mischanlage handelte, wurde hierfür keine Eignungsprüfung erstellt. Bei einem Bitumengehalt
von 5,6 bis 6,2% besitzt die Asphalt-Deckschicht eine Marshall-Stabilität von 10 bis 12 kN.
2.3 SanierungsverfahrenBasierend auf den Ergebnissen aus den Voruntersuchungen und den Eignungsprüfungen wurden die verschiedenen
Schichtdicken mit Hilfe eines Software-Pakets zur Ermittlung der mechanischen Eigenschaften von Mischgütern auf die ge-
wünschte Lebensdauer und die zu erwartenden Belastungen hin dimensioniert. Der sich hieraus ergebende Fahrbahnaufbau
(A) ist in Abb. 44 dargestellt.
Abb. 42: Wasserbeständigkeitsfaktor aufgetragen über dem Bitumen-emulsionsgehalt (72 h).
Abb. 41: Spaltzugfestigkeit aufgetragen über dem Bitumenemulsions-gehalt (72 h).
Abb. 43: Spaltzugfestigkeit aufgetragen über dem Bitumenemulsionsgehalt (trocken).
Sp
altz
ugfe
stig
keit
(kP
a)
Trocken Nass
Bitumengehalt (%)
500450400350300250200150
2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0%
Was
serb
estä
ndig
keit
sfak
tor
(%)
Bitumengehalt (%)
76%
74%
70%
68%2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0%
2,0% 3,0% 4,0% 5,0% 6,0%
250
225
200
175
150
7 Tage
72 Stunden
Sp
altz
ugfe
stig
keit
(kP
a)
Bitumengehalt (%)
24 // 25
Abb. 44 (B) zeigt den Fahrbahnaufbau gemäß RStO 86/89 für eine Fahrbahn der Klasse IV. Der Unterschied zwischen Fahr-
bahnaufbau (A) und (B) besteht darin, dass Fahrbahn (A) aus Recyclingmaterialien hergestellt wird, während für Fahrbahn (B)
neue Materialien verwendet werden. Beide Fahrbahnvarianten haben eine vergleichbare strukturelle Tragfähigkeit, die
400.000 Standard-Achslasten von 11 Tonnen entspricht.
2.4 Baubericht
2.4.1 In-place-Recycling der unteren Tragschicht mit Zement
Mit dem Wirtgen-Recycler WR 2500 und der mobilen Wirtgen-Suspensionsmischanlage WM 400 wurde die vorhandene
9 cm dicke Asphalt-Deckschicht und die 10 cm dicke Tragschicht aus Schotter 0–32 aufgefräst und gleichzeitig mit Zement
recycelt. Die Suspension, eine Mischung aus Zement (1,5%) und Wasser (3%), wurde zur genauen Dosierung der Zugabe-
menge in die Spritzrampe des Recyclers eingefüllt, um so entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit des Recyclers eine opti-
male Mischung zu erzielen. Die Verdichtung erfolgte mit einer einfachen höhenvariablen 9,7-Tonnen-Glattmantelwalze und
einer 7-Tonnen-Tandemwalze. Die gesamte Fläche von 5.300 m2 wurde innerhalb eines Tages recycelt.
Abb. 44: Ergebnis der Dimensionierung (A) und Fahrbahnaufbau nach RStO 86/89 (B).
Abb. 45: Fräsen, Mischen und Zugeben des Bindemittels (Suspension) im In-place-Verfahren mit dem Wirtgen-Recycler WR 2500 und derWirtgen-Suspensionsmischanalge WM 400.
(A) Ergebnis der Dimensionierung (B) RStO 86/89
4 cm Asphalt-Deckschicht
15 cm In-plant kalt recycel-tes Asphaltgranulat
19 cm In-place recycelt unter Zugabe von Zement
17 cm Untere Tragschicht aus Schotter 50–75
Untergrund
4 cm Asphalt-Deckschicht
8 cm Asphalt-Tragschicht
15 cm Mit Zement behandelte Trag-schicht
28 cm Schottertragschicht
Untergrund
Wie erwähnt sah das Bauprogramm für diese Recyclingschicht eine Aushärtungszeit von 40 Stunden vor, ehe sie drei Tage
befahren wurde. Während dieses Zeitraums wurde die Oberfläche mit Wasser feucht gehalten. Das Ergebnis war äußerst
positiv: Nur einige wenige Steine hatten sich aus der Oberfläche gelöst. Es gab keinerlei Anzeichen von Verformungen oder
Rissen aufgrund einer vorzeitigen Belastung. Vor Einbau der Tragschicht aus Kaltmischgut wurde die Oberfläche mit einer
Kehrmaschine gereinigt.
2.4.2 In-plant-Kaltrecycling der oberen Tragschicht mit Schaumbitumen
Das Asphaltgranulat und der 0/2-Brechsand, die beide im Steinbruch lagerten, wurden getrennt in die beiden Aufnahmekübel
der Wirtgen-Kaltmischanlage KMA 150 gefüllt. Anschließend wurde unter Zugabe von 2,5 % Schaumbitumen (B80), 1,5 %
Zement und 2 bis 3 % Wasser die 80:20-Mischung aus Asphaltgranulat und Brechsand hergestellt.
Mit vier Kipplastwagen wurde das Material zu einem mit Hochverdichtungsbohle, Stampfern, Rüttlern und Druckstangen
ausgestatteten Asphaltfertiger Vögele Super 1800 transportiert. Durch die mit dem Asphaltfertiger erzielte Vorverdichtung
Abb. 47: Wirtgen-Kaltmischanlage KMA 150 bei der Herstellung des Mischguts für die obere Tragschicht.
Abb. 46: Fertige untere Tragschicht vor Einbau der oberen Tragschicht aus Kaltmischgut.
26 // 27
wurde die anschließende Arbeit der Walzen wesentlich erleichtert. Für die Endverdichtung wurden eine höhenvariable
9,7-Tonnen-Glattmantelwalze und eine 7-Tonnen-Tandemwalze verwendet. 1.200 Tonnen Mischgut für die Tragschicht wur-
den gemischt und auf den 714 m langen und 5,1 m breiten Straßenabschnitt eingebaut.
2.4.3 In-plant-Kaltrecycling der Tragschicht mit Bitumenemulsion
Am darauf folgenden Tag wurde in einer Wirtgen-Kaltmischanlage KMA 150 eine ähnliche Materialmischung (Mischungsver-
hältnis 80:20) mit 4% Bitumenemulsion (U70K), 2% Zement und 1% Wasser angemischt.
500 Tonnen Kaltmischgut wurden mit Kipplastwagen zum Asphaltfertiger Vögele Super 1800 transportiert und mit diesem
über einer Breite von 5,1 m aufgebracht. Für die Endverdichtung kamen dieselben Walzen zum Einsatz wie am Vortag.
2.4.4 Asphalt-Deckschicht
Am nächsten Tag wurde auf die frisch befestigte Tragschicht aus Kaltmischgut ein Haftkleber aufgesprüht. Wie die Trag-
schicht wurde die 0/11S-Asphalt-Deckschicht mit dem Vögele Super 1800 eingebaut. Die Verdichtung erfolgte mit zwei
Abb. 48: Einbau der Schaumbitumen-Tragschicht aus Kaltmischgut mit einer Hochverdichtungsbohle.
Abb. 49: Verdichtete Bitumenemulsion-Tragschicht.
7-Tonnen-Tandemwalzen. Die gesamte Fläche von 5.100 m2, d.h. 600 Tonnen, wurde innerhalb von 6 Stunden eingebaut
und verdichtet.
2.5 Kontrollprüfungen während der Bauphase
2.5.1 In-place recycelte untere Tragschicht mit Zement
Die erzielte in situ-Verdichtung schwankte zwischen einer einfachen Proctordichte von 98% und 101% (DIN 18127/ASSHTO-
Designation T 99).
2.5.2 In-plant kalt recycelte Tragschicht mit Schaumbitumen
Spaltzugfestigkeit von nach dem Marshall-Verdichtungsverfahren hergestellten Probekörpern
Proben von der Baustelle wurden in luftdichten Behältern zum Labor transportiert und dort wie für die Eignungsprüfung vor-
bereitet. Zur Bestimmung der Spaltzugfestigkeit wurden Marshall-Probekörper hergestellt. Darüber hinaus wurden Bitumen-
extraktions- und Siebanalysen durchgeführt.
Abb. 51: Einbauen der Asphalt-Deckschicht mit dem Vögele Super 1800.
Abb. 50: Aufsprühen des Haftklebers vor Einbau der Asphalt-Deck-schicht.
Abb. 52: Kompletter Fahrbahnaufbau mit zementhaltiger unterer Tragschicht, bitumenhaltiger oberer Tragschicht und Asphalt-Deckschichtin unterschiedlichen Dicken.
28 // 29
Die erzielte in situ-Verdichtung schwankte zwischen einer einfachen Proctor-
dichte von 98,6% und 103,4% (DIN 18127/ASSHTO-Designation T 99).
2.5.3 In-plant kalt recycelte Tragschicht mit Bitumenemulsion
Spaltzugfestigkeit der nach dem Marshall-Verdichtungsverfahren herge-
stellten Probekörper
Proben von der Baustelle wurden in luftdichten Behältern zum Labor transpor-
tiert und dort wie für die Eignungsprüfung vorbereitet. Die Versuche mit den
daraus hergestellten Probekörpern ergaben, dass die Zugfestigkeit der Misch-
rezeptur höher war als erwartet. Die erzielte in situ-Verdichtung schwankte zwi-
schen einer einfachen Proctordichte von 98,6% und 103,4% (DIN
18127/ASSHTO-Designation T 99). Darüber hinaus wurden Bitumenextrakti-
ons- und Siebanalysen durchgeführt.
2.5.4 Asphalt-Deckschicht
Die Untersuchungen von Baustellen-Proben im Labor des Lieferanten lieferten folgende Ergebnisse:
Diesen Ergebnisse zufolge liegen die Kennwerte der Asphalt-Deckschicht innerhalb der Spezifikation. Die Deckschicht weist
somit eine zufriedenstellende Mischungsqualität auf. Optisch hatte die verdichtete Asphalt-Deckschicht eine gute Körnung
und war ordnungsgemäß verdichtet.
Abb. 53: Im Ballon-Versuch wird die Dichteder neuen Tragschicht überprüft.
Gesamt-Bitumengehalt 5,68 % Masseanteil
Dichte bei 25 °C 2,622 g/m3
Schüttdichte bei 25 °C 2,717 g/m3
Porengehalt bei 25 °C 3,5 Vol-%
Marshall-Stabilität 14,3 kN
Marshall-Fließwert 4,1 mm
2.6 Überwachung des Fahrbahnaufbaus
Nach drei Monaten wurden Kernproben aus der Fahrbahn entnommen (siehe Abb. 54–57) und auf ihre Spaltzugfestigkeit
und ihre einaxiale Druckfestigkeit (UCS) überprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in Abb. 58 und 59 dargestellt.
Zur Bewertung des Langzeitverhaltens des Fahrbahnbelags wird die Zufahrtstraße zum Steinbruch auch weiterhin kontrol-
liert werden.
Abb. 55: Bohrkern – Bitumenemulsion.Abb. 54: Bohrkern – Schaumbitumen
Abb. 57: Bohrkernquerschnitt – BitumenemulsionAbb. 56: Bohrkernquerschnitt – Schaumbitumen
Asphalt
Kalt recycelt
mit Bitumen-emulsion
Kalt recycelt
mit Zement
Asphalt
Kalt recycelt
mit Schaum-bitumen
Kalt recycelt
mit Zement
30 // 31
3 GlossarCBR = California Bearing Ratio (Kalifornischer Tragfähigkeitsindex)
CSIR = Council for Scientific and Industrial Research
(Wissenschaftlicher und industrieller Forschungsrat), Südafrika
DCP = Dynamic Cone Penetrometer (dynamisches Kegeleindringgerät)
EV1 = E-Modul aus dem dynamischen Kegeleindringversuch
EV2 = E-Modul aus dem statischen Lastplattenversuch
ITS = Indirect Tensile Strength (Spaltzugfestigkeit)
MTD = Maximale Trockendichte (Maximum Dry Density)
OWG = Optimaler Wassergehalt (Optimum Moisture Content)
RStO = Richtlinien für Straßen-Oberbau
UCS = Unconfined Compressive Strength (einaxiale Druckfestigkeit)
Abb. 58: Ergebnisse der Spaltzugfestigkeitsprüfungen für Bohrkerne mit Schaumbitumen und Bitumenemulsion (Mittelwerte).
Abb. 59: Ergebnisse der einaxialen Druckversuche für Bohrkerne mit Schaumbitumen und Bitumenemulsion.
Sp
altz
ugfe
stig
keit
(kP
a)
550470
1075
815
Bohrkerne
1200
1000
800
600
400
200
0
Schaumbitumenbei 25°C
Bitumenemulsion bei 25°C
Schaumbitumen bei 5°C
Bitumenemulsion bei 5°C
Ein
axia
le D
ruck
fest
igke
it (N
/mm
2 )
4
3,11
Bohrkerne
Schaumbitumen Bitumenemulsion
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
32 // 33
4 Anhang Veröffentlichung in „Straße + Autobahn 55 (2004), Nr. 5“
(5 Jahre nach Projektdurchführung)
Kaltrecyclingbauweisen im Test –
Ergebnisse des Projekts Nauberg
Ernst Neußner, Bernd Grätz und Steffen Riedl
Das Kaltrecyclingverfahren (KRC-Bauweise) erhält international immer mehr Zuspruch und erlangt in technischer undwirtschaftlicher Hinsicht immer mehr an Bedeutung. Im Mai 1999 ist die Zufahrtsstraße zum Steinbruch „Nauberg“ imWesterwald ebenfalls in der Kaltrecyclingbauweise erfolgreich saniert worden. Während der zurückliegenden 5 Jahresind an dieser hochbeanspruchten Straße jährliche Kontrollmessungen durchgeführt worden. Über die guten Ergebnis-se sowie über die Durchführung des Projekts wird im Folgenden berichtet.
1. Rückblick und Hintergrund des Projekts
Kaltrecyclingbauweisen mit Bitumen-Zement-Gemischen werden weltweitseit ca. 2 Jahrzehnten angewendet, inDeutschland seit ca. einem Jahrzehnt,wobei der Schwerpunkt in den LändernSachsen, Sachsen-Anhalt und Thürin-gen lag [1 bis 21]. Trotzdem ist nach wievor vielerorts sowohl bei den Auftrag-gebern als auch bei der Bauwirtschaftnoch eine Zurückhaltung gegenüberdiesen Bauweisen festzustellen.
Wesentliche Gründe dafür sind vor al-lem:
– Fehlende Erfahrungen bei Auftrag-gebern und Baufirmen
– Bedenken hinsichtlich des Leis-tungsniveaus im Vergleich mitAsphalttragschichten und hydrau-lisch gebundenen Tragschichten
– Erforderliche Investitionen in Bau-maschinen (z. B. Kaltrecycler, Kalt-mischanlagen), die hinsichtlich deszu erzielenden Qualitätsniveausund der Risikovermeidung bzw. -minderung hohen Leistungsanfor-derungen entsprechen, da die her-kömmlichen Vermörtelungsgerätehierfür weniger geeignet sind
– Nachteile im Wettbewerb, da dieKaltrecyclingbauweisen in der Re-gel nur über Nebenangebote in dieWettbewerbsverfahren eingebrachtwerden können
– Die Bewertung von Bitumen-Ze-ment-Gemischen in prüftechni-scher Hinsicht
– Das Fehlen technischer Regelwer-ke.
Zu den beiden letzten Stichpunkten istanzumerken:
Zuerst hat das Sächsische Staatsmini-sterium für Wirtschaft und Arbeit, Ab-teilung Straßenbau die „RichtlinieKomplexrecycling im Straßenbau“aufgestellt, nach der eine große An-zahl derartiger Maßnahmen in denneuen Bundesländern ausgeführtworden ist.Inzwischen wurde von der For-schungsgesellschaft für Straßen- undVerkehrswesen (FGSV) das „Merkblattfür Kaltrecycling in situ im Straßen-oberbau“ (M KRC) erarbeitet und alsAusgabe 2002 veröffentlicht. Darinwerden sowohl deutsche als auchausländische Erfahrungen berücksich-tigt. Die beiden vorgenannten Regel-werke beschränken sich hinsichtlichder bituminösen Bindemittel vorerstnur auf die Anwendung von Bitumen-emulsionen. Für die Anwendung vonSchaumbitumen ist eine Ergänzungdes M KRC in Form eines Arbeitspa-piers in Bearbeitung. Übergangsweisekann auf firmenspezifische Veröffentli-chungen zurückgegriffen werden.
Besondere Bedeutung haben Kalt-recyclingbauweisen in den vergange-nen Jahren in Verbindung mit der Wie-derverwendung von pechhaltigen Alt-stoffen (Bauweisen mit Pechbitumenbzw. mit reinem Straßenpech) erlangt,insbesondere aus folgenden Grün-den:
– keine Gefährdung von Gewässerndurch auswaschsichere Einbindungpechhaltiger Straßenbaustoffe
– Vermeidung von Dämpfen, welchedie Atemwege reizen bzw. karzino-gen sind sowie Vermeidung vonRauch.
Der Einsatzbereich von Kaltrecycling-
bauweisen ist jedoch wesentlich wei-ter gesteckt.
Neben den technischen und wirt-schaftlichen Fragen liegen die Haupt-vorteile bei der Anwendung dieserBauweisen in der Ressourcenscho-nung und Minimierung von negativenEinflüssen auf die Umwelt und denVerkehr, nämlich:
– Gebot der Abfallvermeidung undWiederverwendung im Sinne desKreislaufwirtschafts- und Abfallge-setzes (KrW-/AbfG)
– die Hauptmenge der Mineralstoffeliegt bereits in der zu sanierendenFahrbahn: Damit Verminderungvon Materialtransporten und damitauch des Kraftstoffverbrauchs, vonLuftverschmutzungen, von Lärm-und Staubbelastungen sowie vonVerkehrsaufkommen und Straßen-beanspruchung
– wegen Kaltaufbereitung Einspa-rung von Energie, besonders beiBitumenemulsionen
– Verkürzung der Bauzeiten.
Ein dauerhaftes und wachsendes In-teresse an Kaltrecyclingbauweisenwird jedoch nur dann gegeben sein,wenn hohe Qualität und Wirtschaft-lichkeit gewährleistet werden können.Umso mehr sind Erfahrungen und Er-gebnisse von Sanierungsmaßnah-men an Straßenbefestigungen vonBedeutung. Hierzu werden ergänzendzu allgemeinen AnwendungsfällenTest- und Erprobungsstrecken einge-richtet, um möglichst umfassende Be-urteilungskriterien zu gewinnen. Er-gebnisse aus solchen Maßnahmensind vor allem dann von großer Be-deutung, wenn die Leistungsfähigkeit
34 // 35
der jeweiligen Bauweisen und Fahr-bahnbefestigungen unter ungünsti-gen und extremen örtlichen Verhält-nissen unter Beweis gestellt wurde. Indiesem Beitrag wird über die Herstel-lung und das Gebrauchsverhalten ei-ner Zufahrt zu einem Steinbruch be-richtet, die als Teststrecke angelegtwurde [22, 23].
2. Wahl und Ausgangszustandder Teststrecke
Im Hinblick auf die vorgenannten Ziel-setzungen schien eine sanierungsbe-dürftige Zufahrtsstraße zu einemSteinbruch und aus dem Fertigbeton-mischwerk als besonders geeignet.Es finden dort sowohl Baustofftrans-porte aus dem Steinbruch und demFertigbetonwerk heraus statt, als auchTransporte in das Betriebsgeländehinein, z. B. Anlieferung von Zementund Natursand zum Betonmischwerkund von Altmaterialien und Aushub-massen zur Verfüllung des Steinbru-ches. Damit ergibt sich die gewünsch-te sehr hohe Straßenbeanspruchung.
Der Zustand der Straße wies zahlreicheSchäden auf, so dass umfangreicheSanierungsmaßnahmen unumgäng-lich waren (Bilder 1 und 2).
Die Strecke ist ca. 1.000 m lang und5,1 m breit. Als besonders kritisch istin Ausfahrtrichtung ein ca. 100 m lan-ger Abschnitt mit einer Längsneigungvon bis zu 6 % in Verbindung mit ei-ner engen Kurve zu bewerten. Vorun-tersuchungen, Eignungsprüfungen,baubegleitende und Folgeuntersu-chungen wurden dem IngenieurbüroNies, Köln, übertragen und werden inden Abschnitten 3 und 4 behandelt.
3. Bestandsaufnahme und Sanierungsvorschlag
Zur Erarbeitung eines Sanierungsvor-schlags wurden folgende Voruntersu-chungen durchgeführt:
– Durch Probeschürfungen wurdender Aufbau der bestehenden Fahr-bahnbefestigung und die Beschaf-fenheit des Untergrundes bzw. Un-terbaues ermittelt
– Die Tragfähigkeit des Untergrundes
wurde sowohl mit dem dynami-schen Konusgerät als auch mitdem statischen Plattendruckver-such festgestellt. Dabei ergabensich folgende Werte: CBR-Wert25 %, EV2 100 MN/m
2.
3.1 Eignungsprüfung (EP)
Die Eignungsprüfung erfolgte in An-lehnung an [24 bis 30]. Probekörpernach Marshall wurden ohne und nachWasserlagerung auf Spaltzugfestigkeitgeprüft. Die Probekörper mit demDurchmesser 145 mm unterlagen derPrüfung auf einaxiale Druckfestigkeitund Spaltzugfestigkeit ohne Wasserla-gerung (WL) im ausgewiesenen Prüf-alter. Differenziert wird bei der EP zwi-schen geschäumtem Bitumen derNormenklasse B 80 und der Zugabevon Bitumenemulsion U 70 k.
3.2 Rezepturen Bauausführung
Zementverfestigte Tragschicht: Fräs-gut 0/22 mm, mittlere Korngrößenver-teilung, bestehend aus Schottertrag-schichtmaterial + gefrästem Asphalt,
Zementzugabe 2,0 M.-%, Wasserge-halt wPr = 6,4 M.-% KRC-Tragschichtmit Schaumbitumen: PechhaltigesAsphaltgranulat 0/22 mm + 20 M.-%Basalt-Brechsand (BS) 0/1 mm + 2,0 M.-% Zement + 2,5 M.-% ge-schäumtes Bitumen, optimaler Ver-dichtungswassergehalt wPr = 5,7 M.-%,KRC-Tragschicht mit Bitumenemulsi-on: Die Rezeptur entspricht der vorste-henden Kennung. Verwendet wurdeeine langsam brechende Bitumene-mulsion VIALIT U 70 k KRC, vortempe-riert auf ca. 40 – 45 °C. Bei der Dosie-rung von Bitumenemulsion wurde de-ren Wassergehalt angerechnet.Zur Wiederherstellung eines einwand-freien Fahrbahnzustandes musste ei-ne dauerhafte und wirtschaftliche Lösung in Verbindung mit möglichstkurzer Bauzeit gefunden werden. Die-sen Forderungen konnte mit KRC-Bauweisen entsprochen werden, diedamit nicht nur im Hinblick auf dieVerkehrsbeanspruchungen, sondernauch im Hinblick auf die sonstigenungünstigen Ausgangsbedingungeneinem Leistungstest ausgesetzt wer-den sollten.
Bild 1:
Typische Quer- und Längs-
risse der Straße
Bild 2:
Stehendes Wasser und
Frost führen zur weiteren
Beschädigung der Straße
Der Sanierung folgten folgende Ar-beitsschritte (Bild 3):
– Um eine möglichst gleichmäßigeUnterlage für die KRC-Schicht mitBitumen-Zement-Gemischen zuschaffen, wurde vorgesehen, dievorhandene Befestigung auf insge-samt 19 cm durch Auffräsen undEinmischen von Zement zu verfesti-gen
– Über der hydraulisch verfestigtenSchicht wurde eine 15 cm dickeKRC-Schicht mit Bitumen-Zement-Gemischen angeordnet. Der Haupt-teil der Mineralmasse der KRC-Schicht bestand aus pechhaltigemAsphaltgranulat, das bei einer Er-neuerungsmaßnahme auf der Au-tobahn A 45 angefallen war
– Über der KRC-Schicht wurde nachdem Anspritzen eines Haftkleberseine nur 4 cm dicke Deckschichtaus Asphaltbeton 0/11 S vorgese-hen.
4. Zusammensetzung der Bau-stoffgemische, Bauausfüh-rung und Ergebnisse
4.1 Baustoffgemische
Die Verfestigung erfolgte mittels Wirt-gen Recycler WR 2500 und WirtgenSuspensionsmischer WM 400 unterZugabe von 2 bis 3 M.-% Wasser und2 M.-% Zement.Auf Grund der Eignungsprüfung wurdemit einem Zementgehalt von 2 M.-%eine ausreichende Festigkeit erzielt.
Um KRC-Schichten mit verschiede-nen bituminösen Bindemittelarten mit-einander vergleichen zu können, wur-de vorgesehen, ca. 2⁄3 der ca. 1.000 mlangen Straße mit Schaumbitumenund ca. 1⁄3 mit Bitumenemulsionen her-zustellen. Dabei sollten die verschie-denen Bindemittel so dosiert werden,dass die Baustoffgemische der bei-den Abschnitte jeweils gleiche Anteilean Bitumen und Zement enthalten. Die In-plant Kaltaufbereitung erfolgtefür das Mischgut beider Varianten mit der Wirtgen Kaltmischanlage KMA 150.
Das Kaltmischgut wurde mit einemStraßenfertiger Vögele Super 1800 mitHochverdichtungsbohle eingebaut.Die Verdichtung erfolgte mit einer 12 tVibrationswalze und einer 7 t Tandem-walze. Nach dem Ansprühen einesHaftklebers auf die KRC-Tragschichtwurde eine 4 cm dicke Deckschichtaus Asphaltbeton 0/11 S ebenfalls mitdem Straßenfertiger Vögele Super1800 eingebaut.
4.2 Bauausführung
Während der Bauausführung sindmehrere ungünstige Einflussfaktorenaufgetreten:
– Nicht optimaler Einsatz von Ver-dichtungsgeräten
– Der Zementgehalt wurde sowohlbei der zementverfestigten Schichtals auch bei der KRC-Schicht ander unteren Grenze gewählt
– Unterschreitung der Solldicken– Niedrige Temperaturen beim Einbau
der KRC-Schichten– Keine Pause bis zum Aufbringen
der Deckschicht, dies ist vor allemfür den Abschnitt mit Bitumenemul-sion ungünstig.
Die Zementverfestigung des aufgefrä-sten vorhandenen Oberbaues erfolgteam 8.5.1999 unter Einsatz folgenderMaschinen: WR 2500 und MischerWM 400; Walzen: Vibrationswalze(12 t) und Tandemwalze (7 t). DieEinbauschichtdicke im verdichtetenZustand betrug ca. 18 cm. Die Leis-tung wurde innerhalb eines Tagesvollzogen. Eingestellte Verdichtungs-grade wurden in den Grenzen von DPr
= 98 bis 101 % gemessen. Die ze-mentverfestigte Tragschicht hat plan-mäßig eine Woche unter schweremVerkehr gelegen. Außer Oberflächen-abrieb wurden keine Schäden festge-stellt.
Auf zwei Dritteln der Strecke erfolgtedann der Einbau von KRC-Materialmit Schaumbitumen am 14.5.1999, imoberen Drittel der Strecke mit Bitu-menemulsion am 15.5.1999. Die ge-samte Einbaufläche wurde zuvor mitca. 0,4 kg/m
2Haftkleber belegt.
Folgende Maschinen waren dafür imEinsatz: Mobile Mischanlage KMA mit150 t/h, Deckenfertiger Vögele Super1800 mit Hochverdichtungsbohle, dreiWalzen der vorgenannten Konfigurati-on: Einbauschichtdicke im verdichte-ten Zustand: d = 12 cm. Die einge-stellten Verdichtungsgrade für beideTeilabschnitte betrugen DPR = 98,6 bis103,4 %.
Der Einbau der Asphaltdeckschichtvom Typ AB 11S in 4 cm Schichtdickerfolgte am 16.5.1999.
4.3 Kontrollprüfungen
Während der Bauausführung wurdenMaterialproben für Kontrolluntersu-chungen entnommen. 20 Bohrkerne(Durchmesser 150 mm) wurden dreiMonate später gezogen. Ermittelt wur-den die Verdichtungsgrade an allenBohrkernen mit den Mittelwerten:Spaltzugprüfungen an Probekörpernnach Marshall und bei Durchmesser145 mm ohne und nach Wasserlage-Bild 3: Aufbau der Straße vor und nach Sanierung
36 // 37
rung. An Bohrkernproben wurden dieSpaltzugfestigkeit bei 5 und 20 °Cund die einaxiale Druckfestigkeit beiunbehinderter Seitendehnung ge-messen.
Jeweils zwei Bohrkerne unterlagender Frost-Tauwechsel-Prüfung (FTW)mit 10 Zyklen zwischen – 25 °C und+ 20 °C nach dem Schema der sogenannten „warmen nassen Füße“,um permanent die kapillare Wasser-aufnahme zu ermöglichen. Laut Kontrollprüfungen sind die Anfor-derungen nach entsprechenden Re-
gelwerken sowie die Zielgrößen derangestrebten Materialbeschaffenheiterreicht worden. Die Elutionsprüfungauf Umweltverträglichkeit nach demTrogverfahren zeigte unauffällige Er-gebnisse, Grenzwerte wurden nichtüberschritten.
5. Straßenbeanspruchung
Extreme Verhältnisse sind vor allemdurch die hohen Straßenbeanspru-chungen gegeben. Die Strecke wirdüberwiegend mit vollausgelasteten
schweren Nutzfahrzeugen, z. T. mitAchslasten über den zulässigenHöchstwerten befahren. Der Vorteildieser Strecke als Teststrecke ist, dassausgelieferte Gesteinskörnungen undBeton sowie die Wiederverfüllung desSteinbruches, der Sand und der Ze-ment für die Herstellung des Betonsgenau gewogen und dokumentiertwerden. Die Achsübergänge werdenvon diesen Daten gemäß den „Richtli-nien für die Standardisierung desOberbaues von Verkehrsflächen, Aus-gabe 2001 (RStO 01) berechnet. DasBild 7 zeigt die Verkehrsbelastung bisEnde 2003 in 10 t Achsübergängenund die Zuordnung der Bauklassennach RStO 01. Demnach entsprichtdie Verkehrsbelastung bis dahin derBauklasse III.
Im Bild 8 wird der sanierte Aufbau mitdem Fahrbahnaufbau der BauklasseIII und II der RStO 01 verglichen. Da-nach stimmt die Gesamtdicke der ge-bundenen Schichten nur bei der Bau-klasse III überein, während sie im Ver-gleich mit Bauklasse II 4 cm geringerist.
Ein ganz wesentlicher Unterschiedzwischen den dargestellten Variantenliegt jedoch darin, dass der Fahrbahn-aufbau nach der Sanierung keine Bin-derschicht zwischen Tragschicht undDeckschicht, wie es beim Aufbau derBauklasse II und III der Fall ist, auf-weist.
Da das durch vertikale Radlasten mitder Halbraumtheorie berechneteSchubspannungsmaximum unterhalbder Deckschicht liegt, bedeutet derWegfall der Binderschicht beim sa-nierten Aufbau, dass die KRC-Schichtdie maximalen Schubspannungenverkraften muss. Zusätzliche, sehr ho-he Spannungen aus Brems- undFliehkräften ergeben sich in einem biszu 6 % geneigten Streckenabschnittvor einer engen Kurve.
Weitere extreme Verhältnisse sind dasKlima und ungepflegte Entwässe-rungsgräben. An der Strecke herr-schen ungünstige klimatische Verhält-nisse in der Winterperiode durch rau-es Westerwaldklima (ca. 450 m überNN). Als besonders ungünstig zu be-werten sind inhomogene Untergrund-verhältnisse und starker seitlicherWasserandrang. Dies führt in Verbin-
Bild 4:
Wirtgen Recycler WR 2500
und Suspensionsmisch-
anlage WM 400
Bild 5:
Wirtgen Kaltmischanlage
KMA 150
Bild 6:
Vögele Super 1800 mit
Hochverdichtungsbohle
dung mit völlig vernachlässigter Pfle-ge der Entwässerungsgräben undSeitenstreifen zu Staunässe (Bild 9).Zeitweise stand hierbei der Wasser-spiegel bis Oberkante Fahrbahn. DerZustand dauerte bis zu einer gründ-lich durchgeführten Pflege der Ent-wässerungsgräben im Jahr 2003 an.
6. Ergebnisse aus Querprofilmessungen
Für Folgebeobachtungen unterlag dieStrecke dem geodätischen Aufmaßmit Anlage von zehn Querprofilen zwi-schen 5 und 6 m Breite, gesichertdurch eingelassene, verdübelte Ma-schinenschrauben vom Typ M 24. DieMessung erfolgte in drei Durchgän-gen zeitgleich zu Deflexionsmessun-gen. Über den Beobachtungszeitraumvon ca. 4 1⁄2 Jahren waren keine Ver-änderungen in der Höhenlage er-kennbar. Dagegen wurde in einer 90°-Kurve bei ca. 6 % Steigung ein Mess-bolzen durch Seitenführungskräfteaus der Verdübelung herausgezogen,womit die Größenordnung der indu-zierten Kräfte und der daraus entste-henden Schubspannungen deutlichwird. Nach dem Längsprofil liegen inTeilstrecken Steigungen zwischen 6 und 8 % vor.
7. Messung, Berechnung und Bewertung der Tragfähigkeit
Die Messung der Tragfähigkeit erfolg-te an drei Messzeitpunkten mit demFalling-Weight-Deflectometer (FWD).Zur Ermittlung der Tragfähigkeit wer-den weltweit ca. 300 FWD eingesetzt[31]. Das FWD ist ein dynamischesTragfähigkeits-Messverfahren, beidem, ähnlich wie bei der dynami-schen Verkehrsbelastung, ein Kraft-impuls auf die Oberfläche der Fahr-bahnbefestigung mittels einer Fall-masse aufgebracht wird. Das Verfah-ren zur Berechnung der Tragfähigkeitund der beiden Schichtmoduli ist in[32] beschrieben. Als Berechnungser-gebnis wird ohne Kenntnis derSchichtdicke h aus den FWD-Mess-daten die Tragfähigkeit (elastischeLänge) l und der Schichtmodul M0
des Halbraumes erhalten. Die Tragfä-higkeit ist in [33] definiert als „Mecha-nischer Widerstand einer Straßenbe-
festigung gegen kurzzeitige Verfor-mungen“. Zur Beurteilung der Tragfä-higkeit an den drei Messzeitpunktenwerden die Kennwerte elastische Län-ge l und Schichtmodul M0 in das imBild 10 dargestellte „Vorläufige Be-wertungsdiagramm“ eingetragen. Die FWD-Messungen wurden auf derZufahrtsstraße in beiden Richtungen(bergauf und bergab) an jeweils 19 Stationen in der rechten Rollspurdurchgeführt. Die Temperatur betrug15 °C (Messung 1 im September1999), 9 °C (Messung 2 im März
2001) und 20 °C (Messung 3 im Sep-tember 2003). Aus dem Vergleich derberechneten Kennwerte mit dem „Vor-läufigen Bewertungsdiagramm“ ist er-sichtlich, dass bei der Messung berg-auf drei Tragfähigkeitskennwerte imÜbergang zwischen den Bereichen Iund IV liegen (diese Kennwerte sindeiner Station zuzuordnen) und alleübrigen Tragfähigkeitskennwerte imBereich I liegen und bei der Messungbergab alle Tragfähigkeitskennwerteim Bereich I liegen.Die Tragfähigkeit der gesamten
Bild 7:
Verkehrsbelastung und
Bauklassen
Bild 8:
Sanierter Fahrbahnaufbau
im Vergleich mit Fahrbahn-
aufbauten gemäß RStO 01
Bild 9:
Staunässe
38 // 39
Fahrbahnbefestigung ist somit bis aufeine Station gewährleistet. Die Lokali-sierung dieser Station erfolgt aus dem„Tragfähigkeitsband“. Das Tragfähig-keitsband ist die grafische Darstellungder Kennwerte Tragfähigkeit (elasti-sche Länge) l und Schichtmodul M0
des Halbraumes über den Stationen.Im Bild 11 ist beispielhaft das Tragfä-higkeitsband für die Richtung bergaufdargestellt.
Aus dem Bild 11 ist ersichtlich, dassder Messpunkt mit der geringstenTragfähigkeit (Übergang vom Bereich Izum Bereich IV) bei der Station 235 m
liegt. Das Tragfähigkeitsband zeigtweiterhin, dass
– das Schichtmodul M0 sehr inhomo-gen über die Strecke verteilt ist
– die Tragfähigkeit l über die Streckehomogener verteilt ist
– der gewählte Schichtenaufbau zueiner homogen verteilten Tragfähig-keit und somit zu einer homogenverteilten Beanspruchung der Fahr-bahnbefestigung führt.
Aus dem Tragfähigkeitsband könnenaußerdem Aussagen über das Trag-verhalten der Fahrbahnbefestigungabgeleitet werden. Das Tragverhalten
ist in [33] definiert als „Änderung derTragfähigkeit in Abhängigkeit von derZeit und/oder von der Verkehrsbela-stung“.
Das Bild 11 zeigt, dass in den Jahren1999 bis 2003
– die Tragfähigkeit l sich nicht signifi-kant geändert hat
– im Bereich zwischen der Station700 und der Station 850 derSchichtmodul M0 bei der drittenMessung gegenüber den erstenbeiden Messungen kleiner gewor-den ist
– ansonsten die Schichtmoduli M0 inAbhängigkeit von der Zeit in einerengen Bandbreite verlaufen.
Nach ca. vier Jahren Liegezeit ist dernach dem Einbau erreichte gute Zu-stand der Tragfähigkeit der Fahrbahn-befestigung der Zufahrt zum Stein-bruch Nauberg praktisch unverändert.
8. Zusammenfassende Bewer-tung des Projekts Naubergund anderer Sanierungsmaß-nahmen
Mit dieser Erneuerungsmaßnahmesollte allgemein die Leistungsfähigkeitvon KRC-Bauweisen mit Bitumen-Ze-ment-Gemischen unter Beweis gestelltwerden und im Besonderen die Fragebeantwortet werden, ob diese Bauwei-sen in der Lage sind, die von Trag-und Binderschichten erwarteten Ei-genschaften hinsichtlich Tragfähigkeitund Verformungsstabilität zu erfüllen.
Die guten Ergebnisse sind darauf zu-rückzuführen, dass KRC-Schichtenmit Bitumen-Zement-Gemischen aufGrund ihrer Dicke und Zusammenset-zung ein hohes Tragfähigkeitspotenzi-al aufweisen. Der Zementgehalt solltejedoch stets unter dem Bitumengehaltliegen. Ferner sind diese Schichtenverformungsbeständig, ohne die beirein hydraulisch gebundenen Schich-ten bekannte Neigung zur Bildungvon Schwindrissen. Durch die damitverbundene Platten ähnliche Lastver-teilung werden Inhomogenitäten derUnterlage besser überbrückt und derunter der KRC-Schicht liegende Be-reich der Fahrbahnbefestigung weni-ger beansprucht.
Bild 10: Vorläufiges Bewertungsdiagramm zur Beurteilung des Gebrauchszustandes ei-
ner Fahrbahnbefestigung [34]
Ergänzend zu der Teststrecke Nau-berg sind inzwischen in Rheinland-Pfalz und Nordrhein-Westfalen mehre-re Sanierungsmaßnahmen unter An-wendung von Kaltrecyclingbauweisendurchgeführt worden. Durch die dabeiin allen Fällen erzielten guten Ergeb-nisse wird ein wichtiger Beitrag zurAusräumung von Bedenken geleistet.Darüber hinaus sollte dies Anlasssein, die im „Merkblatt für Kaltrecy-cling in situ im Straßenoberbau“ (M KRC) aufgeführten Anwendungs-beispiele kritisch zu hinterfragen. Hier-bei sieht das M KRC bei den Bauklas-sen III bis V in Abhängigkeit vom Ver-formungsmodul der Unterlage zwi-schen KRC-Schicht und Deckschichtstets eine oder mehrere Asphalt-schichten in Form von Ausgleichs-,Trag- und / oder Binderschichten vor.
Damit weisen die Anwendungsbei-spiele des M KRC einen stärker di-mensionierten Aufbau der Fahrbahn-befestigungen auf als dies bei dervorab beschriebenen Teststrecke undbei anderen zwischenzeitlich ausge-
führten Sanierungsmaßnahmen derFall ist, z. B.:– Bestandserneuerung der K 99 Stra-
ßenhaus – Oberhonnefeld im Jahr2000:
Bauklasse V:5 cm Deckschicht 0/11 S20 cm KRC-Schicht mit Schaumbi-tumen
– Bestandserneuerung der L 275 As-bach – Buchholz im Jahr 2002:
Bauklasse VI: VI 5 cm Asphaltbeton 0/11 S 20 cm KRC-Schicht mit Schaumbi-tumen und Zement
– Bestandserneuerung der L 256Breitscheid – Fernthal
Bauklasse IV: IV 5 cm Deckschicht 0/11 S20 cm KRC-Schicht mit Emulsion
– Bestandserneuerung der L 125Lanzenbach
Bauklasse VI: VI 4 cm Asphaltbeton 0/11 S4 cm Asphaltbinder 0/16 S 20 cm KRC-Tragschicht mit Schaum-bitumen und Zement.
Zu berücksichtigen ist hierbei, dassdie im M KRC aufgeführten Anwen-dungsbeispiele ihre Wurzeln noch ineinem frühen Stadium haben, in demgezielt nachgewiesene Werte zumTragfähigkeitsverhalten von KRC-Bauweisen, insbesondere solchen mitBitumen-Zement-Gemischen, nochnicht vorlagen. Auf Grund der mit demProjekt Nauberg und anderen Maß-nahmen gewonnenen Erfahrungenwird eine Überprüfung der in dem MKRC angegebenen Beispiele vorge-schlagen, insbesondere dahinge-hend, dass Schichten zwischen derKRC-Schicht und der Deckschichtentfallen können. Bei trotzdem im Ein-zelfall verbleibenden Bedenken sollteder Erhöhung der Dicke der KRC-Schicht anstelle der Anordnung eineroder mehrerer Zwischenschichten derVorzug gegeben werden. Durch denVerzicht auf Zwischenschichten wirdauch die Gefahr der Spurrinnenbil-dung vermindert. Gleichzeitig verrin-gert sich durch weniger Schichtenund Schichtebenen die Gefahr mögli-cher Verbundstörungen. Vorausset-zung für den Entfall von Zwischen-schichten ist jedoch, dass die KRC-Schicht ausreichend eben und profil-gerecht hergestellt wird. Ferner mussein flächendeckender Verbund zwi-schen KRC-Schicht und Deckschichtgewährleistet sein. Bei weniger stren-gen Anforderungen an die Ebenheit,z. B. bei Wirtschaftswegen, kann an-stelle einer Deckschicht aus Walz-asphalt eine Oberflächenbehandlung(einfach oder doppelt) oder eineOberflächenschutzschicht aus Kalt-asphalt vorgesehen werden.
9. Schlussbemerkung und Ausblick
Die international und national im Ver-lauf vieler Jahre mit Kaltrecyclingbau-weisen gewonnenen Erfahrungen sindals gut zu bewerten. Bei sorgfältigerBauvorbereitung und Ausführung sinddie Risiken nicht größer als bei den tra-ditionellen Bauweisen, so dass Beden-ken aus grundsätzlichen Erwägungenkünftig unberechtigt sind. Die Erfahrun-gen stellen eine ausreichende Grund-lage für die Planung und Ausführungvon Sanierungsmaßnahmen unter An-wendung von Kaltrecyclingbauweisen
Bild 11:
Tragfähigkeitsband für die
Richtung bergauf
40 // 41
mit Bitumen-Zement-Gemischen dar.Als bituminöse Bindemittel kommendafür sowohl Bitumenemulsionen alsauch direkt beim Mischvorgang er-zeugtes Schaumbitumen in Betracht.Da Art und Umfang der Straßenschä-den wegen zunehmenden Alters derFahrbahnbefestigungen und steigen-der Straßenbeanspruchung ständigwachsende Tendenzen aufweisen,gleichzeitig aber die finanziellen Eng-pässe fortbestehen oder sich vergrö-ßern, beschränkt sich die Sanierungvon Schäden immer häufiger auf ein-fachste Methoden. Dies hat immer kür-zere Instandsetzungsintervalle und da-mit verbundene Verkehrsbeeinträchti-gungen zur Folge, während sichgleichzeitig das Ausmaß strukturellerSchäden vergrößert. Als Alternative zuden herkömmlichen Instandsetzungs-und Erneuerungsverfahren wie Abtra-gen der vorhandenen Fahrbahnbe-festigung und Neuherstellung desSchichtenaufbaus (Tiefeinbau) oderVerstärkung mit dickeren Asphaltpa-keten (Hocheinbau) werden Kalt-recyclingbauweisen wegen ihrer tech-nischen, wirtschaftlichen, verkehrsrele-vanten und umweltrelevanten Vorteilefür eine Straßensanierung mit gutemLangzeitverhalten, vor allem bei denLandes- und Kreisstraßen im Rahmendes sogen. Bestandsausbaus, als be-sonders geeignet erachtet.
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42 // 43
Wirtgen GmbHHohner Straße 2 · 53578 Windhagen · Deutschland
Tel.: 0 26 45 / 131-0 · Fax: 0 26 45 / 131-279Internet: www.wirtgen.de · E-Mail: [email protected]
Abbildungen sind unverbindlich. Technische Änderungen bleiben vorbehalten. Leistungsdaten sind abhängig von den Einsatzbedingungen. Nr. 49-32 DT-11/05 © by Wirtgen GmbH 2005. Printed in Germany
