Wiederverwenden von Asphalt · Granulaten mit erhöhtem EP RuK – ABER: Weiche Bindemittel sind deutlich weniger effizient als Rejuvenatoren

Wiederverwenden von Asphalt‐ Der neue DAV Leitfaden ‐

Jens Christian ArnoldSTORIMPEX AsphalTec GmbH

DAV Informationsveranstaltung 2014 ‐ Linstow

Inhalt

Wiederverwenden von Asphalt ‐ Der neue DAV Leitfaden ‐ 1

• Motivation zur Überarbeitung des Leitfadens

• Entwicklung der Wiederverwendung

• Technisches Regelwerk

• Stand der (Maschinen-)Technik

• Beispiele aus der Praxis

• Fazit/Ausblick

Download oder Bestellung:

www.asphalt.de

Motivation zur Überarbeitung

Wiederverwenden von Asphalt‐ Der neue DAV Leitfaden ‐ 2

Basis:

Aber:

• neues Kreislaufwirtschaftsgesetz

• Änderungen des Technischen Regelwerks (z. B. Fassungen 2013 der TL-/ZTV Asphalt-StB sowie des M WA)

• neue Entwicklungen(z. B. Verwendung von Rejuvenatoren, „100 %-Recycling“ etc.)

Entwicklung der Wiederverwendung

• Wiederverwertung– Aufbereitung eines Stoffes oder Produktes zu einem neuen Stoff

• Zugabe von Asphaltgranulat bei der Produktion von Baustoffgemischen für hydraulisch gebundene Tragschichten

• Füllmaterial für Lärmschutzwände• „Schlaglochfüller“ für landwirtschaftliche Wege• Zuwegung für Windmühlen

• Wiederverwendung– Wiederholte Nutzung eines Stoffes/Produktes für den gleichen Verwendungszweck

• Einsatz von Asphaltgranulat bei der Produktion von Asphaltmischgut




Wiederverwenden von Asphalt ‐ Der neue DAV Leitfaden ‐

• Produktion von Asphalt und Gewinnung von Asphaltgranulat (1982 bis 2013)

5

0

10

20

30

40

50

60

70

[Mio

. Ton

nen]

Jahr

Asphaltgranulat

Asphaltproduktion


• Wiederverwendung / sonstige Verwertung von Asphaltgranulat


3,0

11,5 sonstige Verwertung[Mio. t]

Wiederverwendung inAsphaltmischgut [Mio. t]

Einige Zahlen

• Asphaltmischgutproduktion in 2013: 41,0 Mio. t• Menge Asphaltgranulat in 2013: 14,5 Mio. t

– A.‐Deckschichten: 35 % 5,1 Mio. t– A.‐Binderschichten: 25 % 3,6 Mio. t– A.‐Tragschichten: 40 % 5,8 Mio. t

• Wiederverwendung in A.‐Mischgut: 11,5 Mio. t Wiederverwendungsrate ca. 80 % ‐ alles prima !?

• Ca. 70 % Wiederverwendung in A.‐Tragschichten Es geht noch besser!!


Einige Zahlen

• Asphaltmischgutproduktion in 2013: 41,0 Mio. t• Wiederverwendung in A.‐Mischgut: 11,5 Mio. t Bedarf an frischen Komponenten: 29,5 Mio. t

• Straßenneubau:– Ca. 25 % der Fläche / ca. 50 % des Volumens

• Straßeninstandsetzung / Sanierung:– Ca. 75 % der Fläche / 50 % des Volumens

50 % von 41 Mio. t: 20,0 Mio. t „Fehlmenge“: 8,5 Mio. t


Technisches Regelwerk


→ ergänzt durch Merkblatt für die Wiederverwendung von Asphalt, Ausgabe 2009/Fassung 2013 (M WA)

→ STLK LB 113 (Standardleistungskatalog Leistungsbeschreibung)

TL AG-StB 09

Ausgabe 2009

Technische Lieferbedingungen für Asphaltgranulat

+



Überprüfung der stofflichen Eigenschaften gem. TL AG‐StB

Max. Zugabemenge gem.TL Asphalt‐StB; Anhang D

(Kriterium: Gleichmäßigkeit)

Max. Zugabemenge gem. MW A

(Kriterium: maschinentechnische Zugabemöglichkeit)

Maßgebend:

Der kleinere der beiden Werte!


• TL Asphalt‐StB 07/13 – Anhang D

– Gleichmäßigkeit zu bestimmen für: *• Erweichungspunkt Ring und Kugel (TR&B) [°C]• Bindemittelgehalt [M.‐%]• Kornanteil < 0,063 mm [M.‐%]• Kornanteil 0,063 – 2 mm [M.‐%]• Kornanteil > 2mm [M.‐%]

* je „angefangene 500 t einer Halde, mindestens jedoch fünf Proben.



• TL Asphalt‐StB 07/13 – Anhang D

Zi = (0,5 x Tzul,i / ai) x 100 für AC T und AC TDS (für alle Merkmale)

für AC B und AC D (für Bindemittelgehalt)

Zi = (0,33 x Zzul,i / ai) x 100 Für AC B und AC D (alle Merkmale außerBindemittelgehalt)

Zi = mögliche Asphaltgranulat Zugabemenge [M.‐%]ai = Spannweite des MerkmalsTzul,i = Gesamttoleranz des Merkmals (siehe Tabelle D1)



• TL Asphalt‐StB 07/13 (Tabelle D1)


→ max. Zugabemenge ist kleinster berechneter Wert

→ Abgleich mit maschinentechnischen Voraussetzungen


• Nicht in TL Asphalt StB 07/13


→ in M WA enthalten

zur überschläglichen Ermittlung


• MW A– Maschinentechnische Voraussetzungen

• bei Erwärmung durch die heißen Gesteinskörnungen, bei chargenweiser Zugabe (Direktzugabe in den Mischer): 30 M.‐%

• bei Erwärmung durch die heißen Gesteinskörnungen, bei kontinuierlicher Zugabe (Elevatorzugabe): 40 M.‐%

• bei Erwärmung gemeinsam mit den Gesteinskörnungen (Wurfband‐ oder Mittenzugabe): 40 M.‐%

• bei Erwärmung in gesonderter Vorrichtung (Paralleltrommel): 100 M.‐%

Höhere Zugaberaten sind bei entsprechenden positiven Erfahrungen möglich.



• TL Asphalt‐StB 07/13


3.1.1 „Verwendung von Asphaltgranulat“

Bei Verwendung von Asphaltgranulat ist für die Berechnung des rechnerischen Erweichungspunktes folgende Gleichung anzuwenden:

TR&Bmix = a · TR&B1 + b · TR&B2

TR&Bmix resultierender EP RuKTR&B1 EP RuK AGTR&B2 mittl. EP RuK der Sortenspanne (Straßenbaubitumen)

bzw. ermittelter EP RuK (PmB)a und b Massenanteile Bindemittel aus dem AG (a) und frisch (b)

(a + b = 1)

...


• TL Asphalt‐StB 07/13

– TR&Bmix muss innerhalb der Sortenspanne des geforderten Bitumens liegen

• Bitumen der selben Spezifikation wie das geforderte Bitumen

• Bitumen, das eine Sorte weicher als das geforderte Bitumen ist

• Weichstes Straßenbaubitumen ist 70/100, Ausnahme AC TD Mischgut


→ Ergänzung dieser Regelung für AC T durch ZTV Asphalt-StB 07/13


• ZTV Asphalt‐StB 07/13


3.4 „Herstellen von Asphalttragschichten“

...

3.4.3 „Baustoffgemische“

Bei Verwendung von Asphaltgranulat und gefordertem Straßenbaubitumen 70/100 oder 50/70 kann der Auftragnehmer entgegen der ausgeschriebenen Bindemittelsorte auch einen resultierenden Erweichungspunkt TR&Bmix im Eignungsnachweis angeben, der der nächsten härteren Sorte entspricht. Diese Sortegilt dann für das Baustoffgemisch als geforderte Bindemittelsorte.

→ immer nur eine Sortenspanne Differenz zwischen frischem und resultierendem Bindemittel – auch bei AC T!


• ZTV Asphalt‐StB 07/13– Tabelle 16: Grenzwerte für den EP R&K des aus dem Asphaltmischgut rückgewonnenen Bindemittels von Straßenbaubitumen und Polymermodifizierten Bitumen


→ Es gelten identische Anforderungen an Asphaltmischgut ohne und mit Asphaltgranulat!

Stand der Technik

• Beispiele für den technischen Fortschritt der letzten Jahre:– Selektives Gewinnen und getrennte Lagerung von Ausbauasphalt

– Granulieren anstatt Brechen– Absieben von Asphaltgranulat– Selektive Zugabe von Asphaltgranulat über mehrere Doseure

– Trockene Lagerung von Asphaltgranulat– Vermehrter Einsatz von Paralleltrommeln


Stand der Technik


Schichtenweises Fräsen

Untersuchungen an Bohrkernen im Vorfeld

Stand der Technik


Saubere Aufbereitung

Stand der Technik


Separate Lagerung

Stand der Technik


Überdachte Lagerung …

Stand der Technik


… zur Minimierung des Feuchtigkeitsgehaltes

Stand der Technik


Zugabe von selektiertem Asphaltgranulat über 3 Doseure

Stand der Technik


Zugabe von selektiertem Asphaltgranulat über 4 separate Doseure

Stand der Technik


Asphaltmischanlage mit Paralleltrommel

Stand der Technik


Paralleltrommel + Heißsilierung

Paralleltrommel von innen

Stand der Technik (Alternativer Ansatz)

• Nutzung viskositätsmindernder Additive– Reduzierung der Asphaltmischguttemperatur um 20 K– Erhöhung der RC Zugabemenge


Notwendigkeit der Wiederverwendung




• Asphaltdeckschicht (SMA 8 S)

Stoffliche Zusammensetzung

Massen‐%

BitumenFüller

Sand

Splitt

Fasern

~ 6,5 %

~ 13,6 %

~ 11,3 %

~ 68,2 %

~ 0,4 %

Kosten Zusammensetzung

€‐%

Bitumen

FüllerSand

Splitt

Fasern

~ 65,0 %

~ 3,7 %~ 5,5 %

~ 22,5 %

~ 3,3 %

Neue Entwicklungen

• Paralleltrommel mit Heißgaserzeugung (Gegenstromprinzip)


Neue Entwicklungen

• Paralleltrommel mit Heißgaserzeugung (Gegenstromprinzip)


Neue Entwicklungen

• Einsatz von Rejuvenatoren– Rejuvenator = Mittel zur „Bitumenverjüngung“

• Auch bekannt als:– Grüner Asphalt– Maximalrecycling– Vollrecycling– ...


Neue Entwicklungen

• Einsatz von Rejuvenatoren– Welche Produkte werden heute schon am Markt

angeboten?• Produkte auf Mineralölbasis• Produkte auf Pflanzenölbasis• Produkte auf Harzbasis• Produkte auf ?‐Basis• Produkte auf Bitumenbasis


Diese Produkte sind derzeit noch keine „bewährten“ Zusätze im Sinne der TL Asphalt-StB, Abschnitt 2.3!

Neue Entwicklungen

• Einsatz von Rejuvenatoren– Die Alterung des Bitumens (EP RuK) stellt ein Kriterium zur Verwendung oder Begrenzung der Zugabe von Asphaltgranulat dar!

– Verwendung weicherer Zugabebindemittel (z.B. 160/220) ermöglicht ebenfalls Erhöhung der Zugaberate bei Granulaten mit erhöhtem EP RuK

– ABER: Weiche Bindemittel sind deutlich weniger effizient als Rejuvenatoren


Qualität durch Rejuvenatoren gezielt beeinflussbar?

Tragschicht AC 22 TS + 60 % RC, Bindemittelgehalt: 4,4 M.‐%, EP RuK: 69 °C


1,2 M.‐%

2,6 M.‐%

3,8 M.‐%

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4M.‐%

Frischbindemittel Bindemittel vom Ausbauasphalt Gesamtbindemittel

31,6 %

68,4 %


Tragschicht AC 22 TS + 60 % RC, Bindemittelgehalt: 4,4 M.‐%, EP RuK: 69 °C

Herstellung mit 50/70



Grenzwert EP RuK gem. ZTV Asphalt‐StB < 62 °C

rechnerischer Gesamt RuK

≈ 63,6 °C


≈ 62,4 °C


≈ 59,5 °C

16,4 °C

47,2 °C

15,2 °C

47,2 °C

31,6 %

68,4 %

12,3 °C

47,2 °C

Berechnungsbeispiel


Bindemittelgehalt Ausbauasphalt: 5,0 M.‐%EP Ring und Kugel: 65 °C

Zielwert EP Ring und Kugel: 50 °CDifferenz: 15 °CZiel Bindemittelgehalt: 6,0 M.‐%

Ausbauasphalt (RC)

50 % = 500 kg RC/t; 25,0 kg Bindemittel25 x 0,15 = 3,75 kg Rejuvenator

75 % = 750 kg RC/t; 37,5 kg Bindemittel37,5 x 0,15 = 5,60 kg Rejuvenator

90 % = 900 kg RC/t; 45,0 kg Bindemittel45,0 x 0,15 = 6,75 kg Rejuvenator

Frisch BM Zugabe

31,25 kg

16,9 kg

8,25 kg


• CO2‐Emissionen


A B15 B30 B40 C90RC in % 0 15 30 40 90

• Scenario B15 und B30: RC Kaltzugabe• Scenario B40 und C90: RC Heißzugabe mittels

Paralleltrommel




A B15 B30 B40 C90

Kaltzugabe Paralleltrommel

kg CO2 Emissionen pro Tonne Asphaltmischgut

Rohmaterialien 34,2 30,2 25,9 25,2 11,8

Produktionsprozess 19,0 24,8 27,5 20,8 23,4

Gutschrift ‐5,4 ‐3,8 ‐2,5 ‐1,2 0,0

Summe kg CO2 47,8 51,3 50,9 44,8 35,3




0

10

20

30

40

50

60

A B15 B30 B40 C90

47,8 51,3 50,9 44,835,3

CO2Em

ission

[kg/t]

CO2 Emissionen in kg/t Mischgut in Abhängigkeit von der Wiederverwendungsmethode

Reduzierung CO2 Emissionen > 30 %Reduzierung CO2 Emissionen > 30 %

BM „Norderquerweg“ ‐ Hamburg

• AC 8 DN + 80 % Ausbauasphalt– Mischgutzusammensetzung


Gestein Herkunft Dichte [g/cm3] Gestein [m‐%]

0/2 – Rhyolith Flechtingen /NNG 2,650 20

RC 11 RA 0/8 RBS 2,731 80

Rohdichte 2,714 100

Bitumen EP RuK [°C]

Bitumen aus RC ‐ 66,9 4,5

70/100 ‐ 43,0 1,1

Rejuvenator H&W / STORIMPEX 0,6

Resultierender Bindemittelgehalt 6,2

Hohe Effizienz; lediglich 6,0 kg/t Mischgut


• Einaxialer Druckschwellversuch– Prüfbedingungen: 10.000 Lastwechsel bei +20 °C


Einheit PK 1 PK 2 PK 3 Mittelwert

Art der Asphaltmischgutherstellung Asphaltmischanlage

Art der Probekörperherstellung Marshall Verdichtungsgerät

Alter der Probekörper 2 Tage

Höhe mm 60,0 60,2 60,3 60,2

Durchmesser mm 101,6 101,6 101,6 101,6

Raumdichte g/cm3 2,398 2,397 2,399 2,398

Dehnung nach 10.000 LW mm 2,37 2,64 2,65 2,55

Dehnung nach 10.000 LW ‰ 39,56 43,80 44,02 42,56

Dehnungsrate am Versuchsende ‰ * 10‐4 1,649 1,608 1,466 1,574

Grenzwert für höchste Verkehrsbeanspruchungen Kat. 1;70 Mio. äquivalente Achsübergänge nach 20 Jahren = < 5 ‰ * 10‐4


• Tieftemperaturverhalten des Bindemittels– Bending Beam Rheometer (BBR)


Steifigkeit [MPa] m‐Wert [‐] Temperatur bei 300 MPa [°C]

at ‐16 °C at ‐25 °C at ‐16 °C at ‐25 °C

Bitumen aus AC 8 DN

131,0 358,1 0,311 0,237 ‐23

Sehr gutes Tieftemperaurverhalten des rejuvenierten Bindemittels


• Tieftemperaturverhalten des Asphaltmischgutes– Abkühlversuch nach Arand/Renken (TSRST)

• Starttemperatur: + 20 °C• Abkühlrate: ‐10 K/h


Einheit PK 1 PK 2 PK 3 Mittelwert

Raumdichte g/cm3 2,414 2,413 2,411 2,413

Bruchspannung MPa 4,958 5,089 5,358 5,135

Bruchtemperatur °C ‐26,7 ‐28,4 ‐26,8 ‐27,3

Sehr gutes Tieftemperaturverhalten des Asphaltmischgutesunter Verwendung eines Rejuvenators

Fazit/Ausblick• Wiederverwendbarkeit ist wichtiges Alleinstellungsmerkmal

des Baustoffes Asphalt unter den gebundenen Bauweisen für hochwertige und/oder hoch beanspruchte Verkehrsflächen

• Wiederverwendung sichert Wettbewerbsfähigkeit

• Wiederverwendung sichert Unabhängigkeit

• Wiederverwendung ist Nachhaltigkeit

• Weiterentwicklung der Wiederverwendung ist geboten und findet statt

• Wiederverwendung muss durch Entscheidungsträger gefördert UND gefordert werden



Der Umwelt zu Liebe


RESO

URC

EN SCH

ONUNG

CO² RED

UZIERU

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VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT

Jens Christian Arnold-Geschäftsführer-

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