Martin Radenberg, Georg Bus, Riccardo Michatz

• Mit der Veröffentlichung der neuen Fassung der Technischen Regeln für Gefahrstoffe TRGS 900 im Mai 2020 wurde ein Arbeitsplatzgrenzwert für Dämpfe und Aerosole bei der Heißverarbeitung von Destillations- und Air-Rectified-Bitumen eingeführt. Dieser Grenzwert, der Mitte 2024 zum zweiten Mal ausgesetzt wurde, soll zum Beginn des Jahres 2027 in Kraft treten. Als die wesentlichen beiden Maßnahmen zur Reduktion von Dämpfen und Aerosolen werden Absaugeinrichtungen an Straßenfertigern und die Absenkung der Asphaltmischguttemperatur angesehen. Für die Herstellung von temperaturabgesenktem Walzasphalt (TA-Walzasphalt) können Fertigbindemittel oder Zusätze – hierzu gehören organische viskositätsverändernde Zusätze, mineralische viskositätsverändernde Zusätze und oberflächenaktive Zusätze (OA-Zusätze) oder die Schaumbitumentechnologie eingesetzt werden. Dabei kann je nach eingesetztem Fertigbindemittel, Zusatz oder der Technologie das Gebrauchsverhalten des damit hergestellten Asphaltes unterschiedlich beeinflusst werden. In vielen internationalen Studien wird berichtet, dass organische viskositätsverändernde Zusätze das Verformungsverhalten bei Wärme positiv beeinflussen, während mineralische Zusätze und OA-Zusätze sich tendenziell positiv auf das Tieftemperaturverhalten des Asphaltes auswirken. Das Ziel dieses Forschungsprojektes war der experimentelle Nachweis der Gebrauchseigenschaften ausgewählter Walzasphaltgemische, die mit reduzierter Temperatur und unter Verwendung verschiedener Zusätze (OA-Zusatz und mineralischer Zusatz) und viskositätsveränderter Fertigbindemittel (PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH) an einer Asphaltmischanlage hergestellt und beim Einbau auf der Baustelle durch Messungen der Arbeitsplatzkonzentrationen an Dämpfen und Aerosolen begleitet wurden. Der Nachweis erfolgte im Jahr 2023 durch eine 2,7 km lange Erprobungsstrecke auf der L 68 in Hückeswagen (Nordrhein-Westfalen). In diesem Zusammenhang konnte demonstriert werden, dass eine Asphaltdeckschicht AC 11 D S und eine Asphaltbinderschicht AC 16 B S SG temperaturabgesenkt (Absenkung um 27 K bis 32 K ausgehend von der Mischguttemperatur des Heißasphaltes) unter Verwendung eines OA-Zusatzes, eines mineralischen Zusatzes und zwei viskositätsveränderter Fertigbindemittel (PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH) vertragskonform eingebaut werden können. Dabei konnten alle Anforderungen der ZTV Asphalt-StB 07/13 – mit Ausnahme eines Bereiches, in dem der Verdichtungsgrad durch einen Walzenausfall nicht erreicht werden konnte – eingehalten werden. Die Kombination aus Absaugeinrichtung am Straßenfertiger und der Absenkung der Asphaltmischguttemperatur hat sich im vorliegenden Forschungsprojekt als wirksame Maßnahme zur Reduktion von Dämpfen und Aerosolen erwiesen. Der Grenzwert von 1,5 mg/m³ konnte in den meisten Messbereichen eingehalten werden. In den Bereichen, wo der Grenzwert überschritten worden ist – zum Beispiel beim Fertigerfahrer beim Einbau der Probefelder mit PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH – besteht allerdings noch Verbesserungsbedarf. Die Verdichtbarkeit der an der Baumaßnahme entnommenen Asphaltmischgüter wurde im Labor mit dem Gyrator-Verdichter überprüft. Es zeigte sich, dass die Varianten mit PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH bei Temperaturen zwischen 140 und 120 °C leichter verdichtet werden konnten als der Referenzasphalt. Bei tieferen Temperaturen (insbesondere unter 100 °C) verschlechterte sich die Verdichtungsfähigkeit der Varianten mit PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH zum Teil deutlich. Im Hinblick auf das Verformungsverhalten und das Tieftemperaturverhalten stimmten die Ergebnisse der Laboruntersuchungen weitestgehend mit der Literaturrecherche überein. Die Varianten mit PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH wiesen einen ähnlichen Verformungswiderstand wie die Referenzvarianten auf. Die Varianten mit mineralischem Zusatz und OA-Zusatz performten hingegen im Tieftemperaturbereich besser. Die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens an den Bohrkernen der Asphaltbinderschicht ergab für die Varianten mit PmB 25/45 VL, PmB 25/45 VH und für die Referenzvariante ein vergleichbares Ermüdungsverhalten. Im Vergleich dazu ermüdeten die Bohrkerne der Varianten mit OA-Zusatz und mineralischem Zusatz nach einer geringeren Lastwechselzahl. Ein Jahr nach Abschluss der Asphaltierungsarbeiten wurden die einzelnen Probefelder hinsichtlich ihres Zustandes begutachtet. Keines der Probefelder wies Spurrinnen auf. Das Referenzprobefeld sowie die Probefelder mit OA-Zusatz und mineralischem Zusatz wiesen auch sonst keinerlei Schäden auf. Demgegenüber zeigten sich bei den Probefeldern mit PmB 25/45 VL und PmB 25/45 VH in regelmäßigen Abständen Risse in der Längsnaht. Der zum Teil starke Niederschlag während des Einbaus dieser beiden Probefelder in Kombination mit dem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten der viskositätsveränderten Fertigbindemittel wird als Ursache für die entstandenen Schäden gesehen.
• With the publication of the new version of the Technical Rules for Hazardous Substances TRGS 900 in May 2020, a new occupational exposure limit (OEL) value for vapours and aerosols in the hot processing of straight-run and air-rectified bitumen was introduced. The OEL is due to come into force at the beginning of 2027. The two main measures for reducing vapours and aerosols considered to be extraction equipment on road pavers and lowering the asphalt mix temperature. To produce temperature-reduced asphalt ready-to-use binders or additives (organic viscosity-altering additives, mineral viscosity-altering additives and surface-active additives) or foam bitumen technology can be used. Depending on the additive/method used, the performance of the asphalt produced might be influenced. Many international studies have reported that organic additives have a positive effect on the deformation behaviour at elevated temperatures, while mineral additives and surface-active additives tend to have a positive effect on the low-temperature behaviour of the asphalt. The aim of this research project was to experimentally verify the performance properties of selected asphalt mixtures produced at reduced temperature and using various additives (surface-active additive and mineral additive) and ready-to-use binders containing waxes (PmB 25/45 VL and PmB 25/45 VH) at an asphalt mixing plant and accompanied by measurements of vapours and aerosols during paving. The proof was provided in 2023 by a 2.7 km long test section on the L 68 in Hückeswagen (North Rhine-Westphalia). It was demonstrated that an asphalt surface course AC 11 D S and an asphalt binder course AC 16 B S SG can be laid at a reduced temperature (reduction of 27 K to 32 K based on the temperature of the hot mix asphalt) using a surface-active additive, a mineral additive and two ready-to-use binders (PmB 25/45 VL and PmB 25/45 VH). All requirements of ZTV Asphalt-StB 07/13 were met – with the exception of an area in which the degree of compaction could not be achieved due to a roller failure. The combination of an extraction system on the road paver and lowering the asphalt mix temperature proved to be an effective measure for reducing vapours and aerosols in this research project. The OEL of 1.5 mg/m³ was complied with in most measurement areas. However, there is still room for improvement in the areas where the OEL was exceeded – for example for the paver operator when paving the test field containing PmB 25/45 VL and PmB 25/45 VH. The compactability of the asphalt mixes taken from the construction site was tested in the laboratory using the gyratory compactor. It was found that the variants with PmB 25/45 VL and PmB 25/45 VH could be compacted more easily at temperatures between 140 and 120 °C than the reference asphalt (hot mix asphalt). At lower temperatures (especially below 100 °C), the compactability of the wax-modified variants deteriorated significantly. Regarding the deformation behaviour and the low-temperature behaviour, the results of the laboratory tests agreed with the literature research. The variants with PmB 25/45 VL and PmB 25/45 VH exhibited similar deformation resistance to the reference variants. However, the variant with mineral additive and the variant with surface-active additive both performed better in the low temperature range. The investigation of the fatigue behaviour on the drill cores of the asphalt binder course showed comparable fatigue behaviour for the variants with PmB 25/45 VL, PmB 25/45 VH and for the hot mix asphalt. In comparison, the drill cores of the variants with surface-active additives and mineral additives fatigued after a lower number of load cycles. One year after completion of the paving, the condition of the individual test fields was assessed. None of the test fields showed any rutting. The test field with hot mix asphalt and the test fields with surface-active and mineral additives showed no other signs of damage. In contrast, the test fields with PmB 25/45 VL and PmB 25/45 VH showed cracks in the longitudinal seam of the centre strip at regular intervals. The asphalt surface also appeared more porous compared to the other three test fields. The heavy precipitation during the paving of these two test fields in combination with the higher coefficient of thermal expansion of the viscosity-altered ready-to-use binders is seen as the cause of the damage that occurred.