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Langfristige Schwermetalleinbindung in Böden und Ersatzbaustoffen durch Behandlung mit Bindemitteln
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Bodenbehandlungen mit Bindemittel können als technische Sicherungsmaßnahme zur Fixierung von umweltrelevanten Inhaltstoffen angewendet werden. Zur Überprüfung der Dauerhaftigkeit dieser Maßnahmen wurde das Elutionsverhalten von zement- bzw. kalkbehandeltem Boden und Brechsand in Felduntersuchungen, Laborversuchen und geochemische Simulationen analysiert. Für die Felduntersuchungen wurden zwei rd. 15 Jahre alte Einbauorte mit Zement- bzw. Kalkbehandlung gewählt und der Zustand der behandelten Schichten erfasst. Beide Einbauorte wiesen noch alkalische pH-Werte auf, d. h. die Bindemittel sind trotz des Auswaschens durch Regenwasser bzw. Sickerwasser und der hohen CO2-Konzentration der Bodenluft noch nicht vollständig ausgewaschen oder carbonatisiert. In den Laborversuchen wurden ein Portlandzement und ein Branntkalk jeweils mit einem belasteten Boden und einem Brechsand gemischt. Die frisch behandelten Materialien zeigten im Säulenversuch deutlich reduzierte Konzentrationen an Antimon, Vanadium und z. T. Bor, Cadmium und Quecksilber. Barium, Blei und z. T. Kobalt und Nickel wurden dagegen durch die Behandlung verstärkt freigesetzt. Die behandelten Materialien wurden durch eine Schnell-Carbonatisierung, eine Wärmebehandlung bzw. eine Kombination von Carbonatisierung und Wärmebehandlung künstlich gealtert und anschließend im Säulenversuch eluiert. Durch die Alterung wurden eingebundene Schwermetalle z. T. wieder mobilisiert. Gleichzeitig wurde ein Teil der durch Bindemittelbehandlung mobilisierten Schwermetalle wieder eingebunden. Die Mechanismen der Einbindung sind sehr komplex und können allein durch Auslaugversuchen nicht aufgeschlüsselt werden. Daher wurden geochemische Modellierungen durchgeführt und mit Versuchsdaten aus pHstat-Versuchen und Schütteltests abgeglichen. So wurden Mineralphasen identifiziert, die für die Schwermetalleinbindungen relevant sein können.
Brücken sind wesentliche Bestandteile der Verkehrsinfrastruktur, die aufgrund ihrer dynamischen Belastung und ihrer exponierten Lage degradieren. Eine kontinuierliche und vorausschauende Zustandsüberwachung ist unerlässlich, um die sichere und wirtschaftliche Nutzung der Bauwerke im gesamten Lebenszyklus zu gewährleisten. Dieses Ziel kann durch Digitalisierungsansätze unterstützt werden. Digitale Zwillinge sind virtuelle Repräsentationen von Bauwerken (oder allgemeiner Assets), mit Hilfe derer Daten gespeichert, ausgewertet und für Entscheidungen aufbereitet werden. Mit dem übergeordneten Ziel des Übergangs von einem reaktiven zum prädiktiven Lebenszyklusmanagement auf der Grundlage eines Digitalen Zwillings wird im Rahmen des BASt-Forschungsprojektes „Konzeptionelle Untersuchung zur Zusammenführung von Komponenten des Digital Twins Brücke“ eine Gesamtkonzeption für modulare Digitale Zwillinge von Brückenbauwerken entwickelt. Ein Digitaler Zwilling einer Brücke in einem niedrigen Reifegrad soll beispielsweise Informationen hinsichtlich des Zustands, der Zuverlässigkeit und der Restnutzungsdauer des Bauwerks bereitstellen und eine frühzeitige Identifikation kritischer Bauwerkszustände ermöglichen. In höheren Reifegraden sollen Prognosen durchgeführt werden können, die zukünftige Zustände der Bauwerke in verschiedenen Lebenszyklusphasen abbilden. Die Modularität des entwickelten Ansatzes wird durch Anwendungsfälle realisiert, die vorhandene heterogene Datenquellen integrieren und sich auf die Betriebsphase fokussieren. Die einzelnen Anwendungsfälle teilen sich in zwingend erforderliche Anwendungsfälle sowie optionale Anwendungsfälle auf, die je nach Anforderung und Zielsetzung in dem Digitalen Zwilling umgesetzt werden. Die technische Implementierung erfolgt auf der Grundlage eines Linked Data Ansatzes. Um zukünftige Forschungs- und Entwicklungsaufgaben zu unterstützen, werden Einbindungsmöglichkeiten weiterer Technologien in den Digitalen Zwilling diskutiert.
Der Straßenraum ist für Werbetreibende seit jeher ein attraktiver Bereich, um Aufmerksamkeit auf die eigenen Produkte, Marken oder Dienstleistungen zu lenken. Durch verbesserte und billiger werdende Technik wie LED rücken zunehmend auch Fahrzeuge als mögliche Werbeträger in den Fokus und müssen im Hinblick auf ihre möglichen, negativen Einflüsse auf die Verkehrssicherheit und den Verkehrsfluss bewertet werden.
Zur (technischen) Regelung von entsprechenden Anbauten wurden im Zuge des vorliegenden Projektes u. A. Aspekte der Darstellung, Anbringung und möglichen Beeinträchtigung von Verkehrsteilnehmenden diskutiert und die Vorschriftenlage erläutert. Im Bereich der Sensorik und Lichttechnik liegen bereits durchaus brauchbare Lösungen vor, die in ihren Einflüssen aber noch nicht ausreichend abgeschätzt wurden. Merkmale wie die Leuchtdichte, die Farbigkeit und die Veränderlichkeit (d. h. die Darstellung bewegter Inhalte) werden bezüglich ihrer Relevanz für den Straßenverkehr thematisiert und mit Erkenntnissen aus der theoretischen Betrachtung und der Empirie untermauert.
In zwei getrennten Versuchsteilen wurden anschließend zum einen die Störwirkung durch Blendung (in einer nächtlichen Versuchsumgebung) und zum anderen die Ablenkungswirkung (bei Tagessichtbedingungen und jeweils auf Stadt- und Autobahnstrecken) untersucht. Neben Paarvergleichen und Einzelratings wurden umfangreiche Simulatorversuche durchgeführt, an denen jeweils 42 Versuchspersonen teilnahmen.
In die Betrachtung der Störwirkung durch Blendung flossen Faktoren wie die Veränderlichkeit, die Leuchtdichtestruktur und die Farbigkeit ein und wurden entsprechend variiert. Aus der subjektiven Blendbewertung durch die Versuchspersonen ließen sich eine höhere Ablenkung durch veränderliche, inhomogene sowie farbige Darbietungen innerhalb der Störwirkung im Vergleich zu unbunten und homogenen Flächen zeigen. Einzelne Einflüsse auf das Fahrverhalten waren ebenfalls zu beobachten. Des Weiteren zeigte sich, dass eine Blendbewertung von fahrzeuggetragener Werbung prinzipiell mittels etablierter Maße plausibel möglich ist und zukünftig mindestens die Merkmale Flächenleuchtdichte, Flächengröße, die Umgebungshelligkeit und innere Darstellungsinhalte wie die Veränderlichkeit beinhalten sollte.
Die Ablenkungswirkung wurde in Bezug auf das Fahrverhalten, die Blickbewegungen und die selbstberichtete Beanspruchung während verschiedener Szenarien untersucht, in denen die Versuchspersonen Lkw mit Heckwerbung hinterherfuhren. Die Anzeigen wurde dabei bezogen auf die Veränderlichkeit (statisch vs. Wechseldarstellung vs. dynamisch) und die Relevanz (relevant vs. nicht relevant) variiert. Vor allem in der städtischen Umgebung ließ sich über mehrere Blickbewegungsmaße hinweg zeigen, dass von dynamischerer Werbung ein höheres Ablenkungsrisiko ausgeht. In einigen Szenarien wurde den Versuchspersonen die Möglichkeit zum Überholen gegeben, hier fuhren sie bei wechselnden Darstellungen näher an den Lkw heran und überholten bei relevanten knapper.
Durch die empirischen Untersuchungen konnten eine Reihe von Einflussfaktoren durch digitale Werbung an Fahrzeugen identifiziert werden, deren gleichzeitiges Auftreten in einem sogenannten Worst-Case-Szenario durchaus dazu führen kann, dass erhebliche Risiken für die beteiligten Verkehrsteilnehmenden bestehen. Um die reellen Konsequenzen, z. B. bezogen auf das Unfallrisiko durch digitale Werbesysteme an Fahrzeugen, abschätzen zu können, bedarf es weiterer Forschung und alternativer Forschungsansätze.
Eine effiziente Winterdienststeuerung setzt voraus, dass die Oberflächentemperatur der Fahrbahn bekannt ist. Effizient bedeutet, dass die Fahrbahn rechtzeitig, bevor es glatt wird, und sparsam (nur so viel Salz wie tatsächlich notwendig) gestreut wird. Die Fahrbahnoberflächentemperatur wird dabei gegenwärtig hauptsächlich mit fahrbahnintegrierten Temperatursensoren gemessen. Aufgrund des leichteren Zugangs zur Wartung, ohne den Verkehr zu beeinflussen, und der Möglichkeit zum mobilen Einsatz sollen berührungslos arbeitende Strahlungsthermometer eingesetzt werden. In stationären Straßenwetterstationen kommen beide Thermometer zum Einsatz. Dabei haben die Messungen gezeigt, dass zwischen den beiden Thermometerprinzipien Differenzen der gemessenen Temperaturen auftreten. Diese Differenzen sind nicht reproduzierbar und nicht systematisch, vor allem bei Änderung der Umgebungsbedingungen. Die Abweichungen zwischen den Messmethoden, aber auch gleichen Thermometerprinzipien (z.B. wegen verschiedener Hersteller) sind teilweise so groß, dass die Entscheidungen für den Einsatz des Winterdienstes unterschiedlich ausfallen würden.
Im Projekt sollte deshalb eine theoretisch-physikalische Betrachtung der Temperaturmessung der Fahrbahnoberfläche dabei helfen, die Abweichungen zu erklären und einzelne Einflussbeiträge zu quantifizieren. Für die systematischen Untersuchungen der verschiedenen Einflussgrößen wurde ein Prüfstand gebaut, in dem eine reproduzierbare Fahrbahnoberflächentemperatur als Referenztemperatur bereitgestellt werden kann. Im Prüfstand können einzelne Umgebungsbedingungen wie Lufttemperatur, Windgeschwindigkeit und kurzwellige Sonnenstrahlung reproduzierbar unabhängig voneinander eingestellt werden. Diese Umgebungsbedingungen wurden nach statistischen Berechnungen aus Messdaten einer Straßenwetterstation ausgewählt, da sie nachweislich einen direkten Einfluss auf die Abweichung der gemessenen Temperaturen haben.
Der Prüfstand enthält einen Bohrkern einer Fahrbahnprobe. Dessen Oberfläche wird mit Hilfe eines Flüssigkeitsbades im Temperaturbereich von -10 °C bis 10 °C temperiert; zum feinen Temperaturabgleich kommen zusätzliche Heizstäbe zum Einsatz. In die Fahrbahnprobe wurden drei Mantelwiderstandsthermometer mit einem kleinen Durchmesser (1 mm) axial an unterschiedlichen Höhen positioniert (radial bis zur Mitte der Fahrbahnprobe). Aus den gemessenen Temperaturen wird eine axiale Temperaturverteilung der Fahrbahnprobe berechnet und mathematisch auf die Temperatur der Fahrbahnoberfläche extrapoliert. Diese extrapolierte Temperatur dient als Referenztemperatur für die Temperaturmessung mit einem Strahlungsthermometer. Im Prüfstand können damit verschiedene Temperaturzyklen eingestellt werden, auf der Fahrbahnoberfläche kann eine Eisbildung erfolgen. Zusätzlich werden systematisch die Umgebungsbedingungen variiert. Die dabei auftretenden reproduzierbaren Abweichungen zwischen der Referenztemperatur und der mit dem Strahlungsthermometer gemessenen Temperatur werden mit den zugehörigen Messunsicherheiten ausgewertet und daraus auf die Straße übertragbare Erkenntnisse abgeleitet.
Nach der Berücksichtigung der Einflussfaktoren, welche die Strahlungstemperaturmessung verfälschen können, konnten die Abweichungen der Oberflächentemperaturmessung der Fahrbahnprobe mit dem Strahlungsthermometer zu der extrapolierten Referenztemperatur auf ca. 100 mK im untersuchten Temperaturbereich von -10 °C bis 10 °C reduziert werden. Es wurden ein Modell zur Beschreibung der Einflussgrößen auf die Fahrbahntemperaturmessung und eine Verfahrensanweisung zur Kalibrierung der eingesetzten Sensoren erstellt.
Im Rahmen der Realisierung eines Konzepts für ein Monitoring der im Bundesfernstraßenbau relevanten Nachhaltigkeitsziele soll ein Indikator zur Erfassung der Lärmbetroffenheit (kurz: Lärmindikator) entwickelt und erprobt werden. Hierfür ist eine zielführende Methode für die anzuwendende Bewertungsgröße „Lärmbelastete in Personen oder Wohneinheiten an Strecken (Anzahl oder Anteil) über einem Grenzwert oder nach Pegelklasse“ für die Erhebung an Bundesfernstraßen zu erarbeiten. Hierzu sollen zunächst verschiedene Varianten ermittelt werden, die für einen Einsatz in Frage kommen:
Im ersten Vorschlag wird auf Eingangsdaten der Lärmkartierung zurückgegriffen. Mithilfe dieser Datenbasis lässt sich ein Berechnungsmodell aufbauen, das die kartierten Bundesfernstraßen (mit mehr als 3 Mio. Fahrzeugen pro Jahr) umfasst. Die Begrenzung der Modelle auf den zu kartierenden Bereich ist jedoch nicht zielführend, wenn auch Bundesfernstraßen mit geringeren Verkehrsmengen in die Berechnung des Lärmindikators eingehen sollen. Der zweite Vorschlag nutzt ein Modell, das (zumindest teilweise) unabhängig von der Lärmkartierung ist. Es werden frei verfügbare Daten herangezogen. Dieser Ansatz ist auch notwendig, um z. B. die Lärmkartierung um die bisher nicht kartierten Bundesfernstraßen zu ergänzen. Kritisch sind insbesondere die bisher fehlenden bzw. nicht ausreichenden Angaben zu Schallschutzwänden, da diese wesentlich zur Lärmminderung beitragen und vorrangige Lärmminderungsmaßnahmen in der Lärmsanierung darstellen. Ein Fehlen der Lärmschutzwände würde somit eine Bewertung von Lärmminderungsmaßnahmen obsolet machen. Der dritte Vorschlag baut darauf auf, die Rechenläufe der Lärmkartierung zu nutzen, um Teilergebnisse für die Quellen der Bundesfernstraßen zu erhalten.
Die erarbeiteten Methoden wurden am Modellgebiet Schleswig-Holstein erprobt. Hierfür wurde sowohl das Modell der Lärmkartierung ausgewertet als auch ein eigenständiges Berechnungsmodell aufgebaut. Die Methoden werden anhand geeigneter Kriterien verglichen und bewertet. Insgesamt ergeben sich unterschiedliche Ansätze, die hinsichtlich der bewerteten Kriterien stark unterschiedlich bewertet werden müssen. Hinsichtlich der Genauigkeit bietet sich ein von der Lärmkartierung unabhängiges Modell an, um auch die bisher nicht kartierten Straßen zu erfassen. Derzeit ist die Datengrundlage hinsichtlich Schallschutzbauwerken jedoch noch stark unzureichend. Ein statistisches Modell, aufbauend auf den Ergebnissen der Lärmkartierung, bietet vergleichsweise gute Ergebnisse bei geringem Aufwand. Von Vorteil ist es hierbei, wenn der Anteil der Bundesfernstraßen nicht statistisch ermittelt wird, sondern getrennten Berechnungen entstammt. Eine einmalige Erhebung pro Bundesland wäre mindestens zu empfehlen. Idealerweise werden diese Daten regelmäßig im Rahmen der Lärmkartierung erhoben.
Es kann festgestellt werden, dass ein berechnungsfähiges Modell auf bundesweit verfügbaren Daten mit aktuellen Datenbestand zwar aufgebaut werden kann, die Modellqualität jedoch ohne manuelle Korrekturen weitgehend nicht den Ansprüchen an Berechnungsmodelle der Lärmkartierung oder sogar Einsatzbereichen mit höheren Qualitätsanforderungen (Lärmvorsorge oder Lärmsanierung) entsprechen kann. Es wird empfohlen, für die Bewertung der Lärmbetroffenheit an Bundesfernstraßen zunächst auf die Berechnungsergebnisse der Lärmkartierungen zurückzugreifen. Mittelfristig sollte jedoch angestrebt werden, die Datenbereitstellung nachhaltig zu optimieren. Diese Daten stünden dann auch für die Anwendung des Lärmindikators bundesweit einheitlich zur Verfügung. Sofern alle notwendigen Daten vorlägen, ließe sich ein Modell in ausreichender Qualität reproduzierbar erzeugen. Eine gute Datengrundlage für das Netz der Bundesfernstraßen bietet dabei auch Vorteile bei der Erstellung der Lärmkartierungen. Zudem können auch weitere Anwendungsfälle im Umfeld der Bundesfernstraßen, zum Beispiel in der Lärmsanierung, hiermit sehr gut abgedeckt werden.
Annual Report 2024 with the following key topics:
Predictive infrastructure management, Sustainable construction, Sustainable use of energy, Environmentally friendly transport, Active mobility, Proactive road safety, Automated and connected driving, Digital transport, Securing the supply of skilled labour
Zentrales Ziel des Forschungsvorhabens war die Durchführung und Auswertung einer ersten bundesweiten Repräsentativbefragung zum Informationsverhalten vor und während der Verkehrsteilnahme mit dem Pkw und/oder öffentlichen Verkehrsmitteln. Untersucht wurde, welche Informationen zu welchem Zeitpunkt gesucht bzw. genutzt werden, welche Informationsquellen bzw. -medien hierfür herangezogen werden und wie ggf. mit widersprüchlichen Informationen umgegangen wird. Hierzu wurden insgesamt 5.103 Personen, die regelmäßig als Pkw- und/oder ÖV-Nutzer am Verkehr teilnehmen, zur Ihrem Informationsverhalten mittels einer Online-Erhebung befragt. Die Grundgesamtheit für die geplante Erhebung zum Informationsverhalten waren in Deutschland wohnende Personen ab 18 Jahre, die regelmäßig als Pkw- und/ oder ÖV-Nutzer am Verkehr teilnehmen. Als Auswahlgrundlage für die Ziehung einer Personenstichprobe wurde nach Durchführung eines Pretests und einer vor-Ort-Kontrollerhebung das Payback-Online-Access-Panel ausgewählt. Die Stichprobe wurde anhand der bundesweiten Verkehrserhebung „Mobilität in Deutschland“ (MiD) 2017 nach Geschlecht, Alter, Bildung, Erwerbstätigkeit und Pkw/ÖV-Nutzung gewichtet. Abhängig vom genutzten Verkehrsmittel (Pkw/ ÖV/ beides) wurde das jeweilige Informationsverhalten abgefragt, wenn die befragte Person in den letzten 3 Monaten entsprechende Informationen abgerufen hat. Erhoben wurden dann zunächst die dabei genutzten Informationsquellen und der Zeitpunkt des Abrufs. Daran anschließend wurden für jede genannte Quelle Nutzungssituationen, Art und Zeitpunkt der Information, Wichtigkeit von und Zufriedenheit mit den jeweils genutzten Informationskanälen, Art und Verwendungshäufigkeit von Smartphone-Apps (nur bei App-Nutzern) und Reaktionen auf Verkehrsinformationen erfasst. Insgesamt bestätigen die erhobenen Daten dabei die zu erwartenden Ergebnisse mit einer Dominanz von Smartphone-Apps und Internet bei der Informationsbeschaffung. Aber auch die klassischen Informationsmöglichkeiten wie Radio im Pkw-Verkehr und Fahrplanaushänge und Durchsagen an Bahnhöfen, Haltestellen/ in Fahrzeugen im ÖV werden von vielen Befragten immer noch regelmäßig genutzt. Es zeigen sich allerdings sowohl im Pkw- als auch im öffentlichen Verkehr deutliche Unterschiede im Informationsverhalten je nach Alter. Diese Unterschiede sollten bei der zukünftigen Konzeption bzw. Ausgestaltung der Verkehrssysteme berücksichtigt werden, um den Bedürfnissen aller Altersgruppen gerecht werden zu können. Wie schnell sich der Wandel hin zu Smartphone-Apps und Internet bei der Informationsbeschaffung in den letzten Jahren vollzogen hat, lässt sich mit den hier erhobenen Daten natürlich nicht beantworten. Mit dieser Erhebung wurde aber die Grundlage für ein zukünftiges Monitoring geschaffen. Das gewählte Erhebungsdesign ist so angelegt, dass durch periodische Wiederholungen der Erhebung (beispielsweise alle 2 Jahre) entsprechende Trends frühzeitig erkannt werden können und dies dann für strategische Entscheidungen zur künftigen Gestaltung von Verkehrsinformationen, vor allem aus Sicht der öffentlichen Hand, genutzt werden kann.
Entwicklung von Asphaltschichten für Straßen und Brückenbeläge unter extremen Klimaeinwirkungen
(2025)
Das Ziel des Forschungsvorhabens war es, einerseits Erkenntnisse über die zu erwartenden Temperaturverteilungen und deren Häufigkeiten in Asphaltschichten auf Brückenbauwerken zu erlangen, um den Zeithorizont abzuschätzen, ab dem mit einer maßgeblichen Beeinträchtigung der Nutzungsdauer standardisierter Asphaltoberbaukonstruktionen zu rechnen ist. Andererseits sollten unter Berücksichtigung der prognostizierten extremen Klimaeinwirkungen hochverformungsbeständige Asphalte neu konzipiert werden, die auch bei tiefen Temperaturen eine ausreichende Kälteflexibilität aufweisen. Um diese Ziele zu erreichen, erfolgte zunächst eine umfangreiche Literaturanalyse zur Bestandsaufnahme der Klimarandbedingungen und der prognostizierten Klimaänderungen. Als Referenzperiode wurde dabei die aktuelle klimatologische Periode 1991 bis 2020 ausgewählt. Zusätzlich wurden Temperaturdaten, die über ein Jahr lang in den Asphaltschichten auf der Neckartalbrücke und auf der Weserbrücke gemessen wurden, zur Verfügung gestellt und berücksichtigt. Auf dieser Datengrund-lage wurde ein Finite-Elemente-Modellierungsansatz (FEM) entwickelt, der es ermöglicht, die vertikale Wärme- und Temperaturverteilung mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu berechnen. Mithilfe eines Machine-Learning Algorithmus (ML) können die Erkenntnisse auch auf das gesamte Bundesgebiet übertragen werden. Aus den Daten der Referenzperiode wurde für die drei unterschiedlichen Klimaszenarien RCP2.6, RCP4.5 sowie RCP8.5 jeweils die zukünftige Entwicklung der Klimakenngrößen abgeschätzt, und mit dem aufgestellten Modell zur Prognose der vertikalen Temperaturverteilung im Asphaltoberbau auf Brückenbauwerken kombiniert. So konnte für jeden Tag eine maximale mittlere Asphaltdeckschichttemperatur berechnet werden. Sie diente im Weiteren als Grundlage für die Bewertung der zukünftigen Entwicklung plastischer Verformungen. Für die Neukonzeption klimaoptimierter Guss- und Walzasphalte wurden zunächst im Rahmen einer umfangreichen Literaturrecherche Erkenntnisse zu Kompensationsmaßnahmen zusammengetragen, die zu einer Reduzierung der negativen Folgen des Klimawandels auf die Dauerhaftigkeit von Guss- und Walzasphalten beitragen können und bislang untersucht und / oder erprobt wurden. Auf dieser Grundlage wurde zunächst eine Vorauswahl der Ausgangsstoffe (Bindemittel, Füller, Gesteinskörnung) getroffen. Anschließend erfolgten Voruntersuchungen sowohl an den ausgewählten Bindemitteln und Füllern, als auch an verschiedenen daraus hergestellten Mastixvarianten. Dabei fanden auch Materialkomponenten Berücksichtigung, die noch nicht standardmäßig im einschlägigen technischen Regelwerk etabliert sind, aber aufgrund ihres optimierten Gebrauchsverhaltens eine frühzeitige Schadensentwicklung verhindern und eine lange Nutzungsdauer gewährleisten können. Die finale Auswahl der Ausgangsstoffe für die Asphaltmischgutherstellung wurde anhand der gewonnenen Ergebnisse aus den Voruntersuchungen festgelegt. Insgesamt wurden acht Walzasphaltvarianten (jeweils vier splittreiche Asphaltbetone und Splittmastixasphalte) sowie fünf Gussasphaltvarianten konzipiert und labortechnisch hergestellt. Dabei erfolgte eine Variation der Bindemittelart und -sorte sowie der Füllerart, wobei ausschließlich Kalksteinmehl und ein Mischfüller zum Einsatz kamen. Die anschließenden Performance-Untersuchungen zur Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen sowie zur Kälteflexibilität und Ermüdung der Asphaltvarianten zeigten signifikante Unterschiede. Bei den Verformungsversuchen wurden die Prüftemperaturen erhöht, um den prognostizierten höheren Temperaturen Rechnung zu tragen. Bei der gesamtheitlichen Betrachtung der Ergebnisse konnten Zusammensetzungen bzw. Materialkombinationen präferiert sowie die prinzipielle Übertragung der Erkenntnisse auf andere Asphaltschichten beschrieben werden. Das erstellte Modell zur vertikalen Temperaturverteilung in Asphaltschichten auf Brückenbauwerken sowie die in Laborversuchen ermittelte Temperaturabhängigkeit der plastischen Verformungen konnten schließlich miteinander kombiniert werden, um die Auswirkungen der erhöhten klimatischen Beanspruchung auf die Dauerhaftigkeit und das Gebrauchsverhalten von Asphaltschichten auf Brückenbauwerken einzuschätzen. Letztendlich konnte auch im Modell gezeigt werden, dass die heute verwendeten konventionellen Asphalte mit „normaler“ Verformungsbeständigkeit bereits jetzt an ihre Grenzen stoßen und eine Optimierung hinsichtlich der klimatischen Beanspruchung dringend erforderlich ist. Anschließend wurden konkrete Empfehlungen zur Weiterentwicklung und Verbesserung des aufgestellten Modells sowie Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der Asphalte im Zuge des Klimawandels gegeben.
Eine Änderung der Technischen Prüfvorschrift für den Einaxialen Druck-Schwellversuch im Jahr 2018 zielt auf besser differenzierbare Aussagen zum Verformungswiderstand ab. So sollen statt Marshall-Probekörpern künftig Bohrkerne aus walzsegmentverdichteten Asphalt-Probeplatten oder aus walzverdichteten Asphaltschichten von Straßen entnommen und untersucht werden, da Marshall-Probekörper aufgrund der Verdichtungsart (schlagende Verdichtung) nicht mit einer in der Praxis verdichteten Asphaltschicht vergleichbar sind. Darüber hinaus wird im Rahmen der Überarbeitung der Technischen Regelwerke (TL Asphalt-StB und ZTV Asphalt-StB) zukünftig der Einaxiale Druck-Schwellversuch (DSV) nach TP Asphalt-StB, Teil 25 B1 zur Beschreibung des Verformungswiderstandes Anwendung finden. Hierfür gibt es bisher keinen wissenschaftlich abgesicherten Bewertungshintergrund, weshalb eine prüftechnische Absicherung des Verformungswiderstandes notwendig ist. Ein weiterer, häufig diskutierter prüftechnischer Aspekt ist die Frage nach der Berücksichtigung einer definierten Querdehnungsbehinderung, die in der Straße vorhanden ist. Der Einaxiale Druck-Schwellversuch berücksichtigt keine Querdehnungsbehinderung, die TP Asphalt-StB, Teil 25 A2 bietet eine Möglichkeit zur Laborprüfung mit Querdehnungsbehinderung. In diesem Forschungsprojekt wurde zudem eine Variante mit einer erhöhten seitlichen Stützeinwirkung untersucht, indem um die Mantelfläche des zylindrischen Probekörpers ein massiver Metallring angeordnet wurde. Für die Bewertung des Verformungsverhaltens von Gussasphalt nach den TP Asphalt-StB Teil 25 A1 gibt es bereits einen Vorschlag für einen Bewertungshintergrund, der mit den durchgeführten Untersuchungen kritisch überprüft und ggf. geändert wird. Dafür wurden insgesamt 45 verschiedene Asphaltmischgutvarianten hergestellt und im Labor untersucht. Zusätzlich wurden Daten von externen Asphaltmischgutproduzenten gesammelt, um vorhandene Ergebnisse in die Auswertung miteinzubeziehen. Zur Validierung der im Labor hergestellten Asphaltkonzepte wurden zehn Praxisstrecken ausgewählt und Bohrkerne entnommen. An allen Walzasphaltvarianten wurden dynamische Stempeleindringversuche gemäß TP Asphalt-StB, Teil 25 A2 und bei den Gussasphalten gemäß TP Asphalt-StB, Teil 25 A1 durchgeführt und bei allen Walzasphalten Einaxiale Druck-Schwellversuche am Bohrkern gemäß TP Asphalt-StB, Teil 25 B1. An ausgewählten Varianten wurden zudem der Einaxiale Druck-Schwellversuche am MPK und Stempeleindringversuche mit Querdehnungsbehinderung durchgeführt. Im ersten Schritt wurden die Daten statistisch ausgewertet, um eventuelle Ausreißer zu identifizieren und auszuschließen. Die Grundlage zur statistischen Bewertung der Verformungsergebnisse bildeten Box-Whisker-Plots und die Durchführung einer deskriptiven Statistik. Die Analysen fanden sowohl für die Ergebnisse der im Labor hergestellten Probekörper als auch der extern gesammelten Daten statt. Die Auswertung der Dehnungsraten ermöglichte die Festlegung erster Zielwerte für verschiedene Belastungen, jedoch basieren diese auf einer geringen Datenbasis, was weitere Untersuchungen erforderlich macht. Die Untersuchungen zum dynamischen Stempeleindringversuch mit und ohne Stützring ergaben keine signifikanten Unterschiede in den Ergebnissen, was darauf hindeutet, dass der Stützring keinen Einfluss hat. Der bestehende Erfahrungshintergrund für die dynamischen Stempeleindringtiefen von Gussasphalt konnte zum Teil bestätigt werden. Untersuchungen mit abgeänderten Prüfrandbedingung für hohe verformungswirksame Belastungen gaben erste Erkenntnisse darüber, wie sich verschiedene Zusammensetzung bei erhöhten Temperaturen und verlängerter Lastdauer verhalten. Dabei wurde festgestellt, dass Varianten mit unterschiedlichen Sieblinien unterschiedliche Verformungswiderstände aufwiesen, wobei jene, die sich an der oberen Sieblinie orientieren einen höheren Widerstand zeigten als jene, die sich an der unteren orientieren. Bei einer Prüftemperatur von 65 °C wurde bei allen Proben eine fortschreitende volumendilatante Gefügezerstörung festgestellt.
Lärm gehört zu den führenden umweltbezogenen Gesundheitsrisiken (WHO, 2018). Viele Menschen sind gesundheitsgefährdendem Verkehrslärm ausgesetzt und fühlen sich dadurch gestört und belästigt. Daher gilt es, Maßnahmen zur Reduzierung von Geräuschbelastungen auf allen Interventionsebenen zu planen und umzusetzen (van Kamp et al., 2019). Neben Maßnahmen an der Quelle und Ausbreitungsweg sowie passiver Maßnahmen am Immissionsort sind weitere Strategien für angemessenen Gesundheitsschutz erforderlich. Zur Ausschöpfung der Möglichkeiten zur Minderung von Straßenverkehrslärm rückt daher zunehmend verhaltensbedingter Lärm in den Blickpunkt. Menschen tragen durch lärmprovozierendes Verhalten zur Verschärfung des Lärmproblems bei. Studien belegen, dass unterschiedliche Fahrweisen einen erheblichen Einfluss auf die Geräuschentwicklung haben (siehe z.B. Hammer et al., 2016). Jedoch bleiben die Faktoren, die lärmbewusstes Verhalten hemmen bzw. fördern, aufgrund fehlender Studien unklar. Lärmbewusstes Verhalten wird im Folgenden verstanden als Einsicht in die Gefährdung des Menschen durch anthropogenen Lärm, verbunden mit der aktiven Bereitschaft die negativen Auswirkungen des eigenen lärmrelevanten Handelns zu minimieren.
Zur Untersuchung des Potentials zur Minderung von Straßenverkehrslärm durch lärmbewusstes Verhalten wurden eine explorative Befragung sowie experimentelle Untersuchungen im Realverkehr und ein Hörexperiment realisiert. Die Befragung, bei der über 400 Personen aus dem DACH-Raum teilnahmen, zeigte, dass das Konstrukt „lärmbewusstes Verhalten“ auf Basis von Fragen zum Verhalten im Alltag mit Geräuschbezug operationalisierbar ist. Dabei zeigte das entwickelte Konstrukt Zusammenhänge mit diversen Variablen, wie mit dem Alter oder Bildungsgrad aber auch mit der Verantwortungsübernahme, der Werteorientierung, dem Kaufverhalten oder der Fahrweise. Dabei deutete sich an, dass lärmbewusstes Verhalten oft nur dauerhaft etabliert wird, wenn dies mit persönlichen Vorteilen einher geht. So wird als wichtigstes Motiv zur Anwendung von Eco-Drive die Einsparung von Kraftstoff genannt, was unmittelbare finanzielle Vorteile bietet, wohingegen die Lärmvermeidung nur ein untergeordnetes Motiv darstellte.
Auf Basis von experimentellen Untersuchungen wurden weitere Erkenntnisse zu den Auswirkungen von Interventionen auf das Lärmverhalten im Straßenverkehr generiert. Hierbei wurden in einem Realversuch im Fließverkehr die Einflüsse von Hinweisgebern auf die aktive Selbstregulierung von Kraftfahrzeugfahrenden untersucht. Die Hinweisgeber wurden in Form eines ortsfesten Hinweisgebers sowie eines visuellen Feedback-Systems im Fahrzeug realisiert. Die Ergebnisse zeigten keine statistisch signifikanten Effekte der Hinweisgeberarten. Der statische externe Hinweisgeber zeigte jedoch einen Trend zur Lärmminderung im örtlichen Umfeld des Schildes, was bei Nutzung von interaktiven statischen Lärm-Displays in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0 dB bereits belegt wurde (Heusser & Heutschi, 2022). Externe Hinweisgeber können somit lärmbewusstes Fahrverhalten fördern. Dagegen wurde kein lärmbewussteres Fahrverhalten durch einen internen digitalen Informationsgeber zur Anzeige der momentanen Lärmemission beobachtet. Ohne explizite Erklärung der Bedeutung des Hinweisgebers für die Probanden und weitere Informationen zur Relevanz der Vermeidung von Verkehrslärm war eine Verhaltensänderung nicht zu beobachten.
Als weitere akustische Maßnahmenbewertung wurden Vorbeifahrtsmessungen durchgeführt, die das Minderungspotential bei ausgewählten Fahrweisen bestätigten. Der Vorbeifahrtspegel ließ sich beispielsweise bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor durch frühes Hochschalten um einige dB reduzieren. Bei einem Elektrofahrzeug zeigte sich dagegen ein geringeres fahrmanöverabhängiges Lärmminderungspotential.
Basierend auf einen Hörversuch wurde die perzeptive Wirkung der in den Messungen implizit enthaltenen lärmprovozierenden Verhaltens- und Fahrweisen untersucht. Es zeigte sich, dass auffällige Einzelereignisse, die lärmprovozierende Verhaltensweisen widerspiegelten (z.B. Hupen, Kavaliersstart, laute Motorräder), eine erhöhte Störwirkung verursachen, die nicht ausreichend durch den Mittelungspegel abgebildet wird. Die markanten Ereignisse wirkten sich bei Einzelvorbeifahrten wie auch in komplexen Straßenverkehrsszenen nicht nur auf die Lärmbelästigung, sondern auch auf andere Wahrnehmungsqualitäten (wie die empfundene Nähe, Dynamik oder Schärfe der Geräusche) aus. Bei auffälligen Einzelereignissen stellte sich eine pegeläquivalente erhöhte Störwirkung in einer Größenordnung von ca. 3 bis 4 dB ein.
Auf Basis der empirischen und messtechnischen Ergebnisse in Verbindung mit Erkenntnissen aus der Literatur wurde ein Maßnahmenkatalog erstellt, der Möglichkeiten der Förderung von lärmbewusstem Verhalten im motorisierten Individualverkehr beinhaltet. Die Maßnahmen lassen sich dabei neben der personalen Ebene auf der physisch-materiellen, sozio-ökonomischen, soziokulturellen sowie rechtlich-politisch-administrativen Ebene ansetzen. Die im Katalog aufgeführten Maßnahmen müssen hinsichtlich deren Wirksamkeit zur nachhaltigen Lärmminderung in weiteren Studien evaluiert werden.
