Eine dauerhaft leistungsfähige Verkehrsinfrastruktur ist zum Güter- und Personentransport unerlässlich. Eine wesentliche Zielsetzung moderner Technologien im Straßenbau ist daher eine möglichst lange Gebrauchstauglichkeit von Asphalt-Befestigungen. Zum Zweck der Überbauung von rissgeschädigten bzw. rissgefährdeten Straßenbefestigungen kommen seit mehr als 30 Jahren Asphalteinlage-Systeme zum Einsatz, die im Fokus dieses von der Bundesanstalt für Straßenwesen initiierten Forschungsprojektes standen. Ziel dieses Forschungsprojektes war es, die mögliche nutzungsdauerverlängernde Wirkung von Asphalteinlage-Systemen zu überprüfen, ihre Anwendungsgrenzen aufzuzeigen und eventuelle ökonomische und ökologische Vor- bzw. Nachteile zu quantifizieren. Neben einer Marktübersicht und Kategorisierung der heute zur Verfügung stehen-den Produkte wurde eine breite Befragung über praktische Erfahrungen mit Asphalteinlage-Systemen durchgeführt, sowie ein umfangreiches Laborprüfprogramm realisiert. Um die an Asphalteinlage-Systemen gestellten Forderungen bzgl. ihrer spannungsabbauenden, spannungsaufnehmenden und abdichtenden Wirkung zu überprüfen, wurden unterschiedlichste Prüfverfahren angewendet und daraus Scherversuche, Durchlässigkeitsversuche, 3-Punkt-Biegeprüfungen und Keilspaltversuche für den Nachweis als geeignet angesehen. Im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse wurde der Einfluss zahlreicher repräsentativer Asphalteinlage-Produkte bei Variation weiterer Systemeigenschaften prüf-technisch untersucht und so deren Einfluss auf die Wirkungsweise bestimmt. Zur Überprüfung einer potenziell nutzungsdauerverlängernden Wirkung, wurden über ein FE-Modell wesentliche Kenngrößen ermittelt, so dass in 3-Punkt-Biegprüfungen abgeleitete Ermüdungskurven, sowie in Keilspaltversuchen bestimmte Rissenergien in neuen Nachweisen gegen Reflexionsrissbildung in die Rechnerische Dimensionierung integriert werden konnten. So konnte die Wirkung auf die theoretische Nutzungsdauer nachgewiesen werden. Eine abschließende Nachhaltigkeitsanalyse beinhaltete ökonomische und ökologische Aspekte. Dabei erwies sich z. B. die Recyclingfähigkeit als wesentlich, wobei unterschiedliche Szenarien betrachtet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass Asphalteinlage-Systeme unter den zuvor definierten Bedingungen des jeweiligen Szenarios im Modell wirtschaftlich eingesetzt werden können, sofern eine Abstimmung auf die geplanten Erhaltungszyklen erfolgt. Anhand der Ergebnisse wurden Vorschläge für die Ergänzung des technischen Regelwerkes durch ein Merkblatt und Prüfvorschriften erarbeitet.

Das Georadarmessverfahren gehört zu den zerstörungsfreien Prüfverfahren und ist im Bereich des Straßenwesens zur Detektion von Substanzschädigungen und Substanzmerkmalen sowie des eigentlichen Konstruktionsaufbaus einer Straßenbefestigung nutzbar. Der wesentliche Vorteil des Verfahrens liegt in der quasi-kontinuierlichen Gewinnung von Messdaten in Längsrichtung oder in der Fläche. Im Zuge einer straßenbautechnischen Interpretation kann dadurch anstelle punktueller Daten (z. B. durch Bohrkerne) auf lückenlose Messprofile zurückgegriffen werden. Die Zielsetzung des Projektes war es, anhand von objekt- und netzbezogener Untersuchungen Aussagen über die potenzielle Genauigkeit in der Wiedergabe von Schichtgrenzen sowie über die Erkennung von Substanzschädigungen und Substanzmerkmalen zu treffen. Die Objektebene wurde dabei durch eine idealisierte Versuchsstrecke abgebildet. Die netzbezogenen Untersuchungen wurden auf insgesamt fünf Bundesautobahnen und fünf Bundesstraßen durchgeführt. Hierbei konnte festgestellt werden, dass in Bezug auf die Detektion von Schichtgrenzen eine verfahrenstechnische Ungenauigkeit von ca. ± 2,5 cm erwartbar ist. Dabei stellten sich Scanraten von mindestens 10 Scans/m als zweckmäßig heraus. Sofern auch die Untersuchung von Substanzschädigungen und Substanzmerkmalen von Bedeutung sind, zeigten die Untersuchungen, dass engere Messpunktabstände von höchstens 5,0 cm (≙ 20 Scans/m) und die Verwendung einer Messfrequenz von 2.000 MHz zielführend sind, um eine ausreichende Auflösung und Datendichte zu gewährleisten. Zudem wurde die Möglichkeit der Kombination des Georadarmessverfahrens mit der messtechnischen Zustandserfassung und -bewertung (ZEB) untersucht und eine potenzielle Vorgehensweise hierfür entwickelt. Diese beinhaltete auch eine Definition von homogenen Abschnitten auf Untersuchungsstrecken mittels mehrerer Homogenitätskriterien. Ebenfalls wurden Ansätze für automatisierte Auswertungen von Georadar-Daten aufgezeigt.

Für die Beurteilung der Frostsicherheit von ungebundenen Schichten im Straßenbau werden je nach Anwendungsgebiet die Kriterien aus unterschiedlichen Regelwerken herangezogen. Die diesen Kriterien hinterlegten Prüfmethoden sind auf Erfahrungen mit natürlichen Baustoffen abgestimmt und korrelieren nicht hinreichend mit den Materialveränderungen von Recycling-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten in der Praxis. Daher wurde eine realitätsnahe Prüfmethode auf Basis österreichischer Erfahrungen entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden nun Bewertungskriterien für diese Prüfmethode erarbeitet. Zunächst wurden die in der Literatur als maßgeblich definierten Einflussgrößen auf die Frosthebung gezielt untersucht. Daraus ergab sich, dass der Frosthebungsparameter Maximale Frosthebung besonders für die Bewertung geeignet und die Parameter Bleibende Hebung und Hebungsgeschwindigkeit jeweils geeignet sind. Für die Entwicklung eines Bewertungskriteriums wurden zwei Ansätze verfolgt, von denen nur Ansatz A sich als zielführend herausstellte. Bei Bewertungsansatz A wurden die Flächen unter der Hebungskurve und die über der Kühlkopf-Temperaturkurve je Probe ermittelt und in Bezug gesetzt. Bewertungsansatz B wurde ursprünglich konzipiert, um Kennwerte aus dem Frosthebungsversuch und Materialkennwerte miteinander zu verknüpfen. Dieser Ansatz hat sich als nicht zielführend herausgestellt. Schlussendlich erzeugen die Überlagerungen der unterschiedlichen materialspezifischen Einflussfaktoren zu hohe Streuungen. Werden jedoch Materialgemische in Abhängigkeit ihrer Eigenschaften, z. B. hoher Feinanteil, im Labor gezielt zusammengesetzt, lässt sich dieser materialspezifische Einflussfaktor auf die Frosthebung überwiegend korrelieren. Eine Übertragung dieser Korrelationen auf heterogene Baustoffgemische aus der Praxis ist nicht möglich. Die Validierung des Bewertungskriteriums nach Ansatz A erfolgte mittels Frosthebungsdaten von RC-Baustoffgemischen aus der Praxis. Grundsätzlich liegt mit dem Frosthebungsversuch nun ein prozesssicheres Verfahren vor, mit dem das Frostverhalten von RC-Baustoffgemischen und industriellen Nebenprodukten praxisgerecht geprüft und bewertet werden kann. Damit ist eine Möglichkeit geschaffen, die Gebrauchseigenschaft Frostempfindlichkeit der Materialien besser zu beurteilen.

Für die rechnerische Dimensionierung der Betondecken im Oberbau von Verkehrsflächen für den Neubau sowie die Erneuerung nach RDO-Beton 09 ist die statische Spaltzugfestigkeit an der unteren und oberen Bohrkernscheibe entprechend der Vorgaben der AL Sp-Beton zu bestimmen. Aufgrund der unzureichenden Kenntnis der Präzision dieses Prüfverfahrens wurden, basierend auf dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen, mit einem breit aufgestellten Ringversuch die statistischen Kennwerte an Labor- und Bestandsbetonen unter Vergleich- und Wiederholbedingungen ermittelt. Zur möglichst guten statistischen Absicherung nahmen an dem Ringversuch dreizehn erfahrene Prüfstellen teil, die vorab einem Audit unterzogen wurden. Zur Abdeckung des vielschichtigen Einsatzes des Prüfverfahrens erfolgte der Ringversuch an acht Prüflosen, die sowohl die Erst-/ Eignungsprüfung und Übereinstimmungskontrolle bei Neubaumaßnahmen, als auch die Restsubstanzbewertung von Betonfahrbahnplatten berücksichtigen. Zur Bewertung des Materialeinflusses wurde zusätzlich ein Prüflos mit Labormörtel untersucht. Die Probenvorbereitung erfolgte zentral an der BAM. Zur Sicherstellung einheitlicher Prüfbedingungen bei den Prüfstellen wurde zusätzlich eine detaillierte Standardarbeitsanweisung erarbeitet, die partiell bereits Eingang in das Normenwerk gefunden hat. Bei der Plausibilitätsprüfung aller prüflosspezifischen Einzelwerte der Spaltzug- und Druckfestigkeit wurden vereinzelt sowohl Ausführungsfehler als auch Übertragungs- und Tippfehler festgestellt. Der sich anschließende Lilliefors-Test zeigt, dass die ermittelten Einzelwerte bis auf wenige Ausnahmen normalverteilt sind und damit die Voraussetzungen für die statistische Auswertung gegeben sind. Mittels grafischer Darstellung der Mandel’s h- und k-Werte wurden die Auffälligkeiten hinsichtlich der Mittelwerte und Varianzen prüflosspezifisch für die einzelnen Prüfstellen visualisiert und anschließend einige von ihnen mittels Grubbs- und Cochran-Test als Ausreißer identifiziert. Nach Ausreißerelimination wurde mit dem klassischen Verfahren bei der Spaltzugfestigkeit der geringste Variationskoeffizient unter Vergleich- und Wiederholbedingungen bei der Erst-/Eignungsprüfung mit 6,2 und 6,4 % ermittelt. Bei einer Verminderung des Materialein-flusses durch die Verwendung eines Labormörtels verbessern sich die statistischen Kennwerte auf 4,5 und 5,3 %. Mit 8,2 und 9,5 % bzw. 8,6 und 9,5 % werden bei der Restsubstanz-bewertung von Wasch- und Unterbetonen die höchsten Werte bestimmt. Das robuste Auswerteverfahren (ohne Eliminierung der Ausreißer) nach dem Entwurf des FGSV-Merkblatts zur statistischen Auswertung von Prüfergebnissen erwies sich in der Form als ungeeignet und bedurfte einer Überarbeitung. Bezüglich der vergleichend mit klassischen und robusten Verfahren gewonnenen Kennwerte ist festzustellen, dass bei sehr homogenen Messergebnissen eines Prüfloses beide Verfahren nahezu die gleichen statistischen Kennwerte liefern. Bei der Eliminierung von Ausreißern sind die Ergebnisse des robusten Verfahrens in der Regel etwas größer als die des klassischen Verfahrens. Die begleitenden vertiefenden Untersuchungen bei der Spaltzugprüfung mit innovativen Prüftechniken lieferten wertvolle Erkenntnisse zur Bewertung der Prüfeinflüsse.

Bei Verwendung von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen (BumI) in Erdbauwerken sind gegebenenfalls technische Sicherungsmaßnahmen zu ergreifen, um in umweltspezifischer und wasserwirtschaftlicher Hinsicht einen verantwortungsvollen Einsatz dieser Materialien zu gewährleisten. Die technischen Sicherungsmaßnahmen sind dabei so zu gestalten, dass eine Durchsickerung der Böden und Baustoffe mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen und damit ein möglicher Austrag von Schadstoffen auf ein verträgliches Maß minimiert werden. Das Merkblatt über Bauweisen für technische Sicherungsmaßnahmen beim Einsatz von Böden und Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen im Erdbau (MTS E) stellt insgesamt sechs unterschiedliche Bauweisen für Straßendämme, die entsprechend auch auf andere Erdbauwerke (z.B. Lärm- und Sichtschutzwälle) übertragbar sind, vor. Diese können prinzipiell in Bauweisen mit Abdichtungen (Bauweisen A, B, C), Bauweisen mit gering durchlässigem Körper aus Böden oder Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen (Bauweise E) und Kernbauweisen ohne Abdichtungen (Bauweise D) unterschieden werden. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bau, Verkehr und Stadtentwicklung geförderten Forschungsvorhabens wurden am Zentrum Geotechnik der TU München von Schweller et al. (2009) Berechnungen zur Bewertung der Wirksamkeit der Bauweisen durchgeführt. Anhand dieser Berechnungen konnte die prinzipielle Wirksamkeit der Bauweisen A, B und D belegt werden. Für die Bauweise E ergaben sich vergleichsweise große Sickerwassermengen. Die Berechnungen wurden allerdings mit einem Durchschnittswert des Niederschlages, der aus dem Gesamtjahresniederschlag verteilt auf 365 Tage ermittelt wurde, durchgeführt. Dadurch kommt es rechnerisch zu konstanten kleinen Infiltrationsmengen in den Straßendamm ohne Ausbildung eines Oberflächenabflusses. Damit verbunden sind unrealistisch hohe Sickerwassereintritte in die Ersatzbaustoffe. Die Wirksamkeit der Bauweise E konnte deshalb im Rahmen der Untersuchungen von Schweller et al. nicht abschließend bewertet werden. Basierend auf den am Zentrum Geotechnik der TU München von Schweller et al. durchgeführten Untersuchungen wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens FE 84.105 Berechnungen zur Durchsickerung der Bauweise E unter Ansatz von Tageswerten des Niederschlages, der Evapotranspiration und des Oberflächenabflusses durchgeführt. Die mit VADOSE/W durchgeführten Berechnungen zeigen, dass die Vergleichmäßigung der Infiltration bei einer Berechnung mit Durchschnittswerten der Infiltration zu ca. 1,7-fach größeren Sickerwassermengen als beim Ansatz von Tageswerten führt. Die mit Tageswerten der Klimadaten für einen Zeitraum von 10 Jahren durchgeführten Berechnungen ergaben für die Bauweise E bei einem Durchlässigkeitsbeiwert des Kerns von k = 1 · 10-8 m/s eine mittlere Sickerwassermenge aus dem Kern von ca. 60 mm/a.

Bei den abzugsrelevanten Merkmalen - Verdichtungsgrad und Hohlraumgehalt - liegt die Bestimmung der Raumdichte am Ausbaustück oder Marshallprobekörper entsprechend den nationalen Prüfvorschriften zugrunde. Zur Bestimmung der Raumdichte ist bei offenporigen Asphalten das Ausmessverfahren (Verfahren D) anzuwenden und bei allen anderen Walzasphalten das Tauchwägeverfahren mit Ledertuch (Verfahren B). Nur bei lärmtechnisch optimierten Asphaltdeckschichten soll zur Erfahrungssammlung neben dem Verfahren B auch das Verfahren D angewandt werden. Aus den Erfahrungen mit den Prüfverfahren ist bekannt, dass mit zunehmendem Hohlraumgehalt die Raumdichte an Prüfkörpern mit den standardisierten Verfahren nicht präzise genug erfasst werden kann. Um ein geeignetes Verfahren für primär semiporöse und sekundär offenporige Asphaltdeckschichten zu finden wurden insgesamt 7 zum Teil standardisierte Prüfmethoden zur Bestimmung der Raumdichte an drei Mischgutarten durchgeführt. Dabei wurden die Geometrien und Herstellungsarten der Prüfkörper variiert. Alle gesammelten Daten der Untersuchungen (Raumdichte und Streuung) wurden hinsichtlich der Einflüsse aus den geometrischen Kennwerten (Prüfkörperhöhe und -durchmesser), Prüfkörpermasse und charakterisierenden Kennwerten wie den Hohlraumgehalt, den Textureigenschaften, der effektiven Fläche der Textur und Körnungsspezifischen Kennwerten analysiert. Es konnten deutliche Unterschiede zwischen den Verfahren nachgewiesen werden. Hinsichtlich der Eignung für semiporöse und offenporige Asphalte konnte ein Verfahren zur Umhüllung von Prüfkörpern mit einem Vakuumbeutel empfohlen werden, welches in Einklang mit der europäischen Norm steht. Alternativ ist eine Bestimmung des Volumens über eine Laserabtastung der Probekörper zu empfehlen. Diese technisch hochwertige Methodik lässt eine sichere Abgrenzung zwischen der Textur eines Prüfkörpers und den zur Raumdichte zugehörigen Volumen zu.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Untersuchungen für die Dimensionierung von Straßenbefestigungen bei realitätsnaher Berücksichtigung des nichtlinear-elastischen und plastischen Verformungsverhaltens von ToB in Straßenbefestigungen in Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen (Frost-/Tauperioden, Schwankungen des Wassergehaltes in den ToB) durchgeführt. Hierzu wurden experimentelle Versuchsmethoden im Labormaßstab, insbesondere Triaxialversuche an ungebundenen Baustoffgemischen (UBG) weiterentwickelt und optimiert. Die Arbeiten im Labor wurden durch entsprechende Berechnungen mit der Finite Elemente Methode (FE-Methode) begleitet, um das Beanspruchungsniveau von ToB als Grundlage für die Versuchsdurchführung zu ermitteln. Die in den Triaxialversuchen angewendete Versuchsprozedur sicherte eine gute Erfassung des Materialverhaltens und ist geeignet, sowohl die Steifigkeiten von UBG als auch deren plastisches Verformungsverhalten zu charakterisieren. Auf Grundlage der Versuche wurden Materialparameter für das erweiterte modifizierte Universal-Modell (elastisches Verhalten) und das dehnungsbasierte plastische Modell bestimmt. Die erzeugte Materialantwort lieferte jedoch keine präzisen Informationen zum plastischen Shakedown-Limit und dem charakteristischen Grenzdehnungszustand. Zur Integration dieser Grenzkriterien in das Prüfprogramm und deren schärferer Eingrenzung ist eine Anpassung zweckmäßig. Voraussetzungen und Untersuchungskriterien für die analytische Dimensionierung der ToB wurden zusammengetragen und ein auf den untersuchten Stoffmodellen basierendes Verfahren zur Berechnung der plastischen Verformungen in ToB vorgestellt. Anhand dieser Ergebnisse wurden Arbeitsschritte und Algorithmen zur Implementierung der Ergebnisse in die Verfahrensweise nach den RStO und RDO Asphalt und Beton als Grundlage für eine programmtechnische Umsetzung erarbeitet. In Ergänzung zu den Triaxialversuchen wurden zyklische Ödometer- und CBR-Versuche durchgeführt. Ziel war es, zu untersuchen, ob mit den Ergebnissen dieser Versuche eine vereinfachte Klassifizierung von UBG möglich ist. Das elastische Verformungsverhalten der geprüften Materialen konnte auf Grundlage der zyklischen Ödometerversuche gut abgeschätzt und verglichen werden. Mit den Ergebnissen der zyklischen CBR-Versuche war keine befriedigende Charakterisierung des plastischen Verformungsverhaltens möglich. Eine Klassifizierung auf Basis zyklischer Ödometer- und CBR-Versuche scheint im gegenwärtigen Entwicklungsstadium nicht möglich, hierzu sind Triaxialversuche notwendig. Es wurden verschiedene Klassifizierungsverfahren verglichen und eine neue Darstellungsvariante entwickelt, mit der das Potenzial von UBG besser bewertet und verschiedene Materialien verglichen werden können.

Die hohe Bedeutung einer dauerhaften Adhäsion zwischen Bindemittel und Gestein liegt darin begründet, dass die Verdrängung des Bindemittelfilms von der Gesteinskörnung zu irreparablen Schäden mit progressiver Schadensentwicklung führt. In der Literatur finden sich bereits zahlreiche Prüfverfahren zur Quantifizierung der Adhäsion, im Wesentlichen wird jedoch speziell das Haftverhalten in Form von bitumenumhüllter Gesteinskörnung erfasst. Ein hinreichend geeignetes Verfahren zur gezielten Ansprache des Haftverhaltens von Asphalt besteht aktuell nicht. In diesem Forschungsvorhaben wurden vier Prüfverfahren hinsichtlich der Eignung zur Bewertung des Haftverhaltens von Asphalt untersucht. Die mod. Schüttelabrieb-Prüfung, der Stripping-Test im Spurbildungsgerät und der einaxiale Zugversuch ermöglichten unter den betrachteten Randbedingungen keinen zielführenden Ansatz. Es konnte jedoch erfolgreich herausgestellt werden, welchen signifikanten Einfluss die Art der Vorkonditionierung auf das Haftverhalten bewirkt und welche umfassenden Ansätze für eine zielorientierte Quantifizierung notwendig sind. Erste positive Erkenntnisse konnten darüber hinaus durch die Modifizierung der SATS-Prüfung gewonnen werden. Durch eine Veränderung der kombinierten Temperatur- und Druckbeanspruchung, wurde das Verfahren an die nationalen Mischgutkonzepte angepasst. Mit dieser Prüfung wurden 48 Asphaltkonzepte untersucht und abschließend die Auswirkung verschiedener Einflussfaktoren auf das Haftverhalten eruiert. Grundlegend ließ sich eine Abhängigkeit des Steifigkeitsverhältnisses nach der Konditionierung zum Hohlraumgehalt nachweisen, eine Charakterisierung einzelner Einflussparameter konnte jedoch nicht erfolgen. Die reine Druckbeanspruchung ohne Wasser hat darüber hinaus offensichtlich auch einen Einfluss auf die Mikrostrukturen im Prüfkörper. Es handelt sich somit nicht um eine reine Adhäsionsprüfung, sondern um eine kombinierte Prüfung, welche einen weiteren Forschungsbedarf implementiert.

Da Polymer-, Gummi-, wachs- und mehrfachmodifizierte Bitumen seit Jahren im Asphaltstraßenbau eigesetzt werden, kommen diese vermehrt im Ausbauasphalt vor. Zur Bewertung des Ausbauasphalts ist es daher notwendig, die Modifizierungen an der Mischanlage zu identifizieren. Die Ausbildung des Bindemittelsacks beim Erweichungspunkt Ring und Kugel ist charakteristisch für die Modifizierung. Hierdurch können wachsmodifizierte Bitumen (WmB) recht präzise und Polymermodifizierten Bitumen (PmB) teilweise identifiziert werden. Mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) werden die Schmelztemperaturen der Wachse erfasst. Hierdurch können WmB identifiziert und die Wachsarten unterschieden werden. Die Analytik mittels Dynamischem Scherrheometer (DSR) startet mit der Bestimmung der Äquisteifigkeitstemperatur EG*T. Bei EG*T werden Frequenz-, Amplituden- und MSCR-Tests durchgeführt. Die Grenze des LVE-Bereichs dient der Identifizierung von WmB. Anhand der Kennwerte bei 0,1 Hz können PmB erkannt werden. Die Rückformung (MSCRT) dient der Identifizierung von Mehrfachmodifizierungen. Da Gummimodifizierte Bitumen (GmB) bei der Extraktion erkannt werden, können alle Modifizierungsarten identifiziert werden. In den FTIR-Spektren (Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie) der modifizierten Bitumen verursachen einige Polymere und Wachse charakteristische Banden, wodurch diese erkannt werden. Die Identifizierung der übrigen Additive erfolgt mithilfe einer multivariaten Auswertung, wodurch mit Ausnahme der GmB (nicht erforderlich) alle Additive erkannt werden. An Stichproben konnte zudem eine Abgrenzung von Mehrfachmodifizierungen sowie eine Abschätzung der Zugabemenge erreicht werden. DSR und FTIR ermöglichen beide eine schnelle, einfache und zielsichere Identifizierung der Bitumenmodifizierungen. Durch die FTIR-Analytik können die Modifizierungen mit der größtmöglichen Präzision bestimmt werden. Die DSR-Analytik erlaubt dafür zusätzlich eine baupraktische Bewertung der Bindemittel.

In Deutschland ist zur Bestimmung der Referenzdichte ungebundener Baustoffgemische der Proctorversuch nach DIN EN 13286-2 [1] festgelegt. Die Laborpraxis hat gezeigt, dass der Proctorversuch für dränierende Baustoffgemische, die für ungebundene Schichten verwendet werden, nicht optimal geeignet ist. Im Forschungsvorhaben FE-Nr. 06.099/2012/EGB [2] wurde die Eignung des Vibrationshammerverfahrens nach DIN EN 13286-4 [3] als alternatives Laborverdichtungsverfahren untersucht und festgehalten, dass dieses Laborverdichtungsverfahren in-situ konform verdichtet und sehr vergleichbare Ergebnisse zum Proctorverfahren unter Verwendung eines festgelegten Wassergehaltes erzielt. Hinzu kommt eine leichtere Handhabung, kostengünstigere Anschaffung und eine Prüfdurchführung, die deutlich weniger zeitintensiv ist. Ein weiterer Vorteil dieses Verdichtungsverfahren ist, dass es wahrscheinlich zu einer geringeren Kornverfeinerung während der Probenverdichtung neigt [4]. Weiterhin wurde festgestellt, dass der optimale Wassergehalt des Vibrationshammerverfahrens etwa 5 bis 10 Prozent unterhalb dem des Standard-Proctorversuches lag [5] und somit etwa dem optimalen Wassergehalt eines modifizierten Proctorversuches (nahezu in-situ konform) entspricht. Seit vielen Jahren wird die Wasserdurchlässigkeit von SoB-Gemischen im Labor mit einer in der DIN 18130-1 [6] beschriebenen Methode bestimmt, bei denen die Wasserdurchlässigkeit im gesättigten Probenzustand ermittelt wird. Während der Herstellung und der Nutzungsphase einer SoB hingegen werden immer ungesättigte Zustände vorliegen, weshalb die Ergebnisse des Laborversuches nach DIN 18130-1 [6], nicht der in-situ Wasserdurchlässigkeit entsprechen. Durch die Entwicklung des Standrohr-Infiltrometerverfahrens nach TP Gestein-StB, Teil 8.3.1 [7], wurde versucht, die in-situ Wasserdurchlässigkeit im Labor besser abzubilden, beispielsweise, indem zum einen Probekörper mit modifizierter Proctorenergie hergestellt werden und zum anderen Wassergehalte während der Probenherstellung zum Einsatz kommen, die unterhalb des optimalen modifizierten Wassergehaltes (0,8 · mod. wPr < w < mod. wPr) liegen. In-situ konforme Prüfbedingungen auf Laborebene sind notwendige Voraussetzungen, um hier Messergebnisse zu generieren, die mit Feldergebnisse vergleichbar sind. Sowohl für die Referenzdichte (Proctordichte) des Verdichtungsgrades, der einen Rückschluss auf die geleistete Verdichtungsarbeit ermöglicht, als auch für die Wasserdurchlässigkeit stehen bis dato Prüfmethoden im Labor zur Verfügung, die aufgrund ihrer Verfahrensparameter nicht den Feldbedingungen entsprechen und häufig nicht vergleichbare Ergebnisse liefern. Entsprechend ist es notwendig mit performance orientierten Prüfverfahren diesen Umstand zu optimieren. Bzgl. der Verdichtung von ungebundenen Baustoffgemischen bietet sich womöglich das Verdichtungsverfahren nach DIN EN 13286-4 [3] als zukunftsweisendes Laborprüfverfahren an, das nach ersten Erkenntnissen besser zur Verdichtung von ungebundenen Gemischen geeignet ist. Zur Weiterentwicklung des Kenntnisstandes zum Vibrationshammer war zu untersuchen, welchen Einfluss die Verwendung eines Vibrationshammers auf die Kornzertrümmerung hat und wie eine Probenherstellung im Verdichtungstopf C (250 mm) mittels Vibrationshammer zur Messung des Infiltrationsbei-wertes ki(10) erfolgen kann, da dies bis dato nicht in der DIN EN 13286-4 [3] beschrieben wird. Ergänzend sollten diese beiden Aspekte auch unter Verwendung unterschiedlicher Vibrationshämmer mit unterschiedlicher Schlagenergie untersucht und bewertet werden. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurde eine Literaturstudie durchgeführt, über die dargelegt werden konnte, dass die Fragestellungen des Forschungsvorhabens bzgl. der Kornzertrümmerung und Verdichtung von Baustoffen im Verdichtungstopf C unter Verwendung eines Vibrationshammers teils, wenn auch thematisch anders gelagert, behandelt wurden und gute Ansätze für das weitere Vorgehen innerhalb des vorliegenden Forschungsprojektes lieferten. Primäre Elemente dabei waren die Verdichtung in einem elf inch (279 mm) Probentopf mittels Vibrationshammer nach DRENEVICH, EVANS und PROCHASKA [15] und der Verfeinerungsgrad nach SCHREIBER [25]. Entsprechend wurden diese Ansätze in das Forschungsvorhaben integriert, um die Eignung des Vibrationshammerverfahrens als zukunftsorientiertes Laborverdichtungsverfahren von ungebundenen Gemischen weiter zu belegen. In das Forschungsvorhaben wurden vierzehn ungebundene Baustoffgemische eingebunden, an denen eine Materialcharakterisierung durchgeführt wurde. Aus dieser ging hervor, dass die Baustoffgemische anforderungsgerechte Eigenschaften entsprechend dem nationalen Regelwerk aufwiesen und aufgrund ihrer variablen technischen Bandbreite als charakteristische Stellvertreter handelsüblicher Baustoffgemische eingestuft werden konnten. Erste Laborversuche zur Fragestellung der erzielbaren Trockendichten durch Proctorverdichter und Vibrationshammer und zur Kornzertrümmerung erfolgten an 0/32 mm Korngemischen ohne Überkorn. Über diese Versuche konnte gezeigt werden, dass der Einsatz eines Vibrationshammers mit einer Schlagenergie von 8,3 Joule zu einer leichten Trockendichtezunahme (2 bis 15 %) für rezyklierte und industrielle Baustoffgemische im Vergleich zum Proctorergebnis führte und sich eine Ergebniszunahme unter Verwendung eines Vibrationshammers mit nahezu doppelter Schlagenergie (16,8 Joule) für alle untersuchten Baustoffgemische einstellte (natürliche Baustoffgemische: 2 bis 7 %, rezyklierte und industrielle Baustoffgemische: 16 bis 31 %). Bzgl. der bestimmten optimalen Wassergehalte zeigten rezyklierte und industrielle Baustoffgemische unter Einsatz eines Vibrationshammers tendenziell eine leichte Reduktion und natürliche Gesteinskörnungen einen nahezu gleichen Ergebniswert wie beim Proctorverfahren. Im Folgenden wurde die im FE-Nr.06.0099/2012/EGB [2] aufgestellte These, dass Baustoffgemische mit einem festgelegten Wassergehalt von 3 M.-% bzw. 5 M.-% verdichtet werden können und dennoch gleichwertige Trockendichten, wie bei einer Verdichtung mit einem optimalen Wassergehalt, erzielen, überprüft. Vorteil bei dieser Vorgehensweise wäre für viele Baustoffgemische die Vermeidung einer Wasserdränage während des Verdichtungsversuches und eine Reduktion der Einzelprobenanzahl. Zwischen der Vorgehensweise einer Verdichtung mit optimalen Wassergehalt und eines festgelegten Wassergehaltes konnten sowohl für das Proctorverfahren als auch für das Vibrationshammerverfahren Korrelationskoeffizienten minimal kleiner 1 bestimmt werden. Die Trockendichtekorrelationen zwischen den Vibrationshammerergebnissen (fester Wassergehalt) und den Proctorergebnissen (optimaler Wassergehalt) ergaben Korrelationskoeffizienten oberhalb von 0,8. Bei der Verwendung eines festgelegten Wassergehaltes für das Vibrationshammerverfahren wurde eine Ergebniszunahme bei der Trockendichte von gemittelt ca. 6,5 % (Vibrationshammervariante A mit 8,3 Joule) bzw. ca. 11,5 % (Vibrationshammervariante B mit 16,8 Joule) festgestellt. Anhand von Siebanalysen, die nach der Probenherstellung mittels Vibrationshammervariante A durchgeführt wurden, konnte gezeigt werden, dass ein festgelegter Wassergehalt zu einer vermehrten Kornzertrümmerung für industrielle und RC-Baustoffgemische, im Vergleich zu einer Verdichtung mit einem optimalen Wassergehalt, führt. Für die untersuchten natürlichen Baustoffgemische stellte sich eher ein konstantes bis gegenläufiges Ergebnisbild bzgl. der Kornzertrümmerung ein. Beim Einsatz der Vibrationshammervariante B mit einer Schlagenergie von 16,8 Joule wurde nahezu durchweg eine stärkere Zunahme der Kornzertrümmerung unter Verwendung eines festgelegten Wassergehaltes belegt. Abschließend wurde untersucht, wie eine Baustoffgemischverdichtung mit einem Vibrationshammer in einem 250 mm Verdichtungstopf durchgeführt werden kann, welche Trockendichten erzielt werden, welche Kornzertrümmerung dabei auftritt, welche Infiltrationsbeiwerte ki(10) mit derart hergestellten Probekörpern erzielt werden und ob die potenziell auftretende Kornzertrümmerung evtl. einen Einfluss auf den Infiltrationsbeiwert hat. Die Ergebnisse der dazu durchgeführten Untersuchungen wurden im Vergleich zu Proctorversuchen bewertet. Die Trockendichten der für die Infiltrationsmessungen hergestellten Probekörper zeigten, auf das jeweilige Verdichtungsverfahren und ungebundene Baustoffgemisch bezogen, sehr geringe Standardabweichungen. Entsprechend lieferten die Verdichtungsverfahren reproduzierbare Trockendichten. Für das Vorgehen mittels Proctorverfahren konnte eine Trockendichtezunahme zwischen ca. 4 und 25 % (im Mittel ca. 12 %) beim Wechsel von Verdichtungstopf B (Ø 150 mm) zu C (Ø 250 mm) bestimmt werden, wobei hierbei beachtet werden muss, dass die Probeherstellung im Verdichtungstopf C mit modifizierter Proctorenergie erfolgte. Eine ähnliche Tendenz zeigte sich beim Wechsel von Verdichtungstopf B zu Verdichtungstopf C unter Einsatz des Vibrationshammers A mit 8,3 Joule Schlagenergie. Hier lag die Ergebniszunahme bzgl. der Trockendichte zwischen ca. 2 und 14 % (im Mittel bei ca. 6 %). Konträr dazu zeigte sich das Ergebnisbild durch den Wechsel von Verdichtungstopf B zu Verdichtungstopf C unter Verwendung des Vibrationshammers B mit 16,8 Joule Schlagenergie. Hier kam es zu einer Abnahme der Trockendichteergebnisse zwischen ca. 1 und 7 % (im Mittel bei ca. 4 %). Die mit dem Proctor- bzw. Vibrationshammer hergestellten Probekörper zeigten überwiegend einen Infilrationsbeiwert oberhalb, zum Teil weit oberhalb, von 10-6 m/s. Da die Ergebnisschwankungen der Infiltrationsresultate, die mit Proctor- bzw Vibrationshämmern hergestellt wurden, relativ gering ausfielen, konnte mit Ausnahme weniger Messwerte kein verdichtungsverfahrensabhängiger Einfluss auf das Infiltrationsergebnis aufgezeigt werden. Ergänzend wurden auch Siebanalysen nach der Probenherstellung zur Bestimmung der auftretenden Kornzertrümmerung vorgenommen, die die folgenden Interpretationen zu-ließen. Das modifizierte Proctorverfahren bedingt während der Probekörperherstellung im 250 mm Verdichtungstopf C den größten und der Vibrationshammer A mit einer Schlagenergie von 8,3 Joule den geringsten Einfuss auf die Kornzertrümmerung. Verfahrensunabhängig zeigten industrielle und RC-Baustoffgemische eine größere Tendenz zur Kornzertrümmerung als natürliche Baustoffgemische. Anhand der Nachsiebungen bzw. berechneten Verfeinerungsgrade konnte kein direkter mathematischer Zusammenhang zwischen An- oder Abstieg des Infiltrationsbeiwertes und An- oder Abstieg an Kornzertrümmerung nachgewiesen werden. Das Forschungsvorhaben konnte weiterführend die Eignung des Vibrationshammerverfahrens als Alternative zum Proctorverfahren aufzeigen und ermöglichte die Abfassung eines Entwurfs einer TP Gestein-StB zur Herstellung von Prüfkörpern mit einem Vibrationshammer für Infiltrationsversuche im 250 mm Verdichtungstopf. Auch die These einer Verdichtung mit einem festgelegten Wassergehalt konnte weiter ausgebaut werden. Damit verbunden sind eine leichte Zunahme an Trockendichte und Kornzertrümmerung. Infiltrationsversuche an Proben, die mit ähnlichen Wassergehalten hergestellt wurden und eine ähnliche Kornzertrümmerung aufwiesen, zeigten jedoch, dass die Kornzertrümmerung keinen Einfluss auf den Infiltrationsbeiwert der untersuchten Proben hatte.

Der Einsatz veränderlich fester Gesteine als Erdbaustoff soll zukünftig erhöht werden. Da sich allerdings ihre bodenmechanischen Eigenschaften nach dem Lösen aus dem Gebirgsverband unter Witterungseinflüssen bereits während der Bauzeit unterschiedlich stark verändern können, ist ihr Einsatz bisweilen noch zögerlich. Systematische Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten zeigten bereits auf, dass die bodenmechanischen Eigenschaften nicht nur von ihrer Zusammensetzung und den inneren Bindungskräften, sondern auch vom Einbauzustand und dem Verwitterungszustand abhängen. Zum anderen wurde festgestellt, dass bei veränderlich festen Gesteinen das Quellvermögen sogar erst durch eine Lösung der diagenetischen Verbindungen aktiviert werden kann. Um den Einsatz veränderlich fester Gesteine oberflächennah zu ermöglichen, und das Quellpotential abschätzen zu können, wurden Quellversuche an sechs unterschiedlich stark quellfähigen Böden und Gesteinen abhängig vom Einbau- und Verwitterungszustand durchgeführt. Da ein linearer Zusammenhang zwischen Quelldruck und Quelldehnungen besteht, kann zunächst mit Hilfe des Quelldruckversuches beurteilt werden, ob überhaupt Quelldehnungsversuche erforderlich sind. Bei Bodengruppen mit einem höheren Feinkornanteil (d < 0,06 mm) > 15 M.-% sowie bei Böden, die schnell zu einem feinkörnigen Boden zerfallen können (Id2 < 60%) sollte ein Quelldruckversuch durchgeführt werden. Liegen zu diesen Grenzen der Klassifikationsparameter die maximalen Quelldrücke σ > 100 kPa, sind zusätzlich Quellhebungsversuche und eine Tonmineralanalyse zur Erfassung quellfähiger Tonminerale zu ergänzen. Zusammenfassend können veränderlich feste Gesteine grundsätzlich als Erdbaustoff eingesetzt werden. Aufgrund ihrer Verwitterungsempfindlichkeit ergeben sich höhere Anforderungen an die Erdbauprozesse. Nach dem Lösen aus dem Gebirgsverband können diese Gesteine bis zum Einbauen und Verdichten schnell zu einem gemischt- bis feinkörnigen Boden zerfallen. Dieser verwitterungsbedingte Zerfall kann zu einer Verschlechterung der bodenmechanischen Eigenschaften führen. Daher sollte eine Zwischenlagerung ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen wegen der Erhöhung des Feinkornanteils vermieden werden. Denn je höher der Feinkornanteil eines Bodens und damit seine spezifische Oberfläche ist, desto mehr Wasser kann an die Oberfläche der zugänglichen Tonminerale angelagert werden. Um das Sackungs- und Quellpotential weiter zu reduzieren, sind beim Einbau Luftporenanteile na ≤ 6 Vol.-% anzustreben. Der Einbau veränderlich fester Gesteine sollte wegen ihrer Witterungsanfälligkeit mindestens 1 m unterhalb der Böschungsoberfläche bzw. dem Planum erfolgen. Aufgrund ihrer Heterogenität sind außerdem Probefelder zur Überprüfung der Einbau- und Verdichtungsvorgaben zwingend erforderlich.

Schwerpunkt des Vorhabens waren Untersuchungen an bisher ungeschädigten Betonfahrbahndecken im Bundesfernstraßennetz, in denen vor rund 30 Jahren Gesteinskörnungen zur Anwendung kamen, die nach Auskunft der BASt gemäß den heutigen Bestimmungen nach dem ARS Nr. 04/2013 teilweise als alkaliempfindlich einzustufen sind. In Abstimmung mit der BASt wurden insgesamt fünf Streckenabschnitte auf den Bundesautobahnen A7, A92 und A93 in Bayern für die Untersuchungen ausgewählt. Im ersten Bearbeitungsschritt erfolgte eine visuelle Begutachtung der Betondecken und eine Zuordnung zu AKR-Schadenskategorien. Des Weiteren wurden AKR-relevante Kennwerte der verwendeten Betonzusammensetzungen anhand der verfügbaren Bestandsunterlagen zusammengestellt. Im Anschluss erfolgte die Entnahme von Bohrkernen aus den Betondecken und die Präparation von Probekörpern für weitere Untersuchungen. Untersucht wurden die mechanischen Eigenschaften (Druck- und Spaltzugfestigkeit), der vorhandene Schädigungsgrad infolge AKR (Dünnschliffmikroskopie) sowie das Restdehnungspotential infolge AKR (Dehnung im 60 °C Betonversuch mit Alkalizufuhr und anschließende Dünnschliffmikroskopie). Mittels Röntgenbeugungsanalyse und Dünnschliffmikroskopie erfolgten Vergleiche zwischen den im Beton vorhandenen und den aktuell in den Abbaustätten produzierten Gesteinskörnungen, soweit aktuelle Proben der Gesteinskörnungen beschafft werden konnten. Die aktuellen Gesteinskörnungsproben wurden mit dem Schnellprüfverfahren nach Alkali-Richtlinie charakterisiert. Bei der visuellen Begutachtung der Fahrbahndecken wurden an keinem der fünf Streckenabschnitte AKR-typische Schäden festgestellt. Die Laboruntersuchungen zum Schädigungsgrad und zum Restdehnungspotential infolge AKR bestätigten im Wesentlichen den aufgrund der Begutachtung angenommenen hohen AKR-Widerstand der Betone.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Ermittlung der Ursachen von Schadensfällen durch Treiberscheinungen in Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) aus RC-Baustoffen mit Betonabbruch. Diese können in Kontakt mit sulfathaltigen Wässern, Böden oder sulfathaltigen Bestandteilen im RC-Baustoff (z. B. Gips) unerwünschte Reaktionen eingehen. Dabei kann es zur Bildung von Ettringit oder Thaumasit kommen, die zu einer Volumenvergrößerung bzw. einer Entfestigung des Zementsteins führen und Straßenschäden verursachen können. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wurde eine ausführliche Literaturrecherche zu den Ursachen der Schäden und zu Schadensfällen von ToB unter Verwendung von RC-Baustoffen aus Betonabbruch durchgeführt. Die bekannten Schäden durch Treiberscheinungen in ToB traten in den meisten Fällen auf Geh- und Radwegen auf. Die Besonderheit dort ist, dass die überdeckende Asphaltschicht eine wesentlich geringere Schichtdicke aufweist als im Straßenbau. Somit kann die Asphaltschicht durch die bei den Treiberscheinungen entstehenden Expansionsdrucke leichter angehoben werden. Die Analyse der vorhandenen Untersuchungsberichte der Schäden ergab, dass nur in wenigen Fällen zweifelsfrei Treib-erscheinungen durch Ettringitbildung nachgewiesen wurden. In allen anderen Fällen ist mit den dort angewendeten Untersuchungsmethoden der Nachweis von Ettringit oder Thaumasit nicht möglich, da sich die Fragestellung nicht auf die Ursache der Treiberscheinungen durch Ettringit-/Thaumasitbildung, sondern auf die Konformität der eingesetzten Materialien zu den entsprechenden Normen und technischen Regelwerken (z.B. Frostbeständigkeit, Sulfatgehalt) bezog. Somit könnten wesentlich mehr Schäden durch Ettringit- oder Thaumasitbildung verursacht worden sein. Im Rahmen des Forschungsprojektes wurden mehrere Verfahren für die schnelle und quantitative Analyse von Sulfat und Gesamtschwefel in RC-Baustoffen aus Betonabbruch getestet. Mittels IR-Spektroskopie (ATR-Methode) lässt sich der Sulfatgehalt nur unzureichend quantifizieren. Die Nachweisgrenze liegt bei etwa 1,5 M.-%. Unerwünschte Bestandteile (z.B. Kunststoffe, Gips) können jedoch sehr schnell qualitativ nachgewiesen werden. Die Analyse mit einem Röntgenfluoreszenz-Handgerät und die Analyse mittels Verbrennung (Schwefelanalysator) eignen sich für die quantitative Analyse des Gesamtschwefelgehaltes an fein aufgemahlenen Materialien. Die Nachweisgrenze liegt bei < 0,5 M.-% Sulfat. Beide Verfahren können in Baustellencontainern bzw. die Röntgenfluoreszenz auch im Laborwagen eingesetzt werden. Weiterhin wurde ein Prüfverfahren in Anlehnung an DIN EN 1744-1 entwickelt, um die Volumenzunahme von RC-Baustoffen mit Betonabbruch in Kontakt mit extern zugeführten Sulfationen in Form von Gips zu messen. Bei RC-Betonen, die mit Normalzementen hergestellt wurden, wurde eine deutliche Volumenzunahme ab einem externen Gipsgehalt zwischen 0,9 M.-% - 1,8 M.-% (entspricht zwischen 0,5 M.-% und 1 M.-% externem Sulfat) nachgewiesen. Es muss darauf hingewiesen werden, dass für dieses Verfahren kein Bewertungsmaßstab vorliegt, mit dem auf Treiberscheinungen in Tragschichten geschlossen werden kann. Mit Hilfe des Simulationsverfahrens Transreac, welches chemische Reaktionen und Transportprozesse in mineralisch gebundenen Materialien berechnet, wurden Worst-Case-Szenarien zur Abschätzung des Grenzwertes für Sulfat in RC-Baustoffen aus Betonabbruch berechnet. Die rechnerische Simulation ergab einen Grenzwert für den externen Gipsgehalt im RC-Beton von < 1 M.-% (entspricht < 0,55 M.-% Sulfat). Experiment und Simulation weisen darauf hin, dass es oberhalb eines externen Sulfatgehaltes von 0,5 M.-% zu Volumenvergrößerungen bzw. Schäden durch Ettringit-/Thaumasitbildung kommen kann. Dieses Ergebnis bestätigt den Grenzwert für säurelösliches Sulfat von RC-Baustoffen, der in den derzeit gültigen Regelwerken enthalten ist.

Als Bankett wird jener Bereich des Straßenquerschnittes bezeichnet, der an der Außenseite des befestigten Fahrbahnbereiches oder des Standstreifens anschließt. Die Vorgaben der ZTV E-StB 17 in Bezug auf Bankette beziehen sich auf den Zeitpunkt direkt nach Verdichtung. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden Laborversuche an sandreichen GU- und GT-Bankettbaustoffen zur Untersuchung der Durchlässigkeit und potentieller Tragfähigkeitsänderungen durch Bewetterung durchgeführt. Die durch Bewitterung bedingte Änderung der Tragfähigkeit von 4 Bankettmaterialien wurde im Rahmen von Feldversuchen über den Jahreswechsel 2017/2018 untersucht. Da Bankette nach ZTV E-StB 17 eine planmäßige Querneigung zwischen 6 und 12 % aufweisen, wurden außerdem Feldversuche zum Einfluss der Bankettneigung auf die Untersuchungsergebnisse von Plattendruckversuchen durchgeführt. Zusammenfassend bestätigen die Untersuchungen großteils die Vorgaben des straßenbautechnischen Regelwerks. Sie weisen darauf hin, dass unter üblichen Bedingungen der Anforderungswert EV2 ≥ 80 MPa bei den Bankettmaterialien eingehalten werden kann, der Anforderungswert EVd ≥ 40 MPa aber überprüft werden sollte. Die direkt nach Verdichtung dokumentierten Tragfähigkeitswerte EV2 und EVd blieben bei den verwendeten Bankettmaterialien über den Winter 2017/2018 erhalten oder stiegen an, allerdings traten oberflächlich witterungsbedingte Auflockerungen auf. Bezüglich des Nachweises des geforderten Plattendruckmoduls auf den geneigten Bankettoberflächen ist grundsätzlich die Prüfung der geneigten Oberfläche vorzuziehen. Dies ist beim dynamischen Plattendruckversuch nur bis zu einer Neigung von 6 % und beim statischen Plattendruckversuch nur bei Anpassung des Lastwiderlagers an die Bankettneigung möglich. Die beiden Ersatzverfahren (Sandkeil oder Abgrabung und Aufbringung einer Sandausgleichsschicht) sind nur unter bestimmten Bedingungen sinnvoll, die erreichbaren Werte liegen im Allgemeinen unter den Tatsächlichen

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer Methodik zur Identifizierung und Parametrisierung von Einzelbäumen entlang des Bundesfernstraßennetzes auf Basis frei verfügbarer Datengrundlagen sowie die Bereitstellung und technische Umsetzung der Prozesse in Form geeigneter Werkzeuge für das Geoinformationssystem Esri ArcGIS. Zur Erfüllung dieses Ziels wurde zunächst eine Literaturanalyse durchgeführt und darauf aufbauend die grundlegende Herangehensweise abgeleitet. Auf Basis der vom Land Nordrhein-Westfalen bereitgestellten hochauflösenden LiDAR-Daten wurde anschließend ein Kronenhöhenmodell abgeleitet und dieses zur Ermittlung der potenziellen Baum-kandidaten genutzt. Weiterhin konnte auf Grundlage der digitalen 4-Kanal-Orthofotos der Normalized Difference Vegetation Index berechnet und eine Unterscheidung vegetationsloser sowie -bedeckter Flächen durchgeführt werden, um so die Anzahl von Fehlklassifikationen zu reduzieren. Zur Ermittlung einer geeigneten Methodik wurden verschiedene Modelle mit unterschiedlich aufbereiteten Ausgangsdaten berechnet, validiert und anschließend iterativ angepasst. Dabei konnte festgestellt werden, dass unter den vorherrschenden heterogenen Vegetationsbedingungen mit dem gewählten Ansatz kein allgemein gültiges Verfahren existiert, welches alle Rahmenbedingungen gleichermaßen abdeckt. Insgesamt besitzt die entwickelte Methodik bezüglich der Einzelbaumerkennung eine Wiedererkennungsrate von ca. 65 – 75 % bei Laub- und ca. 60 – 65 % bei Nadelhölzern. Da Strukturen, wie z. B. dichte Nadelwälder, jedoch erheblich unterschätzt werden, wurde ein weiterer, für diesen Typ besser angepasster Ansatz ausgewählt und die Ergebnisse kombiniert. Nach Durchführung der Berechnungen erfolgte die Attributierung der Punkte hinsichtlich Lage, Höhe und Entfernung zum Straßenrand, die Ausweisung der für das Bundesfernstraßennetz relevanten Baumkandidaten sowie daran anknüpfend die Zuweisung der Summe aller potentiell gefährlichen Bäume an den jeweiligen Straßenabschnitt.

KiST-Zonen sind klimainduzierte Straßentemperaturzonen, die Deutschland in Zonen einteilen, in denen die dargestellte Größe ähnliche Werte annimmt. Bei den Größen, für die KiST-Zonen bestimmt werden, handelt es sich um Größen, die für die Dimensionierung und die Substanzbewertung des Oberbaus benötigt werden und deren räumliche Verteilung von Klimafaktoren dominiert wird. Auf der Basis stündlicher meteorologischer Daten von 328 Messstationen des Deutschen Wetterdienstes der letzten 15 Jahre wurden Temperatursimulationen für typische Straßenbefestigungen mit Betondecke gerechnet. An 50 dieser Stationen sind die Temperaturverläufe in den Betondecken für unterschiedliche Deckendicken ermittelt worden. Für alle berechneten Temperaturverläufe wurden die Temperaturanteile berechnet, welche eine Plattenbiegung (mechanisch äquivalenter Temperaturgradient) bzw. Plattendehnung (mittlere Plattentemperatur) bewirken. Auf der Grundlage statistischer Auswertungen wurden die maßgebenden Temperaturgradienten für die Dimensionierung und Substanzbewertung mit ihren Häufigkeitsverteilungen für unterschiedliche Deckendicken ermittelt. Jeweils ein maßgebender Gradient und ein Verteilungsparameter ist dann für Deutschland auf ein 1 x 1 km – Raster umgerechnet worden. Im Ergebnis entstanden eine KiST-Zonen-Karte für die semiprobabilistische und die probabilistische Verfahrensweise, die als Entscheidungsgrundlage für die RDO Beton und RSO Beton vorliegen. Darüber hinaus wurde ein Vorschlag für die Änderung und Ergänzung der derzeit gültigen RDO Beton 09 mit ihrer semiprobabilistischen Verfahrensweise aufgestellt.

Im Bereich des deutschen BAB-Netzes stellt sich derzeit das Problem dar, dass in den Jahren vor 2005/2006 zum Teil Gesteinskörnungen für den Bau von Betonfahrbahndecken verwendet wurden, die eine Alkaliempfindlichkeit aufweisen und dadurch heute mehr oder weniger ausgeprägte AKR-Schäden hervorrufen. Es ist abzusehen, dass in auch den kommenden Jahren mit größeren Erneuerungsmaßnahmen AKR-geschädigter Streckenabschnitte zu rechnen ist. Beim Ausbau dieser Strecken wirkt sich nachteilig aus, dass das anfallende Recyclingmaterial (RC-AKR-Material) zur Herstellung neuer Fahrbahndecken ungeeignet ist. Es sollte daher die Frage geklärt werden, ob und unter welchen Voraussetzungen das beim Ausbau gewonnene Aufbruchmaterial nach Aufbereitung als Sekundärrohstoff in Tragschichten ohne Bindemittel (ToB) bzw. in hydraulisch gebundenen Tragschichten (HGT) in den Stoffkreislauf zurückgeführt werden kann. Untersuchungen direkt nach der Aufbereitung lassen eine Verwertung von RC-AKR-Material in ToB (Frostschutzschicht, Schottertragschicht) und HGT zunächst interessant erscheinen. Die aus Laborversuchen, im Bestand und an wissenschaftlich begleiteten Neubaumaßnahmen gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass eine Verwertung in einer ToB keinen negativen Einfluss hat, wenn schädigende Auswirkungen einer sich möglicherweise im RC-Material fortsetzenden AKR ausgeschlossen werden können. Allgemein ist bei der Verwendung von Betonrecycling (RC-Material) in ToB eine mögliche Verminderung der Wasserdurchlässigkeit sowie der kapillarbrechenden Wirkung zu berücksichtigen. Im Gegensatz dazu wird eine Verwertung von Recyclingmaterial aus AKR-geschädigten Betonfahrbahndecken in HGT nicht empfohlen. Grund ist die Haftung von RC-AKR-Material zum Zementsteingerüst, welche durch eine nachträglich einsetzende AKR gestört wird und örtlich Spannungskonzentrationen ermöglicht, die ein Versagen des Gesamtquerschnitts bei Biegebeanspruchung bewirken. Der vorliegende Beitrag zeigt daher Möglichkeiten und Grenzen auf, welche sich bereits bei der Diagnose, dem Aufbruch und der Aufbereitung sowie bei der Verwertung von AKR-geschädigten Fahrbahndeckenbetonen ergeben.

Aktuell dient bei der rechnergestützten Erneuerungs- und Instandsetzungsplanung von Bundesfernstraßen das Arbeitspapier 9, Reihe S (AP 9/S) als Hilfsmittel für die flächendeckende bzw. netzweite Substanzbewertung der gebundenen Straßenbefestigungsschichten. Das Ziel des Forschungsprojektes war es, durch die Anwendung der Entwurfsfassung der RSO Asphalt (Richtlinie für die Bewertung der strukturellen Substanz des Oberbaus von Verkehrsflächen in Asphaltbauweise) eine realitätsnähere Ermittlung des strukturellen Substanzwertes zu erreichen und dadurch die Ergebnisqualität der rechnergestützten Erhaltungsplanung netzweit und objektscharf zu erhöhen. Um auf Grundlage des AP 9/S und der RSO Asphalt Vergleichsrechnungen für ein synthetisches Analysenetz durchführen zu können, wurden, neben einigen objektspezifischen Beprobungen, auf Grundlage aller den Autoren zugänglichen Materialuntersuchungen allgemeingültige Materialeigenschaften für Asphaltdeck-, -binder- und -tragschichten ermittelt. Die allgemeingültigen Materialeigenschaften beschreiben für jede Asphaltmaterialart ein oberes, mittleres und unteres Steifigkeitsmodul sowie für Asphalttragschichtmaterialien zusätzlich eine obere, mittlere und untere Ermüdungsfunktion. Auf Grundlage der allgemeingültigen Materialeigenschaften wurde erstmals auf Netzebene eine auf den RSO Asphalt basierende Nutzungs­ bzw. Restnutzungsdauerberechnung durchgeführt. Auf Basis der systematischen Erhaltungsplanung wurde ein Grundmodell zur Berücksichtigung des Verfahrens der RSO Asphalt in einem Pavement Management System (PMS) entwickelt und implementiert. Die modifizierte Konfiguration des PMS wurde für das Analysenetz angewendet und die Ergebnisse jenen der Standardkonfiguration gegenübergestellt. Mit dem Vergleich der verschiedenen Berechnungsverfahren wurde nachgewiesen, dass die Berücksichtigung der nach den RSO Asphalt berechneten Restnutzungsdauern im PMS möglich ist.

Mithilfe von Simulationsberechnungen wurde der Wasserhaushalt von Straßendämmen, die mit technischen Sicherungsmaßnahmen gemäß der Bauweise E nach MTSE (2009) und ohne technische Sicherungsmaßnahmen errichtet werden, untersucht. Bei den zu sichernden Baustoffen wurden dabei sowohl Böden als auch Ersatzbaustoffe (RC-Materialien und industrielle Nebenprodukte) betrachtet. Außerdem wurde im Rahmen der Simulationsberechnungen durch gezielte Parametervariationen herausgearbeitet, wie unterschiedliche Materialien für das Bankett den Wasserhaushalt von Straßendämmen beeinflussen. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die Verwendung einer Dränschicht oberhalb des Kernmaterials auch bei durchlässigen Kernmaterialien zu einer signifikanten Reduktion des Sickerwassers aus dem Kern führt. So beträgt der Kernabfluss bei den Materialien mit einem gesättigten Durchlässigkeitsbeiwert k ≥ 1 • 10-8 m/s abgesehen von einer Berechnung mit einer Stahlwerksschlacke zwischen 3,6 % und 10,8 % des Niederschlags. Bei den Modellen ohne Dränschicht dagegen wurden rechnerisch Sickerwassermengen zwischen 29 % und 39 % ermittelt, solange der Durchlässigkeitsbeiwert des Kernmaterials k ≥ 1 • 10-8 m/s ist. Erst bei einem Durchlässigkeitsbeiwert k ≤ 1 • 10-8 m/s nimmt die Sickerwassermenge aus dem Kern deutlich ab. Die Berechnung mit dem organischen Ton als Kernmaterial (OT) ergab aufgrund des sehr geringen gesättigten Durchlässigkeitsbeiwertes (ksat = 1 • 10-8 m/s) des Tones erwartungsgemäß eine sehr geringe Durchsickerung des Kerns und bestätigt damit die Eignung der Bauweise E nach MTSE zur Minimierung der Durchsickerung von Böden bzw. Baustoffen mit umweltrelevanten Inhaltsstoffen. Mit zunehmendem gesättigten Durchlässigkeitsbeiwert des Kernmaterials nimmt die Durchsickerung des Kerns aber nicht in gleicher Weise zu. Die Wirksamkeit der Dränschicht und der sich ergebende Kernabfluss werden dagegen maßgeblich von der hydraulischen Leitfähigkeit des Kernmaterials im ungesättigten Zustand beeinflusst.

Das Ziel dieser Arbeit war es, eine Prüfmethode zu entwickeln, die eine Charakterisierung der Bindemitteleigenschaften im Tieftemperaturbereich prozesssicher und mit moderatem Prüfaufwand ermöglicht. Die verwendeten Prüfgeräte sollten hierbei modern, aber an hinreichend vielen Prüfstellen vorhandenen sein. Aufbauend auf einer internationale Literarturrecherche wurden folgende vier DSR-Prüfverfahren ausgewählt, die diesen Rahmenbedingungen entsprachen: • Scher-Relaxationsversuch (SRV) • Kälteprüfung mit der 4 mm Platte-Platte-Geometrie (PP04) • Zug-Relaxationsversuch (ZRV) • Kälteprüfung an schlanken, zylindrischen Proben – dynamisch-mechanische Thermoanalyse (DMTA) Zur Auswahl des Prüfverfahrens, wurde ein dreistufiges Untersuchungsprogramm entworfen. Im ersten Schritt wurden zehn Bindemittel, mit allen vier Verfahren untersucht. Auf Grundlage der Ergebnisse dieses Untersuchungspaketes, wurden der SRV und die Untersuchung mittels PP04 für die Hauptuntersuchungen ausgewählt. In diesem Schritt wurden 40 weitere Bindemittel mit den beiden Prüfverfahren untersucht. Mit diesen Daten konnten erste Auswertungsmethoden entwickelt und überprüft werden. Abschließend wurden die Ergebnisse der beiden Methoden in der Validierung unter Verwendung des BBR und des Zug-Retardationsversuches überprüft. Im Laufe dieses Projektes wurden insgesamt 72 Bindemittel mit dem SRV und der PP04 untersucht. Die Auswertung des SRVs erfolgte mit der Relaxationsviskosität λRel. Zur Bewertung des Kälteverhaltens der Bindemittel mit der PP04, wurde die Summe der Phasenwinkel von -20, -10 und 0 °C verwendet. Die Korrelationen zu den anerkannten Verfahren lagen auf sehr hohem Niveau. Neben der Vergleichbarkeit mit bekannten Prüfmethoden, wurde im Zuge der Validierung auch der Einfluss des Prüfenden analysiert. Weiterhin wurden kritische Werte der beiden Verfahren, zur Beurteilung des Kälteverhaltens von Bitumen bestimmt und der SRV als Prüfmethode zur Beurteilung des Kälteverhaltens von Bitumen vorgeschlagen.

Ausgehend von den verstärkt auftretenden AKR-Schäden an den vor 2005 hergestellten BAB-Abschnitten verfolgte das Forschungsvorhaben zwei Ziele. So sollte einerseits die Ursache für die mit der AKR-Schadensentwicklung einhergehende Dunkelfärbung der Oberfläche der Betonfahrbahndecke im Fugenbereich ermittelt werden. Andererseits galt es, ausgehend von der Zustands- und Schadenserfassung das AKR-Restschädigungspotenzial der Prüfkörper aus je drei ein- und zweischichtig ausgeführten, unterschiedlich stark AKR-geschädigten BAB-Abschnitten vergleichend zu bewerten. Folgende Ergebnisse wurden u. a. erzielt: 1. Dunkelfärbung Experimenteller Nachweis mit kombinierter insitu- Feuchtemessung mit Radar (integral) und NMR (tiefenaufgelöst), dass Dunkelfärbung der Oberfläche der Betonfahrbahndecke im Fugenbereich auf eine erhöhte Durchfeuchtung der Betonrandzone zurückzuführen ist; erfolgreiche Validierung der ZfP-Ergebnisse mit Darr-Wäge- Versuch. 2. Zustand beprobter BAB-Abschnitte und schadenskategoriespezifische Bewertung der AKR-Prüfverfahren: • Auffinden von Horizontalrissen im Bereich der Querscheinfuge bei allen AKR-geschädigten BAB-Abschnitten, • Ermittlung mittlerer Eindringtiefen bei Natrium von maximal 20 bis 45 mm und bei Chlorid von maximal 15 bis 60 mm im Entnahmezustand; keine Korrelation mit der AKR-Schadenskategorie des jeweiligen BAB-Abschnitts, • Nachweis gleichzeitig auftretender SEB bei allen AKR-geschädigten BAB-Abschnitten im Entnahmezustand, • keine signifikante Verminderung der Spaltzugfestigkeit durch die verstärkte AKR am Plattenrand, • Ermittlung eines erhöhten AKR-Restschädigungspotenzials bei vier der sechs beprobten BAB-Abschnitte primär mittels AKR-Performanceprüfungen, • Ermittlung höherer Dehnungen bei Performanceprüfungen aus Ober- und Unterbeton bestehenden Halbschalen, als an separat aus Ober- und Unterbeton gewonnenen Prismen, • Unauffälliges Verhalten nahezu aller bei der Performanceprüfung auffälligen Bestandsbetone im 40°C- und 60°C-Betonversuch; vermutete Ursache: mit LIBS nachgewiesene hohe und tiefreichende Auslaugung der Alkalien.

Zur Prüfung fertiger Straßenbauleistungen werden Bohrkerne/Ausbauproben entnommen, die prinzipiell eine Schwächung der Straßenkonstruktion verursachen. Qualitativ minderwertige Verschlüsse von Bohrkernentnahmestellen führen häufig zu offenen Löchern in der Straßenbefestigung bzw. zu Schäden an der umgebenden Originalkonstruktion. Um eine fachgerechte und qualitativ hochwertige Ausführung des Verschlusses zu erzielen, wurden Recherchen zu unterschiedlichen Verfahren und Materialien durchgeführt und eine Auswahl von 14 Verschlussvarianten evaluiert. Die Varianten bestehen aus einem Deckschicht-/Deckenersatz und einer Unterkonstruktion. Sie wurden mit zweckmäßig modifizierten und angepassten Prüfverfahren hinsichtlich Dichtigkeit und Dauerhaftigkeit unter zyklischer Last untersucht. Im Labor hergestellte Heißmischgutverschlüsse (HMG) sind dicht und ermöglichen einen guten Verbund zur Originalkonstruktion wohingegen im Labor hergestellte Kaltmischgutverschlüsse (KMG) undicht waren. Trotz gleichartiger Verdichtung sind die Oberflächenbilder zwischen den im Labor und den in situ hergestellten Verschlüssen unterschiedlich. Die Dauerhaftigkeitsprüfungen (zyklische Belastung) verformen die Bohrkernverfüllungen im Verlauf der Konsolidierungsphase unterschiedlich und korrelieren mit der Steifigkeit der Unterkonstruktion bzw. der Verdichtungswilligkeit der eingesetzten Materialien. Zwei Verschlussvarianten (HMG, KMG) wurden auf dem duraBASt in ein Versuchsfeld eingebaut und mit dem MLS30 belastet. Es wurden kontinuierlich Querebenheits- und FWD-Messungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem fachgerechten Verschluss der Bohrkernentnahmestelle keine Beeinträchtigung der Tragfähigkeit zu erwarten ist. Des Weiteren wurde ein Dokumentationskonzept entwickelt, das eine Georeferenzierung von Bohrkernentnahmestellen per GPS ermöglicht. In die Entnahmestelle werden RFID-Transponder eingesetzt, auf denen vor Ort Daten gespeichert und abgerufen werden können. Durch eine vorgesehene Verknüpfung der Entnahmestelle mit einer Datenbank kann auf weitere Daten des Asphaltaufbaus zugegriffen werden. Abschließend sind die Erkenntnisse in einem Entwurf für eine Verfahrensanweisung zusammenfassend dargestellt worden.

Für die erweiterte grafische Darstellung der KiST-Zonen ist ein einfaches Verfahren zur Berechnung stündlicher Werte der Fahrbahnoberflächentemperatur entwickelt worden, das mit meteorologischen Beobachtungen der Lufttemperatur, der Globalstrahlung und der Luftfeuchte arbeitet. Die Berechnungsgleichungen wurden anhand der Messwerte von Glättemeldeanlagen ermittelt. Aus den Fahrbahnoberflächentemperaturen lassen sich sog. KiST-Raten, die äquivalent zu den Schadenssummen sind, ableiten. Diese KiST-Raten, berechnet für 380 Standorte und den Zeitraum 2001 bis 2015, sind auf Gitterpunkte im Abstand von 1 km in W-O und in N-S-Richtung unter Berücksichtigung der Höhenabhängigkeit interpoliert worden. Sie bilden die Grundlage für die flächendeckende Ausweisung von KiST-Zonen in der Bundesrepublik. KiST-Zonen sind Zonen mit ähnlichen KiST-Raten, die sich untereinander durch die Dicke der Asphaltschicht unterscheiden, die nötig ist, um dieselbe KiST-Rate (bzw. Schadenssumme) zu erreichen. Daher ist die Einteilung der Bundesrepublik in KiST-Zonen so vorgenommen worden, dass zwischen den Zonen bei Anwendung der Kalibrierasphalte jeweils eine Schichtdickendifferenz von mindestens ± 1 cm auftritt. Das Ergebnis unterscheidet sich deutlich von der bestehenden Zonen-Karte. Das liegt im Wesentlichen daran, dass die Schadenssummen für die bestehende Karte mit Fahrbahnoberflächentemperaturen aus einem Modell berechnet wurden, das den Austausch der Luft über der Fahrbahn mit der Umgebungsluft in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit bestimmt. Das hier benutzte Verfahren geht hingegen von einem konstanten Austausch durch den fließenden Verkehr aus. Daher ergeben sich vor allem für Süddeutschland, wo es warm und windstill ist, höhere Schadenssummen als KiSTRaten. Aus diesem Grunde sind die Häufigkeitsverteilungen der Temperaturzustände für die KiSTZonen neu berechnet worden. Auch die Anpassungsfaktoren (Harmonisierung mit den Erfahrungen der RStO) sind neu zu bestimmen.

Mit der Umsetzung des Allgemeinen Rundschrei­bens Straßenbau ARS Nr. 11/12 und den ergänzenden Ausgaben der TL Asphalt-StB 07/13 und der ZTV Asphalt-SB 07/13 wurden erweiterte Prüfvorgaben an Bindemittelproduzenten und Asphaltmischguthersteller bezüglich der Produktüberwachung sowie an Straßenbaubehörden bezüglich der Kontrollprüfungen festgelegt. Diese umfassen die Prüfung des Erweichungspunktes Ring und Kugel und der Nadelpenetration sowie Prüfungen mit dem Dynamischen Scherrheometer (inkl. MSCR-Prüfung) und mit dem Biegebalkenrheometer (BBR) an vier verschiedenen Straßenbaubitumen und drei polymermodifizierten Bitumen. Teilweise werden diese Prüfungen zusätzlich an den kurzzeit- und langzeitgealterten Bindemitteln durchgeführt. Die Prüfdaten wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes über die Jahre 2013 bis 2015 gesammelt. Dazu wurde eine Datenbank mit einem entsprechenden Webserver eingerichtet. Neben den Bindemitteldaten wurden von den Mischgutherstellern die gemäß den TL Asphalt-StB 07/13 als „ist anzugeben“ gekennzeichneten Asphaltkennwerte proportionale Spurrinnentiefe, Hohlraumausfüllungsgrad und dynamische Stempeleindringtiefe beschafft. Anschließend wurden die Daten einer statistischen Analyse unterzogen, mit der eine hohe Übereinstimmung der Ergebnisse der Untersuchungsjahre 2014 und 2015 belegt werden konnte. Für die verschiedenen Prüfergebnisse wurden unterschiedliche Bewertungsansätze verfolgt. Es wurden systematische Änderungen der Bindemitteleigenschaften durch die Kurzzeit- und die Langzeitalterung anhand der Änderung des Erweichungspunktes Ring und Kugel und der Nadelpenetration festgehalten. Die BBR-Prüfdaten wurden anhand der Temperaturen TS300 und Tm0,3 bewertet. Die DSR-Ergebnisse zeigen ein hohes Potenzial zur Differenzierung der Straßenbaubitumen auf. Hier konnten mithilfe der Äquisteifigkeitstemperatur und des entsprechenden Phasenwinkels Erfahrungswerte in Abhängigkeit von der Bitumensorte formuliert werden. Für die Asphaltkennwerte proportionale Spurrinnentiefe, Hohlraumausfüllungsgrad und dynamische Stempeleindringtiefe wurden ebenfalls Erfahrungswerte formuliert.

S. KREUTER diskutiert in seinem Beitrag, unter welchen Voraussetzungen Maßnahmen zur Erneuerung von Straßen genehmigungspflichtig sind und wann im Gegensatz dazu noch von einer verfahrensfreien Erneuerung bzw. Unterhaltung gesprochen werden kann. Er behandelt die Abgrenzung der Unterhaltung und der Änderung von Straßen und verdeutlicht, dass auch die verfahrensfreie Unterhaltung einer Straße rechtlichen Bindungen unterliegt. Die Frage, ob eine noch verfahrensfreie Unterhaltung vorliegt, spielt auch eine Rolle dafür, ob eine Umweltverträglichkeitsprüfung durchgeführt werden muss. Bauunterhaltungsmaßnahmen können grundsätzlich Genehmigungsvorbehalten unterliegen, dienen jedoch vielfach auch der Bewältigung von Gefahrensituationen. In Gefahrenlagen wiederum trifft die Ordnungsbehörde die erforderlichen Maßnahmen zur Gefahrenabwehr und handelt damit meist genehmigungsfrei. D. HÖNIG untersucht dementsprechend, welche Handlungsoptionen für den Straßenbaulastträger aufgrund der derzeitigen Rechtslage bestehen und zeigt zusätzlichen Regelungsbedarf auf. Dabei wird vor allem auf die Rechtslage im Bundesfernstraßengesetz Bezug genommen, aber auch Regelungsbedarf bei Landesstraßengesetzen belegt. A. VON WESCHPFENNIG verweist auf den vielfach prekären Zustand der Straßen in Deutschland und stellt vor diesem Hintergrund dar, dass bereits das geltende Straßenrecht Möglichkeiten eröffnet, für die Benutzung von Straßen Kostenersatz zu verlangen oder Abgaben zu erheben. Fraglich ist bei alledem jedoch, ob und unter welchen Voraussetzungen Kosten privatisiert werden dürfen und inwieweit verallgemeinerungsfähige Maßstäbe für eine Nutzerfinanzierung entwickelt werden können. Insgesamt gelangt er zu dem Befund, dass eine Straßensanierung unter finanzieller Beteiligung des Schwerlastverkehrs zwar rechtlich zulässig, praktisch jedoch nur schwer umsetzbar ist. Der abschließende Beitrag von K. FASSBENDER behandelt die Verfassungsänderung im Jahr 2017, die zu einer grundlegenden Neuordnung der deutschen Straßenverwaltung führen wird. Er kommt zu dem Ergebnis, dass die teilweise harsche Kritik, die im Schrifttum vereinzelt gegen die zentralen Neuregelungen des Art. 90 GG ins Feld geführt wird, so nicht gerechtfertigt ist. Unter diesen Einwänden verbleiben lediglich die Zweifel an der Sinnhaftigkeit der Doppelstruktur, die aus dem Nebeneinander von Bundesverwaltung bei den Bundesautobahnen und Bundesauftragsverwaltung bei den sonstigen Bundesfernstraßen resultiert. Ob es am Ende gelingt, mit den neu geschaffenen Strukturen den Bau und die Erhaltung der Autobahnen effektiver zu gestalten, ist in der Tat in erster Linie eine Frage der Umsetzung.

Jährlich fallen bei Erdbauarbeiten mehrere Millionen Tonnen Bodenaushub an, die nicht wieder eingebaut werden. Die als bautechnisch schwierig eingestuften Böden, wie beispielsweise Böden mit hohem Feinkornanteil, werden oft als mineralische Restmassen deponiert. Aus ökonomischen und ökologischen Gründen ist der qualifizierte Wiedereinbau anzustreben. Um die Anforderungen an Hinterfüllbereiche von Bauwerken zu erfüllen, werden jedoch im Regelfall grob- und gemischtkörnige Böden mit ≤ 15 M.-% Feinkornanteil verwendet. Für die Untersuchung der Eignung bindemittelbehandelter, bindiger Böden für Hinterfüllbereiche wurden ein fein- und ein gemischtkörniger Boden mit einem Feinkornanteil > 15 M.-% der Bodengruppe TL bzw. ST* gemäß DIN 18196 gewählt. Die Böden wurden mit je zwei Bindemitteln und drei Bindemittelgehalten (3 %, 5 %, 7 %) untersucht. Die Untersuchungen an Boden TL erfolgten mit einem Weißkalkhydrat und einem Mischbindemittel 50/50 (50 % Kalk/50 % Zement). Boden ST* wurde mit den Mischbindemitteln 50/50 und 30/70 untersucht. Mit einem Laborprogramm aus insgesamt ca. 360 Laborversuchen aus einer Kombination von einaxialen Druckversuchen, CBR-Versuchen, Triaxialversuchen und Ödometerversuchen an den Ausgangsböden und den Boden-Bindemittel-Gemischen wurde deren Festigkeit und Verformungsverhalten bestimmt, um die Gleichwertigkeit mit herkömmlichen, grobkörnigen Böden nachzuweisen. Mit den Laborergebnissen und über Setzungsberechnungen konnte bei allen untersuchten Boden-Bindemittel-Gemischen die Gleichwertigkeit zu herkömmlichen Hinterfüllmaterialien nachgewiesen werden. Es wurden Handlungsempfehlungen für die Praxis erarbeitet. Diese beinhalteten die Ermittlung der Scherparameter auf Basis von einaxialen Druckversuchen über empirisch abgeleitete Grenzwerte und der Angabe von prinzipiell erreichbaren Scherparametern für eine Anwendung im Regelfall. Weiterhin wird eine Empfehlung für die Ableitung des Steifemoduls aus den Ergebnissen einaxialer Druckversuche gegeben.

Während der Winterzeit sind die Verkehrssicherheit und der Verkehrsfluss auf Straßen und Gehwegen aufgrund auftretender Glätte erheblich beeinträchtigt. Herkömmliche Methoden, wie der Einsatz von Tausalzen, sind nicht zuletzt wegen ihrer Schäden an der Umwelt, den Fahrzeugen und dem Straßenkörper nur bedingt zukunftsträchtig. Die Erfahrungen aus früheren Projekten, sowie die Kenntnisse der beteiligten Projektpartner halfen bei der Modellierung, der Definition und dem Test unter-schiedlicher Konstruktionsparameter von fünf verschiedenen Varianten in einer Teststrecke. Diese verfolgt das Ziel, im Sommer Wärmeenergie aus einer wasserdurchströmten Zwischenschicht des Straßenkörpers zu gewinnen, welche in geothermalen Wärmespeichern aufbewahrt und im Winter zur Temperierung der Straße genutzt wird. Im Zuge dessen wurden für den Aufbau des Straßenkörpers zwei Varianten unter Verwendung von Rohrleitungssystemen, sowie drei Varianten mit einem Einbau einer Polyurethan-gebundenen, durchströmten Zwischenschicht entwickelt, durch welche jeweils Wasser floss. Dabei wurde sowohl die Korngröße als auch die Schichtdicke der Zwischenschicht variiert, um die Menge und die Fließgeschwindigkeit des Wassers zu kontrollieren. Die anschließende Untersuchung widmete sich der Definition von Eigenschaften, welche den maximalen, thermischen Gewinn jeder Variante versprachen. Dazu standen Informationen einer nahegelegenen Wetterstation, sowie die vorher definierten Schichtparameter zur Verfügung. Hierauf folgte die Analyse und Bestimmung verschiedener Eigen-schaften der Wärmespeicher. Daraus resultierend erfolgte die Darlegung eines Gesamtsystems, in dem jeder Teil (Wärmepumpen, Ventile etc.) detailliert konstruiert und dimensioniert wurde. Schließlich wurde ein Überwachungsmodell zur genauen Beobachtung der Teststrecke beschrieben um diese nach deren Erbauung zu beaufsichtigen. Dieses Forschungsprojekt legt die Informationen dar, welche zum Bau einer maßstabsgetreuen Demonstrationsstrecke einer temperierten Straße auf dem Testgelände der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) erforderlich sind.

Der Zeitraum zwischen Herstellung und Verkehrsfreigabe einer Asphaltdeckschicht beträgt nach ZTV Asphalt-StB 07 wenigstens 24 Stunden. Durch den stetig wachsenden Zeitdruck wird diese Zeitspanne – oftmals als Sonderbauweise beispielsweise unter Verwendung viskositätsverändernder Zusätze – immer häufiger unterschritten. Die so verkürzten Zeitspannen sind jedoch weitestgehend willkürlich. Daher wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes drei Verfahren zur Bestimmung des frühestmöglichen Zeitpunktes der Verkehrsfreigabe nach dem Asphalteinbau erprobt: der PVE-Tester, das modifizierte leichte Fallgewichtsgerät (mod. LFGG) und der Impulshammer. Mit dem PVE-Tester wird die Asphaltoberflächen statisch be- und im Anschluss entlastet. Die irreversible Eindringtiefe am Ende der Entlastungsphase ist ebenso wie die irreversible Eindringtiefe, die nach fünf Belastungsstößen mit dem mod. LFGG als bleibende Deformation verbleibt, ein relativ präzises Maß für die Verformungsbeständigkeit des Asphalts. Mit beiden Geräten werden die Asphalte sehr ähnlich bewertet. Die mittels Impulshammer in situ gemessene mechanische Impedanz wies dagegen eine nicht ausreichende Präzision auf und ist mit der hier verwendeten Prüfanordnung für den vorgesehenen Zweck nicht geeignet. Auswirkungen unterschiedlicher Asphaltkomponenten wie abweichende Kornzusammensetzungen oder der Einfluss viskositätsverändernder Bindemittelzusätze sind aufgrund der Präzisionen der Messgeräte nur als Tendenz aber nicht quantitativ festzustellen. Mit dem PVE-Tester und dem mod. LFGG konnten erste Anhaltswerte für eine frühestmögliche Verkehrsfreigabe in situ bestimmt werden. Nach einer weitergehenden Konkretisierung und Absicherung dieser Anhaltswerte wäre nach den Erfahrungen aus diesem FE-Projekt zukünftig bei zahlreichen Baumaßnahmen eine Verkehrsfreigabe nach weniger als 24 Stunden möglich.

Die klassische Bestimmung der Dicke des Straßenoberbaus in Deutschland ist eine auf Erfahrungswerten beruhende Kategorisierung der Verkehrswege in Straßenklassen mit standardisierten Aufbauten. Die rechnerische Dimensionierung für Straßen nach [RDO Beton 09] erlaubt es den bekannten, durch Erfahrungswerte belegten Bereich zu erweitern, sodass insbesondere für höhere Verkehrslasten und Sonderverkehrsflächen eine fundierte Dimensionierung des Oberbaus erfolgen kann. Die Berechnung der Lastzustände nach [RDO Beton 09] basiert auf den analytischen Lösungen von Differentialgleichungen. Dies erlaubt eine einfache und schnelle Berechnung der Belastungszustände der Betonplatten. Die Berechnung ist jedoch an Bedingungen gebunden, welche für die Lösung der Differentialgleichungen vorausgesetzt werden müssen. Damit liefern diese Gleichungen nur für einen begrenzten Parameterbereich exakte Ergebnisse. Um die Dimensionierung flexibel handhaben zu können, ist es notwendig, verschiedene Einflüsse pauschal über Anpassungsfaktoren zu berücksichtigen. Die Ergebnisse werden dadurch entsprechend unsicher. Das Berechnungsverfahren nach [RDO Beton 09] erlaubt in diesem Sinne nur eine pauschale Erfassung der Querkraftübertragung in den Fugen, der Vorverformung der Platte, der Lastverteilung im Plattenquerschnitt und des Einflusses mehrerer Radlasten. Auch bezüglich der Plattengeometrie und der detaillierten Erfassung der Einflussfaktoren sind dem Berechnungsmodell enge Grenzen gesetzt. Mit der Nutzung der Finite-Elemente-Methode ist es möglich, diese Defizite des Berechnungsmodells zu beseitigen. Die Dimensionierung wird damit genauer und flexibler. Die FEM bietet außerdem das Potenzial für eine wesentliche Weiterentwicklung des Dimensionierungsverfahrens. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein Finite-Elemente-Modell definiert, welches geeignet ist, in einem Dimensionierungsprogramm nach [RDO Beton 09] die Grundlage für die Spannungsberechnung zu bilden. Das Modell umfasst 9 aus Volumenelementen modellierte Platten, einen Volumenblock für den Untergrund, sowie Anker und Dübel. Für die Berechnung des Modells wird das Programm CalculiX aus dem Open-Source-Bereich als Solver verwendet. Mithilfe von systematischen Serienrechnungen wurde das Modell optimiert und validiert. Um die Rechenzeit zu optimieren, wurde für die unterschiedlichen Berechnungsfälle geprüft, ob die Kalkulation der Spannungen an einem reduzierten Modell mit weniger Platten möglich ist. Die Einbindung in die Dimensionierungssoftware AWDSTAKO ermöglicht die FEM-basierte Dimensionierung nach [RDO Beton 09]. An ausgewählten Problemstellungen wurden die neuen Möglichkeiten, welche sich durch die FEM-Berechnung ergeben demonstriert.

Fahrbahndecken aus Beton werden neben den Verkehrslasten auch durch lastunabhängige Einwirkungen beansprucht. Hierzu zählen neben den thermischen Verformungen vor allem Schwindverformungen. Überschreiten die resultierenden Zwangsspannungen die Zugfestigkeit des Betons, kann es zu einer Rissbildung kommen. Daher werden i. d. R. in einem Abstand von rd. 5 m Fugen angeordnet, welche die Zwangsspannungen wirksam reduzieren. Zur Reduktion von Zwangsspannungen infolge Schwindverformungen stehen seit geraumer Zeit sog. Schwindreduzierer (SRA) zur Verfügung, durch die sowohl die Schwindverformungen im jungen Alter als auch das Trocknungsschwinden vermindert werden können. Ziel war es, zu eruieren, inwieweit durch SRA Schwindverformungen und damit potenzielle Risse effektiv vermindert werden können. Dazu waren insbesondere Schwinduntersuchungen sowohl im frischen / erhärtenden Beton als auch im späteren Alter am erhärteten Beton durchzuführen. Daneben war auch zu untersuchen, inwieweit die Frisch- und Festbetoneigenschaften potenziell beeinflusst werden. Mit den Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass SRA insbesondere die sich frühzeitig einstellenden Schwindverformungen reduzieren können. Besonders positiv wirkt sich dies auf die Vermeidung von Frühschwindrissen in den ersten Tagen aus. Die Schwindreduzierung war generell in der Anfangsphase stets größer und nahm nach 187 Tagen auf Werte zwischen 30 bis 50 % ab. Inwieweit das über Jahre ablaufende Trocknungsschwinden reduziert wird, kann aus diesen bis lediglich 6 Monate umfassenden Untersuchungen nicht abgeleitet werden. Die Frischbetoneigenschaften wurden durch die SRA nicht beeinflusst. Ebenso zeigten sich keine nennenswerten Änderungen in der Druckfestigkeit, der Spaltzugfestigkeit und im statischen Elastizitätsmodul. Hingegen zeigte sich, dass das Mikroluftporensystem in Betonen mit hohem Frost-Taumittelwiderstand durch die Zugabe von SRA auf Basis von Glykol und Polyglykol nachteilig beeinflusst werden kann.

Für das Forschungsvorhaben wurden Performance-Kennwerte in den Phasen der Asphaltmischgutkonzeption, Asphaltmischgutproduktion und nach dem Asphalteinbau an 21 Baumaßnahmen für die Asphaltdeck-, -binder- und -tragschicht systematisch erfasst und ausgewertet. Als Performance-Kennwerte dienten die Ergebnisse aus den Prüfungen zur Steifigkeit, zum Widerstand gegen Kälterissbildung, zum Ermüdungs- und Verformungs-widerstand sowie zur Griffigkeitsentwicklung. Die Untersuchungen lieferten wichtige Erkenntnisse und Tendenzen bei einzelnen Performance-Kennwerten, die bereits jetzt für zwei methodische Ansätze zur Festlegung künftiger vertragsrelevanter Anforderungen genutzt werden konnten: Einerseits wurde ein Vorschlag für eine spezifische Kategorisierung von Performance-Kennwerten innerhalb der europäischen Normung aufgezeigt, andererseits konnte mit Hilfe multipler linearer Regressionsanalysen ein möglicher Weg zur Abschätzung von Performance-Kenngrößen der fertigen Schicht aus der Erstprüfung aufgezeigt werden, sodass Anforderungswerte vorab definiert werden können. Zudem zeigte sich, dass, auch wenn im Wesentlichen die Ergebnisse der konventionellen Asphaltkontrollprüfungen die Anforderungen der ZTV Asphalt erfüllen, es nicht sichergestellt ist, dass Nutzungsdauern von mindestens 30 Jahren erreicht werden können. Dies resultiert im Wesentlichen aus den Unterschieden der Performance-Kenngrößen der drei Phasen, vor allem der Ermüdungsversuche. Deshalb wurden für die Modifikation des Sicherheitskonzeptes für die rechnerische Dimensionierung zwei Ansätze vorgestellt. Es erscheint aber zwingend erforderlich, dass durch weitere Untersuchungen die erstellte Datenbank ergänzt wird. Zudem sollten die im Projekt untersuchten Strecken einer weiteren Beobachtung unterzogen werden, um den Prozess der Alterung erfassen zu können. Damit kann auch eine Validierung des Dimensionierungsverfahrens erfolgen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein bereits unter Laborbedingungen bewährtes Baustoffgemisch 0/32 mm " bestehend aus gebrochenen und ungebrochenen Gesteinskörnungen - für die Herstellung einer modifizierten Kiestragschicht unter einem Betonfahrbahndeckensystem einer realen Versuchstrecke verwendet. Die messtechnische Begleitung dieses Versuchsstreckenbaus an einer Fahrgasse der Tank- und Rastanlage Köschinger Forst (BAB 9) im Sommer / Herbst 2012 umfasste unter anderem umfangreiche Tragfähigkeitsmessungen auf den einzelnen ungebundenen Schichten des Oberbaus. Die 30 cm dicke modifizierte Kiestragschicht wurde mit einer 27 cm dicken unbewehrten Betonfahrbahndecke in Plattenbauweise überbaut. Die Tragfähigkeitsmessungen auf der modifizierten Kiestragschicht wurden unmittelbar nach dem Einbau und nach 16 Tagen unter freier Witterung und Baustellenverkehr durchgeführt. Bei allen Messungen wurden die Vorgaben der ZTV SoB-StB " Ev2 ≥ 150 MPa " erfüllt. Eine Fuge der Fahrgasse wurde unverdübelt und ohne Fugenmasse ausgeführt, um durch die erhöhten Relativbewegungen der Plattenränder und den gleichzeitigen hohen Wassereintrag eine Erosion der Tragschicht im Fugenbereich zu induzieren. Im Mai 2015 erfolgten - nach 32-monatiger Liegedauer - die Wiederholungsmessungen. Die Überrollungen der unverdübelten Querscheinfuge konnten zum damaligen Zeitpunkt grob mit 350.000 Fahrzeugen (ca. 1 Mio. äquivalente 10t-Achsen) abgeschätzt werden. Für die Wiederholungsmessungen wurden zwei Einzelfahrbahnplatten der Lkw-Fahrgasse abgehoben. Es konnten hierbei keine wesentlichen Veränderungen der für eine KTSuB relevanten Performanceparameter festgestellt werden. Die in den ZTV SoB-StB und den RStO geforderten Mindestwerte der Tragfähigkeit - statischer Verformungsmodul und Verhältniswert Ev2/Ev1 - konnten an allen untersuchten Prüfpunkten eingehalten werden. Des Weiteren konnten die Bedenken hinsichtlich der Erosions- und Umlagerungsbeständigkeit im Fugenbereich beim vorliegenden - relativ langsam fahrenden Schwerlastverkehr - relativiert werden.

BURGI verdeutlicht in seinem Beitrag, dass Wirtschaftsteilnehmer die öffentlichen Straßen, Wege und Plätze seit jeher nicht nur zum Transport von Waren und Dienstleistungen, also in klassischer Weise zum Verkehr, sondern auch als Ort der eigentlichen Wertschöpfung nutzen. Ähnlich wie für Diskutanten, Demonstranten, Künstler und religiöse Gruppen ist die Straße für sie ein Ort der Grundrechtsausübung. Anders als jene stehen sie freilich im Wettbewerb untereinander, weswegen die Erteilung von Sondernutzungen eine Verteilungsfrage mit einer zusätzlichen Dimension ist. KNAPPE weist nach, dass die Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie auch im Rahmen des Straßenbaus große Bedeutung erlangt haben. Auch die Straßenbauverwaltung ist nicht von der Beachtung wasserrechtlicher Vorgaben befreit. Ein Verstoß gegen das Wasserrecht kann Straßenbauvorhaben dementsprechend zu Fall bringen. Planungsträger sollten sich daher nicht allein auf das Natur- und Artenschutzrecht konzentrieren, denn dessen große Entwicklungen sind gewissermaßen erst einmal zu einem Stillstand gekommen, sondern erforderlich sind auch wasserrechtliche Fachbeiträge. Das Wasserrecht dürfte sich somit aufgrund der europäischen Impulse zu einem wichtigen Kriegsschauplatz bei Infrastrukturvorhaben entwickeln. SAUTHOFF diskutiert die juristische Konstruktion des Anliegergebrauchs im Lichte der neueren verfassungsrechtlichen Rechtsprechung zum Eigentumsgrundrecht. Er kommt zu dem Befund, dass für Straßengesetze, deren Regelungen dem Muster des -§ 8a FStrG folgen, nach wie vor der Anschluss eines Grundstücks an eine Gemeindestraße zum Gemeingebrauch in der Form des Anliegergebrauchs zählt, und unterbreitet einen eigenen Regelungsvorschlag. RODI charakterisiert den Verkehrssektor als zentrales Problemfeld für das Gelingen der Energiewende und liefert einen Überblick zu den zahlreichen Instrumenten, über welche die Verkehrspolitik für die Erreichung klimapolitischer Ziele bereits heute verfügt. Die bereits eingeschlagenen Wege " etwa die Politik der Flottengrenzwerte " sollten konsequent fortgeführt und modernisiert werden. Andere Instrumente, insbesondere die Energiesteuern, bedürfen dringend einer grundlegenden Reform. Neue Instrumente sollten hingegen nur nach gründlicher Prüfung eingeführt werden; dies gelte insbesondere für die Einbeziehung des Verkehrs in den Emissionshandel. NUMBERGER kritisiert die neuere Rechtsprechung der bayerischen Verwaltungsgerichte zur Feinstaubrichtlinie. Bei der Auslegung und Anwendung des Europäischen Rechts würden die Probleme nicht bei der Wurzel gepackt, es entstehe vielmehr eine erhebliche Schieflage im Hinblick auf die gerechte Abwägung. Ein angemessener Ausgleich der betroffenen Rechte, Belangen und Interessen werde unmöglich. Geboten sei eine flächendeckend wirksame und tatsächlich vollzogene Emissionskontrolle anstelle immissionsbezogener örtlicher Fahrverbote. Ansonsten würden das Fehlverhalten der Automobilindustrie und das Versagen der europäischen und nationalen Zulassungsbehörden bei den Kraftfahrzeugzulassungen auf dem Rücken der Kommunen abgeladen. SCHENK hingegen verteidigt die ergangenen Gerichtsentscheidungen. Das Unionsrecht verpflichte die Mitgliedstaaten, sicherzustellen, dass überall in ihren Gebieten und Ballungsräumen die maßgeblichen Grenzwerte u. a. für Feinstaub eingehalten wuerden. Natürliche oder juristische Personen, die unmittelbar von der Überschreitung der Grenzwerte betroffen sind, müssten schon im Interesse eines effektiven Gesundheitsschutzes in der Lage sein, bei den nationalen Behörden und gegebenenfalls unter Anrufung der zuständigen Gerichte die Einhaltung dieser Grenzwerte durchzusetzen. IM BRAHM schließlich bietet Einblicke in die gesteigerte Bedeutung von Radschnellwegen im neueren Straßenrecht und schildert unterschiedliche Handlungsansätze, um den Bau von Radschnellwegen zu unterstützen. Während das Land Nordrhein-Westfalen sie gesetzlich als eine Straßenkategorie mit regionaler Verkehrsbedeutung verankert hat, für die das Land die Straßenbaulast und damit die Finanzierungslast übernimmt, geht der Bund den Weg der Gewährung von Finanzhilfen.

Die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) führt derzeit umfangreiche Versuchsprogramme zur zeitraffenden Belastung auf verschiedenen Straßenbaukonstruktionen mit dem Großversuchsstand Mobile Load Simulator MLS30 (früher unter MLS10 bekannt) in Versuchshallen durch. Die Mobilität der Maschine erlaubt auch Belastungsversuche auf außenliegenden Versuchsflächen, wie dem duraBASt. Während der ersten Versuche, die seit 2013 mit dem MLS30 durchgeführt wurden, konnten signifikante Temperaturveränderungen insbesondere der Belastungsflächen festgestellt werden. Die entsprechenden Daten wurden mit Sensoren aufgezeichnet und Veränderungen mit einer Infrarotkamera sichtbar gemacht. Dazu wurde der MLS30 gemäß Standardvorgaben und in einer modifizierten Betriebsform eingesetzt. Außerdem wurden für die Zeit nach der Belastung zwei unterschiedliche Varianten verwendet und getestet. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden bei den nächsten Versuchsprogrammen berücksichtigt und mit anderen Betreibern von zeitraffenden Belastungseinrichtungen diskutiert. Die Versuche in diesem Forschungsvorhaben konnten belegen, an welchen Stellen Temperatureinflüsse durch die Belastung mittels Mobile Load Simulator MLS30 entstehen, und wie sie sich im Straßenkörper verteilen. Durch die Verwendung einer Infrarotkamera konnte der Aufwärmprozess aus verschiedenen Positionen visualisiert werden. Die nun vorliegenden Kenntnisse über die Temperaturverteilungen und die sich einstellenden Temperaturdifferenzen werden einerseits für die detaillierte Planung von möglichst standardisierten Versuchsprogrammen mit dem MLS30 verwendet und dienen andererseits zur vertieften Interpretation der Ergebnisse aus den Belastungsversuchen. Der Versuch, die Temperaturerhöhung innerhalb des MLS30 mit geringer Modifikation der Luftzufuhr deutlich zu mindern, hat nicht den erwarteten Erfolg gebracht. Es zeigte sich allerdings auch, dass die durch die Radüberrollung hervorgerufene Reibungswärme den maßgeblichen Anteil an der Wärmeentwicklung im Asphalt hat. Die Regulierung der Innenraumtemperatur im MLS30 verliert daher an Bedeutung, wird aber dennoch mit dem Hersteller diskutiert.

Asphalttragschichten werden zunehmend mit hohen Anteilen an Ausbauasphalten hergestellt mit der Folge, dass diese dichter werden. Von oben eindringendes Wasser wird nicht ausreichend abgeführt, sondern bleibt auf der Asphalttragschicht stehen und zerstört die darüber liegende Asphaltbinderschicht. Aus diesem Grunde wurden alternative Asphaltbinder entwickelt, die dicht konzipiert sind und trotzdem eine gute Performance aufweisen und sich zudem möglichst entmischungsstabil beim Einbau verhalten. Zu dem eignen sich dichte Asphaltbinderschichten zum kurzfristigen Befahren, z. B. über Winter. In der Erprobung befinden sich drei Arten von Asphaltbindern. Im vorliegenden Forschungsprojekt wurden die drei Sorten der alternativen Asphaltbinder AC 16 B S - HSF, AC 16 B S - SG und AC 16 B S - SMA auf ihre Eignung systematisch untersucht und die Ergebnisse mit einem regelkonformen Asphaltbinder AC 16 B S gemäß TL Asphalt-StB verglichen. Das Kürzel HSF steht für "hoch standfest", SG für "stetig gestuft" und SMA für "Splittmastixasphalt-Prinzip". Die Untersuchungen gliedern sich in labortechnische und großtechnische. Zunächst wurden im Labor die Asphaltbinder bei systematischer Variation der Korngrößenverteilung und des Bindemittelgehaltes hergestellt, die Mischarbeit gemessen, der Verdichtungswiderstand festgestellt und Untersuchungen zur Wasserdurchlässigkeit, zum Haftverhalten, zum Verformungsverhalten, zur Kälteflexibilität und zu den Ermüdungseigenschaften durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Entmischungsneigung und die Änderung der Performance aufgrund eines Alterungsangriffes nach dem Braunschweiger Alterungsverfahren (BSA) und nach der AASHTO-Designation R30-02 überprüft. Im großtechnischen Teil wurden die drei alternativen Asphaltbinder und ein regelkonformer AC 16 B S in eine konkrete Baumaßnahme bei Magdeburg eingebaut. Der Einbau wurde detailliert dokumentiert. An den Asphaltbindern wurden die Wasserdurchlässigkeit, die Hohlraum-Morphologie und die Entmischung des Asphaltbindermaterials durch die Querverteilung hinter der Einbaubohle untersucht. Ferner wurden an Bohrkernproben der Verformungswiderstand, der Widerstand gegen Kälterissbildung und der Entmischungswiderstand festgestellt. Bei einer summarischen Betrachtung aller Untersuchungsergebnisse ist festzustellen, dass die dicht konzipierten SG-Binder und SMA-Binder gegenüber dem konventionell zusammengesetzten Referenzbinder keine Nachteile und bei einigen Eigenschaften, wie z. B. Haftverhalten, leichte Vorteile aufweisen. Die Verformungseigenschaften sind differenziert zu betrachten. Der SG-Binder zeigte bei den hier getesteten Varianten teilweise eine leicht verbesserte Verformungsbeständigkeit im Vergleich zum SMA-Binder, woraus zum aktuellen Zeitpunkt aber noch keine allgemeinen Schlüsse gezogen werden können. Allerdings ist der SMA-Binder gegenüber der Referenz und den beiden anderen alternativen Asphaltbindern erkennbar "entmischungsstabiler". Der HSF-Binder stellt keine echte Alternative dar. Es wird empfohlen, den SG-Binder und den SMA-Binder in ein R-Regelwerk der FGSV aufzunehmen und das in situ-Projekt bei Magdeburg (B 81) systematisch zu beobachten.

Das vorliegende Forschungsprojekt (FE 89.0288/2013) hatte zur Aufgabe, die Eignung verschiedener Systeme zur flächendeckenden Verdichtungskontrolle beim Einbau von Schichten in Asphaltbauweise zu untersuchen. Auf einer Versuchsstrecke zwischen Pirmasens und Landau wurden hierzu insgesamt 5 Testfelder mit einer Länge von jeweils 1 km angelegt und unter Anwendung herstellerspezifischer Kontrollsysteme verdichtet. Ein Feld diente dabei als Referenz, in dem keine flächendeckende Verdichtungskontrolle vollzogen wurde. Alle zur Beurteilung des Verdichtungserfolgs notwendigen Randparameter wurden kontinuierlich aufgezeichnet und anschließend ausgewertet. Hierzu zählten beispielsweise die Temperatur des Mischguts und der Luft, aber auch die durch Kameraaufnahmen dokumentierten tatsächlichen Walzüberfahrten in jedem Abschnitt. Zusätzlich wurden im Nachgang umfangreiche Kontrollprüfungen und Druck-Schwellversuche zur Bewertung der erreichten Verdichtung durchgeführt. Zusammenfassend lassen sich aus den Ergebnissen des Forschungsprojekts folgende Erkenntnisse gewinnen: - Zwischen dem Referenzfeld und den Feldern mit flächendeckender Verdichtungskontrolle konnten keine gravierenden Abweichungen der erreichten Verdichtungsgrade festgestellt werden. - Die Streuungen der Verdichtungsgrade in den jeweiligen Testfeldern weisen keine signifikanten Unterschiede auf. Die erreichten Verdichtungsgrade werden bei Verwendung von Verdichtungskontrollsystemen mit weniger Walzübergangszahlen erreicht. - Bei Verwendung von Verdichtungskontrollsystemen stellen sich eine homogenere Verteilung von Walzübergängen und damit eine gleichmäßigere Flächenverdichtung ein. Insgesamt konnte dem Einsatz von Systemen zur flächendeckenden Verdichtungskontrolle ein positiver Effekt auf den erreichten Verdichtungserfolg nachgewiesen werden.

An insgesamt zehn willkürlich ausgewählten Baustellen wurden Gussasphaltproben für Kontrollprüfungen entnommen. Gleichzeitig wurden unmittelbar auf den Baustellen Probekörper hergestellt, deren Mischgut nicht - wie bei Kontrollprüfungen üblich - ein zweites Mal erhitzt werden musste. Die Untersuchungen ergaben, dass keine signifikanten Unterschiede bei den statischen und dynamischen Eindringtiefen vorliegen, wenn die Gussasphalttemperaturen bei der Herstellung der Proben 210 -°C, 230 -°C oder 250 -°C betragen haben. Die bei einer Gussasphalttemperatur von 230 -°C hergestellten Proben weisen keine Unterschiede in ihrer Verformungsbeständigkeit auf, wenn die Proben bis zur Prüfung 24, 48 oder 96 Stunden gelagert waren. Das Ergebnis der Eindringtiefen (statisch und dynamisch) unterscheidet sich, ob die Proben unmittelbar auf der Baustelle hergestellt werden oder - wie bei den Kontrollprüfungen - nach nochmaligem Erhitzen der Gussasphaltmassen im Labor. Der Gussasphalt auf der Baustelle in Probenformen eingefüllt ist eindruckempfindlicher. Die Ergebnisse differenzieren um einen konstanten Faktor von 1,3 - 1,5. Insoweit kann das bisherige Verfahren bei Kontrollprüfungen NT-Gussasphalte in Schalen abgefüllt und abgekühlt zur Herstellung von Probewürfeln für ETstat oder Zylinder für ETdyn ins Labor zur bringen beibehalten werden. Man müsste nur die Grenzwerte für die Beurteilung der NT-Gussasphalte entsprechend festlegen. Das bisherige Verfahren, die Proben nicht direkt auf der Baustelle herzustellen, hat den großen Vorteil, dass keine Stromaggregate und Trockenschränke mitgeführt werden müssen, die in schwierigem Gelände unter freiem Himmel die Herstellung der Proben behindern und zu größeren Streuungen der Messergebnisse führen können. Die Messergebnisse der statischen Eindringtiefe nach 30 Minuten und der dynamischen Eindringtiefe nach 2500 Lastwechsel liegen auf derselben Höhe, wenn die Eindringtiefen sehr niedrig um und unter 1 mm liegen. Zwischen 1 und 2 mm statischer Eindringtiefe sind die dynamischen Eindringtiefen um das 2-3-fache höher. In Übereinstimmung mit DIN EN 13108-20 ist bei einer statischen Eindringtiefe unter 2,5 mm der Wert der dynamischen Eindringtiefe zu ermitteln, da eine deutlichere Differenzierung der Ergebnisse erreicht und die Verformungsbeständigkeit des Gussasphaltes in der Wärme damit besser angesprochen werden kann. Insoweit sind die national geltenden Vorschriften z.B. ZTV Asphalt-StB 07 und die TL Asphalt-StB 07 an die DIN EN anzupassen.

Die Produktion von Heißasphalt im Asphaltmischwerk hat einen großen Anteil an den in Ökobilanzen erfassten Umweltindikatoren, z.B. der CO2-Emissionen. Ein Großteil des bei der Asphaltproduktion erforderlichen Energieverbrauchs wird zur Trocknung und Erwärmung der Gesteinskörnungen aufgebracht. Vermehrt wird daher international bitumenhaltiges Mischgut bei Umgebungstemperaturen hergestellt und eingebaut. Als Bindemittel kommen dabei Bitumenemulsion oder Schaumbitumen zur Anwendung. Das Baustoffverhalten des Kaltmischgutes unterscheidet sich in verschiedenen Aspekten vom mechanischen Verhalten von Heißasphalt. Dies betrifft alle Phasen der fertiggestellten Schicht " Mischgutherstellung, Lagerung und Transport, Einbau, Verdichtung sowie Kurz- und Langzeitverhalten. Um das bautechnische Potenzial der bitumengebundenen Kaltbauweisen für die Anwendung in Deutschland abzuschätzen wurden internationale Anwendungen und Erfahrungen mit der Bauweise zusammengestellt und vergleichend bewertet. Dabei können anhand der eingesetzten Bindemittelgehalte vier bitumenhaltige, kalt verarbeitete Mischgutarten unterschieden werden: Kaltasphalt, Grave Emulsion, Bitumen-Stabilisiertes Mischgut und Bitumen-Zement-Stabilisiertes Mischgut. Insbesondere bei den letzten drei Mischgutsorten unterscheidet sich das mechanische Baustoffverhalten stark von jenem von Heißasphalt. Daher sind vom bisherigen Standard abweichende Dimensionierungs- und Bauverfahren erforderlich. Um die Kaltbauweisen in Deutschland zu erproben, sind weitere Forschungsaktivitäten hinsichtlich des mechanischen Verhaltens der Kaltbaustoffe erforderlich. Die praktische Umsetzung international erprobter Bauweisen kann parallel in Untersuchungsstrecken erfolgen, welche durch Lebenszyklus-Studien begleitet werden sollten, um ökologische und ökonomische Vorteile der Bauweisen belegen zu können.

Das Projekt "RIVA" ist das Herzstück im AdSVIS-Forschungsprogramm. Im Zentrum von RIVA steht die Bewertung von Risiken des Klimawandels für das Bundesfernstraßennetz. Ein Risiko wird dabei als Funktion von Ursache und Wirkung verstanden. Das aus dem Klimawandel erwachsene Risiko für die Straßenverkehrsinfrastruktur wird durch ein hierarchisches Indikatorenmodell beschrieben und besteht aus vier Dimensionen: Klima, Vulnerabilität, Technische Wirkung und Kritikalität. Die entwickelte Methodik ermöglicht eine netzweite Risikoanalyse/-bewertung basierend auf regionalisierten Klimadaten und standardisierten Daten der Straßenverkehrsinfrastruktur. Komplexe Ursache-Wirkungs-Ketten (UWK) dienen der systematischen Erfassung typischer durch das Klima verursachter Schäden/Einschränkungen, aus welchen Schadensbildkategorien (SBK) abgeleitet werden. Die SBK ist die zentrale Bewertungseinheit der RIVA-Methodik und vereint typische durch ein bestimmtes Klimaereignis induzierte Schadensbilder eines Risikoelementes. Es wurden insgesamt 35 SBK (u.a. für Brücken, Tunnel, Fahrbahnen, Entwässerung, Verkehrsteilnehmer) bestimmt. Das für die beispielhafte Betrachtung entwickelte Pilotwerkzeug verwendet regionalisierte Klimaprojektionen für vier Betrachtungszeiträume. Die Bewertung erfolgt nach Streckenabschnitten. Damit lassen sich Risiken im Netz abschnittsgenau verorten, den wichtigsten Elementen der Straßeninfrastruktur zu- und nach ihrem grundsätzlichen Charakter einordnen. Die RIVA-Methodik ermöglicht eine Klassifizierung von Klimarisiken. Es lassen sich besonders gefährdete Streckenabschnitte im Netz identifizieren und erforderliche Maßnahmen priorisieren. RIVA leistet einen wichtigen Beitrag zur Diskussion von Anpassungsstrategien für die Straßenverkehrsinfrastruktur an den Klimawandel und ermöglicht eine effektive Entscheidungsfindung, um künftige Auswirkungen des Klimawandels auf die Infrastruktur zu vermeiden oder zumindest zu verringern.

Die bodenmechanischen Eigenschaften von feinkörnigen Böden und gemischtkörnigen Böden mit Feinkornanteilen über 15 M.-% werden maßgeblich von der Konsistenz und der Plastizität des Feinkorns bestimmt. Mittel- und langfristig können an Erdbauwerken, die aus diesen Bodenarten errichtet wurden, Schäden entstehen, wenn Wasserzutritte eine Verringerung der Konsistenz der feinkörnigen Anteile bewirken. Um eine verminderte Scherfestigkeit, Sackungen und Setzungen zu vermeiden, wurden in den ZTV E-StB 09 Verdichtungsanforderungen festgelegt, die neben dem Verdichtungsgrad auch den Luftporenanteil beinhalten. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit sollte untersucht werden, welchen Einfluss der Luftporenanteil auf das Verformungsverhalten der o.g. Böden hat und inwieweit eine Verschärfung der Anforderungen an den Luftporenanteil eine Verbesserung der dauerhaften Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit unter Berücksichtigung eines erhöhten Verdichtungsaufwandes bewirkt. Es wurde zunächst herausgearbeitet, welche Anforderungen hinsichtlich des Luftporenanteils bereits bestehen und inwieweit der Luftporenanteil als Verdichtungsanforderung geeignet ist. Der Luftporenanteil wird hierbei lediglich in Deutschland und Großbritannien als Verdichtungsanforderung genannt. Anhand von fünf Versuchsböden, die nach DIN 18196 den Bodengruppen UL, TM, TA, SU* und GU* zuzuordnen sind, wurde anschließend das Last-Verformungsverhalten bei oedometrischer Belastung und bei Wasserzutritt bei unterschiedlichen Spannungsniveaus untersucht. Die weiteren Laboruntersuchungen umfassten Triaxial- und Wasserdurchlässigkeitsversuche. An einem Probefeld wurden Feldversuche zur Entwicklung des Luftporenanteils bei einer zunehmenden Anzahl an Walzenübergängen durchgeführt. Eindeutige Aussagen zum Einfluss des Luftporenanteils auf das Verformungsverhalten der untersuchten Böden waren anhand der Laboruntersuchungen nur schwer zu treffen. Die Streuung der Versuchsergebnisse ließ zumeist keine eindeutige Systematik hinsichtlich des Einflusses des Einbauzustandes erkennen. Überwiegend wiesen die Versuche, deren Einbaubedingungen innerhalb der nach ZTV E-StB 09 festgelegten Grenzen an Verdichtungsgrad, Wassergehalt und Luftporenanteil lagen, jedoch nur geringe Verformungen auf. Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen belegen somit die Eignung der in den ZTV E-StB enthaltenen Verdichtungsanforderungen für Erdbaumaßnahmen. Die Notwendigkeit einer Anpassung bzw. Verschärfung der Anforderungen an den Luftporenanteil lässt sich aus den Laboruntersuchungen nicht ableiten. Bei den Feldversuchen zeigte sich, dass mit den auf der Baustelle zur Verfügung stehenden Walzenzügen eine stetige, signifikante Erhöhung der Trockendichte und eine Verringerung der Luftporenanteile nur bis zu einem bestimmten Grad erreicht werden konnte, indem die Verdichtungsarbeit durch eine Erhöhung der Walzenübergaenge gesteigert wurde. Teilweise bewirkten zusätzliche Walzenübergänge sogar eine Auflockerung des Bodens.

Anforderungen an Bitumen werden in den TL Bitumen-StB 07 primär an relativ einfache, physikalische Kennwerte gestellt. Trotz der entscheidenden Einflüsse der chemischen Zusammensetzung auf das Bitumen, werden praktisch keine Anforderungen an die chemische Zusammensetzung gestellt. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Komplexität und die Vielfalt in der chemischen Zusammensetzung von Bitumen. Auf internationaler Ebene wurden in den letzten Jahren und Jahrzehnten große Anstrengungen unternommen, den chemischen bzw. kolloidalen Aufbau des Bitumens und dessen Einfluss auf die straßenbautechnischen Eigenschaften zu erfassen. Aufgrund der Vielfalt unterschiedlichster Kohlenwasserstoffverbindungen, die zu einem Großteil mit Heteroatomen wie Schwefel, Stickstoff, Sauerstoff oder Metallen ergänzt werden, ist eine exakte Elementaranalyse sehr aufwändig und wenig aussagekräftig. Daher hat sich die chemisch-physikalische Beschreibung des Bitumens als Kolloidsystem als grundsätzlich anerkannt erwiesen. Eine Aufteilung in eine feste Phase, die Asphaltene, und eine fließfähige Phase, die Maltene, ist hierbei unstrittig. Jedoch gibt es deutlich voneinander abweichende Ansichten zum Aufbau, zum Verhalten und zu den Eigenschaften der Asphaltene und Harze. Diese Fragestellung kann möglicherweise durch eine verbesserte Analyse der Bitumenstruktur beispielsweise mittels Rasterkraftmikroskop (AFM) oder Röntgen/Neutron"Kleinwinkelstreuung (SAXS, SANS) gelöst werden. Der Asphaltengehalt übt die offensichtlich deutlichsten Einflüsse auf die straßenbautechnischen Eigenschaften aus. So nimmt der Verformungswiderstand mit zunehmendem Asphaltengehalt deutlich zu. Darüber hinaus beeinflussen die Heteroatome die Bitumeneigenschaften. Sowohl das Adhäsionsverhalten (durch den Einfluss auf die Polarität) als auch die Viskosität wird durch die Heteroatome beeinflusst. Da der genaue Einfluss der Heteroatome noch nicht geklärt ist, bietet neben der Rolle der Asphaltene und Harze auch der Einfluss der Heteroatome auf die straßenbautechnischen Eigenschaften weitere Forschungsansätze.

Im vorliegenden Projekt wurden in der Praxis verbreitete Materialien zur Schlaglochsanierung hinsichtlich ihrer Haltbarkeit untersucht. Zunächst erfolgte eine Online-Befragung von Straßenbaulastträgern, um sowohl die Art der zum Einsatz kommenden Materialien als auch deren Einbaubedingungen umfassend zu ermitteln. Erwartungsgemäß zeigte sich, dass Kaltasphalte am weitesten verbreitet sind. Die Online-Befragungsergebnisse begründeten die Vorauswahl der Materialien, die sowohl im Labor als auch im Rahmen von Großversuchen (Rundlaufanlage) geprüft wurden. Dabei handelte es sich um diverse nicht-reaktive und reaktive Kaltasphalte, Heißasphalte sowie Sonderasphalte. Um entsprechende vergleichende Untersuchungen reproduzierbar durchführen zu können, musste zunächst ein Verfahren zur Erstellung von Musterschlaglöchern entwickelt werden. Diesbezüglich erwies sich ein Substitutionsverfahren als das am besten geeignete, bei dem ein Ersatzkörper in die Deckschicht eingebaut und gezogen wird. Die Großversuche zeigten auf, dass die Standfestigkeit der untersuchten Sanierungsmaterialien auf Grundlage des Kriteriums der Gesamtverformung stark voneinander abweichen. Während der Überrollung mit gleichzeitiger Beregnung wurden im Gegensatz zu Frost und Tauen erhebliche Schädigungen festgestellt. Ein Vergleich der Großversuche mit Laborversuchen zeigte, dass mittels modifizierten Spurbildungsversuchs die beste Korrelation verzeichnet werden kann. Ob mit einer Vergleichmäßigung der Versuchsrandbedingungen eine zufriedenstellende Übertragbarkeit möglich ist, müssen weitergehende Untersuchungen zeigen. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass sich Heißasphalte als Materialien mit besonders guter Haltbarkeit erwiesen haben und sich bei Kaltasphalten die generelle Tendenz gezeigt hat, dass reaktive Kaltasphalte haltbarer sind als nicht-reaktive. Jedoch ist zu betonen, dass es sowohl gut haltbare nicht-reaktive Materialien gibt als auch schlecht haltbare reaktive Materialien.

Ein funktionstüchtiges und qualitativ hochwertiges Fernstraßennetz ist für das Transitland Deutschland elementar. Im zusammenwachsenden Europa werden viele Güter über die Straße transportiert. Dabei verlaufen maßgebende transeuropäische Verkehrsachsen über das deutsche Fernstraßennetz. Es gilt, das Fernstraßennetz so auszulegen, dass die Belastungen aus dem Güterverkehr dauerhaft ertragen werden können. Grundlage für die Dimensionierung des Straßenaufbaus bilden dabei wissenschaftliche Erkenntnisse aus Untersuchungen zur Beschreibung des Baustoffverhaltens, sowie langjährige Erfahrungen beim Bau und der Nutzung von Straßenbefestigungen. Einen wichtigen Baustein für Untersuchungen zum Gebrauchsverhalten des gesamten Straßenaufbaus bilden zeitraffende Belastungsversuche im Maßstab 1:1. Dazu betreibt die Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) eine Asphaltmodellstraße, die nach anerkannten Dimensionierungs- und Ausführungsregeln gebaut wurde. Für eine realitätsnahe, zeitraffende Belastung wurde der Mobile Load Simulator MLS30 durch die BASt beschafft. Diese Belastungseinrichtung stellt einen Meilenstein für die Dauerbelastung von Straßenkonstruktionen jeglicher Bauweisen im Großversuch dar. Durch den ersten Einsatz des Mobile Load Simulator MLS30 wurden wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen. Hierzu wurden Dehnungs-, Druckspannungs- und Temperatursensoren der instrumentierten Asphaltmodellstraße der BASt verwendet. Deutlich wurde das zueinander proportional Verhalten der Dehnungen und Druckspannungen zur Temperatur im Straßenaufbau. Die Sensoren detektierten neben der strukturellen Reaktion innerhalb des Belastungsbetriebes auch Veränderungen der Reaktion des Straßenaufbaus auf zerstörungsfreie Prüfungen mit dem Falling Weight Deflectometer (FWD). Weitere Erkenntnisse wurden bezüglich einer Überwachung des Mobile Load Simulator MLS30 gewonnen. Die im Versuchsfeld integrierten Sensoren konnten Veränderungen der Lasteinleitung detektieren. Zusätzlich wurden erste Erfahrungen zur Temperaturerhöhung durch den MLS30 gemacht. Die gewonnenen Erkenntnisse aus dem ersten Versuchsbetrieb werden bei zukünftigen Projekten in der Straßenbauforschung einfließen und die realitätsnahe Simulation von Verkehrsbelastungen weiter prägen. Mit Hilfe von ausgereiften Sensorkonzepten, entsprechender Messwerterfassung und Software, ist es möglich in Großversuchen das Gebrauchsverhalten von Straßenaufbauten zu analysieren. Seit der technischen Abnahme im Fruehjahr 2013 wurden durch den Mobile Load Simulator MLS30 rd. 4,8 Mio. Überrollungen auf Asphalt- und innovativen Betonaufbauten realisiert.

Ziel des Forschungsvorhabens war es zu untersuchen, ob in verschiedenen Prüfstellen mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät hergestellte Asphalt-Probeplatten gleiche Eigenschaften aufweisen, damit z.B. verträgliche Ergebnisse für Performance-Prüfungen ermittelt werden können. Dazu wurde in 12 Prüfstellen ein Verfahrens-Audit durchgeführt, um eine einheitliche Vorgehensweise bei der Herstellung dieser Platten zu gewährleisten. Anschließend wurden aus verschiedenen Asphaltvarianten WSV-Platten hergestellt und an daraus gewonnenen Probekörpern umfangreiche Performance-Prüfungen durchgeführt. Die ermittelten Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist WSV-Platten mit verträglicher Raumdichte in unterschiedlichen WSV-Geräten sowie verschiedenen Prüfstellen herzustellen. Die Ergebnisse der Spurbildungs-, Druck-Schwell- und Zugversuche haben gezeigt, dass die WSV-Platten trotz ähnlicher Raumdichten nicht zwangsläufig verträgliche Ergebnisse im Versuch aufweisen und sich daher in verschiedenen Prüfstellen keine vergleichbaren Ergebnisse für diese Versuche ermitteln lassen. Lediglich bei den Abkühl- und Spaltzug-Schwellversuchen konnten verträgliche Ergebnisse erzielt werden. Für keine der ermittelten Kenngrößen der Performance-Prüfungen ließen sich Zusammenhänge mit der Raumdichte ermitteln. Somit lässt sich die Größe der Ergebnisse bei den Versuchen nicht auf unterschiedliche Größen der Raumdichten der Probekörper zurückführen. Da sich trotz geringer Unterschiede in den Raumdichten nur in ausgewählten Performance-Untersuchungen Unterschiede zeigen, ist davon auszugehen, dass die Streuungen in den Performance-Untersuchungen vornehmlich auf die Sensitivität dieser Versuche zurückzuführen sind. Das Verfahren zur Herstellung von Probekörpern für Performance-Prüfungen aus WSV-Platten scheint aufgrund der Gesamtheit der ermittelten Kenngrößen (Raumdichte, etc.), deren Aussehen, den Erkenntnissen aus dem Verfahrensaudit sowie der Performance-Prüfungen das richtige Verfahren zu sein.

Im vorliegenden Forschungsvorhaben wird eine Systematik erarbeitet, mit der in den Phasen der Entwurfs- und Genehmigungsplanung eine Nachhaltigkeitsbewertung für Bauwerke der Straßeninfrastrukturplanung durchgeführt werden kann. Grundlage für die Erarbeitung dieser Systematik stellen die bereits abgeschlossenen Forschungsvorhaben FE 15.0494 "Entwicklung einheitlicher Bewertungskriterien für Infrastrukturprojekte im Hinblick auf Nachhaltigkeit" (GRAUBNER, 2010) und FE 09.0162 "Konzeptionelle Ansätze zur Nachhaltigkeitsbewertung im Lebenszyklus von Elementen der Straßeninfrastruktur" (GRAUBNER, 2012) dar. Im erstgenannten Vorhaben wurde bereits die Nachhaltigkeitsbewertung von Brückenbauwerken vorgenommen. Ziel dieses Vorhabens ist es nun, das bereits vorhandene System auf die Teilbereiche freie Strecke und Tunnel auszuweiten. Die für eine Nachhaltigkeitsbewertung relevanten Kriterien, gliedern sich in die vier Hauptkriteriengruppen ökologische Qualität, ökonomische Qualität, soziokulturelle und funktionale Qualität sowie die technische Qualität. Durch die Fokussierung auf die frühen Projektphasen entfällt, im Gegensatz zur Bewertung der Brückenbauwerke, der Bereich Prozessqualität, bei dem die Nachhaltigkeit des späteren Bauprozesses betrachtet wird. Um das Vorhaben umsetzen zu können, wurde zuerst der für den Teilbereich Brücke bereits vorhandene Kriterienkatalog überarbeitet und ergänzt. Für jedes Kriterium wurde die Relevanz für die Teilbereiche freie Strecke und Tunnel überprüft. Dabei wurden Kriterien zum Teil weiter ausgearbeitet und neue relevante Kriterien ergänzt. Für die Bewertung der Kriterien wird in messbare und nicht messbare Kriterien unterschieden. Für messbare Kriterien lassen sich absolute Werte mittels einer Bewertungsmethode berechnen und bewerten, während nicht messbare Kriterien anhand einer Checkliste oder eines stichpunktartigen Erläuterungsberichts bewertet werden. Weiterführende Bewertungsaspekte werden diskutiert und Ansätze zur Weiterentwicklung der Systematik aufgezeigt. Neben der Zuordnung einzelner Kriterien zu Stakeholdern (Betroffene) werden eine zeitliche Differenzierung (z.B. Zeitpunkt der Entstehung von Kosten, Emissionen, etc.) und die Gegenüberstellung einer monetären Bewertung zur Punktebewertung konzeptionell vorgeschlagen. Das System zielt dabei auf eine relative Bewertung von Bauwerksvarianten (freie Strecke, Brücke, Tunnel) ab.

In den Jahren ab 1959 wurde an der Technischen Universität Berlin von B. Wehner und seinem Assistenten K.-H. Schulze eine Prüfeinrichtung entwickelt, mit der die Polierresistenz von groben und feinen Gesteinskörnungen ermittelt werden konnte. Ende der 1990er Jahre waren die noch existierenden Prüfeinrichtungen nicht mehr gebrauchstauglich. Dies bewog 1999 dazu, einen modernisierten Nachbau unter Beibehaltung wesentlicher Maschinenparameter durchzuführen. Bei Vergleichsuntersuchungen stellte sich heraus, dass mit den Prüfeinrichtungen der 2. Generation ein abweichendes Messwerte-Niveau ermittelt wird. Um den aus einer Vielzahl von Forschungsarbeiten aufgestellten Bewertungshintergrund und die daraus abgeleiteten Anforderungswerte weiter nutzen zu können, musste dieser auf die neue Gerätegeneration übertragen werden. Durch Untersuchungen an unterschiedlichen Prüfkörnungen verschiedener Gesteine wurde der Erwartungsbereich für die Polierwerte PWS ermittelt und damit ein Bewertungshintergrund aufgestellt. Durch die Vergleichsuntersuchungen an den Rückstellproben aus der TU Berlin konnte für die Prüfkörnungen 8/11 und 0,2/0,4 mm eine direkte Übertragung von bestehenden Anforderungswerten auf die aktuelle Gerätegeneration vorgenommen werden. Die Unterschiede in den Messwerte-Niveaus zwischen den Gerätegenerationen konnten quantifiziert werden. Die Spreizung der Polierwerte bleibt trotz dieser Veränderung gleich. Um einen aktuellen Vergleich zwischen den Polierverfahren PWS und PSV herzustellen, wurden Gesteinskörnungen aus Lagerstätten aufgenommen, die auch in einer parallel laufenden PSV-Forschungsarbeit genutzt wurden. Für die 2. Gerätegeneration der Prüfanlage Wehner/Schulze wurde somit erstmalig ein Zusammenhang zum Polierverfahren PSV hergestellt. Es wird empfohlen, den bestehenden Anforderungswert für die Polierresistenz von feinen Gesteinskörnungen in Deckschichten aus Beton auf Grund der durchgeführten Untersuchungen anzupassen und die vorgeschlagenen Anforderungswerte für die groben Gesteinskörnungen durch eine Datensammlung abzusichern.

HORN stellt in ihrem Eingangsreferat den "Neuen Bundesverkehrswegeplan und die SUP in der Verkehrswegeplanung" vor. Das zentrale Element des in der Regel auf 10 bis 15 Jahre angelegten Plans ist die aus europäischen Vorgaben abgeleitete Öffentlichkeitsbeteiligung. Diese erfordert bei der Erstellung des Bundesverkehrswegeplans einen kontinuierlichen Kommunikationsprozess. Zugleich betonte HORN die starke Unterfinanzierung des aktuellen Plans. Der Erhaltung der vorhandenen Verkehrsinfrastruktur komme in den Bereichen Straße, Schiene und Wasser der Vorrang vor Neubauten zu. FEHLING plädiert in seinem Beitrag "Die Straße im Kontext des öffentlichen Personennahverkehrs" für eine nahverkehrsfreundliche Planung und Gestaltung des Straßenraums. Die Planungen verschiedener Verkehrsträger und Planungsebenen müssten aufeinander aber auch mit straßenverkehrsrechtlichen Anordnungen abgestimmt werden. Die entsprechende Koordination sei allerdings verbesserungsbedürftig. Namentlich die Vernetzung der Nahverkehrsplanung mit anderen Planungsebenen müsse ausgebaut werden. KUGELE berichtet in seinem Beitrag "Selbstfinanzierte Straßen" für eine längerfristige Verlässlichkeit der Verkehrsfinanzierung. Gegenwärtig fließe nur etwa die Hälfte der Abgaben aus dem Verkehr dem Gesamtverkehrssystem auch wieder zu. Diese Mittel müssten gesteigert und längerfristig für den Verkehr verfügbar gemacht werden, etwa durch längerfristige Leistungs- und Finanzierungsvereinbarungen oder durch Sondervermögen. Der abschließende Beitrag "Das neue Vergaberecht" von SIEGEL behandelt drei neue EU-Vergaberichtlinien, die am 17.04.2014 in Kraft getreten und nun binnen zweier Jahre umzusetzen sind. Nach dem neuen Recht können künftig ökologische und soziale Kriterien verstärkt eine Rolle bei der Vergabe von öffentlichen Aufträgen spielen. Diese neuen Richtlinien vergrößern indes die Nachweispflichten und den bürokratischen Aufwand. Neben das Kriterium des "wirtschaftlich günstigsten Angebots" zählt zudem nunmehr auch das beste Preis-Leistungs-Verhältnis.

Zur Beurteilung der Alkaliempfindlichkeit von Gesteinskörnungen sind im Teil 3 der Alkali-Richtlinie des DAfStb vom Februar 2007 das Schnellprüfverfahren (Referenzprüfverfahren (SPV)) bzw. der Mörtelschnelltest (Alternativverfahren (MST)) und der Betonversuch mit Nebelkammerlagerung (40-°C) (NK) vorgesehen. Bisher war nicht abschließend geklärt, ob die für diese Standardprüfungen festgelegten Beurteilungskriterien auch dann Verwendung finden können, wenn die Gesteinskörnungen in Fahrbahndecken aus Waschbeton (hoher Zementgehalt, besonders gestaltete Oberfläche) angewendet werden sollen. Für die Untersuchungen wurden drei alkaliunempfindliche Splitte (Andesit I Mitteldeutschland (MD), Rhyolith Süddeutschland (SD) und Gabbro), ein alkaliempfindlicher Splitt (Rhyolith MD) und zwei "potenziell" alkaliempfindliche Splitte (Andesit II MD, Granodiorit) verwendet. Die Bewertung der Alkaliempfindlichkeit der sechs groben Gesteinskörnungen auf Basis der Ergebnisse der AKR-Performance-Prüfungen ergab, dass drei von ihnen "geeignet für die Feuchtigkeitklasse WS im Hinblick auf die Vermeidung einer schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR)" sind. Bei ausschließlicher Verwendung der Ergebnisse der Standardprüfverfahren nach Alkali-Richtlinie konnte diese Aussage getroffen werden, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt war: - Alle Gesteinskörnungsprüfungen nach Teil 3 der Alkali-Richtlinie des DAfStb wurden bestanden. - Der Mörtelschnelltest (Alternativverfahren) nach Teil 3 der Alkali-Richtlinie wurde bestanden. - Der 60-°C-Betonversuch nach Teil 3 der Alkali-Richtlinie wurde bestanden. Die Begünstigung einer schädigenden AKR durch sich von der Oberfläche abhebende Gesteinskörner (Waschbetonoberfläche) konnte bei den untersuchten Betonzusammensetzungen nicht nachgewiesen werden. Im Bereich der Waschbetonoberflächen wurden keine AKR-Reaktionsprodukte gefunden.

Durch vergleichende Untersuchungen an einem RC-Baustoffgemisch, bei dem die Gesteinskörnung aus einem AKR-geschädigten Autobahnabschnitt gewonnen worden ist, und einem Referenzgemisch (ohne AKR-Vorschädigung) sollte die Eignung des AKR-RC-Gemisches als Baustoffgemisch für hydraulisch gebundene Tragschichten untersucht werden. Umfassende Untersuchungen zur Charakterisierung der beiden Ausgangsmaterialien, der Baustoffgemische und an daraus hergestellten HGT-Probekörpern wurden durchgeführt. Im Ergebnis der Untersuchungen kann gezeigt werden, dass das AKR-geschädigte RC-Baustoffgemisch bezüglich seiner körnungsspezifischen Eigenschaften das Potenzial für eine Verwendung als Frostschutzschicht und auch für eine hydraulisch gebundene Tragschicht besitzt. Eine entsprechende Klassierung zum Erreichen bzw. Einstellen der nach Norm geforderten Kennwerte ist ohne weiteres möglich. Auch die erreichbaren Druckfestigkeiten des Baustoffgemisches liegen mit deutlich über 10 N/mm2 (im Mittel 15 N/mm2) in einem Bereich, der das Material für den Anwendungsfall HGT interessant erscheinen lässt. An diesen Festigkeiten ändert sich auch signifikant nichts bei Veränderung der Umgebungsbedingungen (erhöhte Temperaturen bis 40-°C, hohe Luftfeuchten bis 100% und Alkalizufuhr). Deutliche Einschränkungen gelten für das Formänderungsverhalten der mit den AKR-geschädigten RC-Baustoffgemischen hergestellten HGT-Proben, insbesondere dann, wenn diese den reaktionsbeschleunigenden Bedingungen einer AKR-Performance-Prüfung ausgesetzt sind. Die an den Baustoffproben gemessenen Dehnungen sind mit ca. 1 mm/m recht hoch, nicht nur im Vergleich zum aktuell geltenden Grenzwert von 0,5 mm/m (der hier nicht anzusetzen ist), insbesondere im Vergleich zu den Messwerten, die am Referenzmaterial ermittelt werden. Anhand des Kurvenverlaufes ist ersichtlich, dass der Dehnungs-Endwert nach 10 Zyklen noch nicht erreicht ist. Als Ursache für dieses Verhalten muss eine Kombination/Überlagerung aus weiterhin stattfindender schädigender AKR (was durch die Untersuchungen unter dem Mikroskop aber nicht zweifelsfrei bestätigt werden konnte) und einer sekundären Ettringitbildung in Betracht gezogen werden. Aus diesen Ergebnissen sollte eine Verwendung von AKR-geschädigten RC-Baustoffgemischen für HGT für jede Baumaßnahme separat bewertet werden.

Im derzeitigen Regelwerk der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen können mit Bitumenemulsion gebundene Tragschichten nur unzureichend auf Basis empirischer Erfahrungswerte bei der Dimensionierung eines Oberbaus berücksichtigt werden. Hierzu fehlen Erfahrungen über die Höhe der dimensionierungsrelevanten Materialkenndaten und deren beeinflussende Parameter. Die Auswertung der begleitenden Untersuchungen einer großflächigen Baumaßnahme mit einer bitumendominaten Tragschicht in Kaltbauweise (BAB 30) belegt eine zwar gleichmäßige, aber wenig tragfähige Materialqualität. Mit dem Ziel der Optimierung der dimensionierungsrelevanten Kennwerte einer bitumendominaten Tragschicht in Kaltbauweise wurden zunächst Art und Gehalt der Bitumenemulsion und des Asphaltgranulates variiert. Zur Festlegung der Gemischzusammensetzungen wurden die volumetrischen Kenndaten sowie die zeitliche Entwicklung der Steifigkeiten im Spaltzugversuch ermittelt. Die ermittelten Steifigkeiten zeigen, dass statische Spaltzugfestigkeiten von 1,1 bis über 1,5 MPa nach 28 Tagen Probenlagerung erreicht werden können. Die zum Vergleich herangezogene statistische Auswertung von baubegleitenden Untersuchungen der BAB 30 belegt einen deutlichen Unterschied. Hier lagen die mittleren Spaltzugfestigkeiten nach 28 Tagen nur bei 0,5 bis 0,7 MPa. Die Bruchdehnungen der in diesem Forschungsprojekt untersuchten Gemische von über 2,5 ‰ dokumentieren zudem einen eindeutigen emulsions-dominaten Mischgutcharakter. Auch die statischen E-Moduln sind mit bis zu 5000 MPa als hoch für eine Bitumenemulsion gebundene Asphalttragschicht einzustufen. Mit den ausgewählten Gemischen wurden anschließend Probeplatten mit dem Walzsektor-Verdichtungsgerät hergestellt. Hierzu wurden die Verdichtungsbedingungen leicht modifiziert. An den aus den Probeplatten herausgebohrten Bohrkernen wurden mittels dynamischem Spaltzug-Schwellversuch die Steifigkeiten bei Prüftemperaturen von -10 bis 20 -°C, sowie bei den Prüffrequenzen von 0,1, 1, 5 und 10 Hz bestimmt. Darüber hinaus wurde, ebenfalls im Spaltzug-Schwellversuch, das Ermüdungsverhalten bei 20 -°C ermittelt. Die Ergebnisse der dynamischen Spaltzug-Schwellversuche zeigen, dass die Steifigkeiten der mit Bitumenemulsion gebundenen Asphalttragschichten nicht das Niveau einer Heißasphalttragschicht erreichen. Fast über den gesamten Temperatur- und Frequenzbereich sind deutlich niedrigere Steifigkeiten ermittelt worden. Tendenziell erreichen die Gemischvarianten mit dem weicheren Asphaltgranulat zumindest bei niedrigeren Prüftemperaturen und/oder niedrigeren Prüffrequenzen höhere Steifigkeiten im Vergleich zu den Gemischen mit dem härteren Bindemittel im Asphaltgranulat. Die aus den Laborversuchen abgeleiteten Ermüdungskurven zeigen im Vergleich zum Referenzasphalt eine ähnliche Situation. Auch hier ist ein signifikant schlechteres Verhalten im Vergleich zum Niveau einer Heißasphalttragschicht erkennbar. Ebenso zeigt die Mehrzahl der Gemischvarianten mit dem weicheren Bindemittel im Asphaltgranulat im Vergleich zu den Varianten mit dem härteren Asphaltgranulat ein etwas besseres Ermüdungsverhalten. Die Dimensionierungsberechnungen haben ergeben, dass die Einbindung einer Kaltasphalttragschicht in den hohen Belastungsklassen nur sehr bedingt möglich ist. Hier lassen sich lediglich unter Berücksichtigung einer konventionellen Asphalttragschicht als unterste Asphaltschicht brauchbare Lösungen errechnen. Bei Belastungsklassen Bk3,2 und niedriger konnten wirtschaftlich und bautechnisch sehr sinnvolle Lösungen dargestellt werden. Hier bietet sich offensichtlich ein sehr interessantes Anwendungsgebiet für Kaltasphalttragschichten an. Allerdings haben nur wenige der untersuchten Gemischvarianten zu einer wirtschaftlichen Oberbaudicke geführt. Die Varianten mit dem weicheren Asphaltgranulat (AG1), und hier besonders die Varianten mit hohem Asphaltgranulatanteil lieferten die wirtschaftlichsten Oberbaukonzepte. Zukünftige Forschungsprojekte mit Kaltasphaltbauweisen sollten die mechanische Wirksamkeit des Emulsionswassers in zeitlicher Betrachtung berücksichtigen. Hierzu konnte gezeigt werden, dass auch weit über 28 Tage hinaus noch eine deutliche positive Veränderung der mechanischen Eigenschaften an mit Bitumenemulsion gebundener Asphalttragschichten zu erwarten ist.