Der bituminöse Straßenbau

      
     
       
1. Bitumen      
Bitumen wird in Raffinerien durch fraktionierte Destillation von Erdöl gewon-nen und besteht aus verschiedenen organischen Substanzen. Die Entstehung der in porösen Sedimetgesteinen angereicherten Erdöle wird auf die Um-wandlung der Wasseranteile von Wassertieren, vorwiegend auch von Plankton, unter Luftabschluß zurückgeführt. Die Viskosität (Fließverhalten) des Bitumen ändert sich mit der Temperatur. Bei normalen Temperaturen ist es halbfest bis springhart, bei Erwärmung erst knetbar, dann zähflüssig und wird schließllich zwischen 150 und 200° C dünnflüssig. Diese thermo-plastischen Eigenschaffen macht Bitumen zu einem hervorragend geeigneten Bindemittel im Asphaltbau. Ca. 80 % der Bitumenproduktion wird im Straßenbau verwendet.


Bild 1 : Schematische Darstellung der Bitumenherstellung


Für die Gewinnung von Bitumen werden nur schwere Rohöle - meist aus Venezuela, dem mittleren Osten oder Rußland - verwendet, die per Schiff oder Pipelines in die Raffinerien gelangen.

Der Herstellungsprozeß erfolgt in zwei Stufen :
  • Stufe 1
    nach Erwärmung auf Temperaturen zwischen 350 und 380° Cwird das Rohöl unter atmospärischem Druck destilliert.
    Hierbei verdampfen Bezin und Mitteldestillate.

  • Stufe 2
    die Vakuum-Destillation. Unter vermindertem Druck werden weitere Bestandteile abdestilliert. Hierbei verdampfen Öle, die für die Her-stellung von Schmierölen gewonnen werden. Der Rückstand der zweiten Stufe ist das Bitumen. Den Härtegrad kann man durch das Abziehen von Destillationsanteilen beeinflussen.
      
Das nach der Destillation verbleibende Bitumen ist eine kolloidale Mischung von öligen Maltenen und hochmelekularen festeren Mizellen, die aus Asphaltenen und Harzen bestehen. Das Oxydationsvermögen von Bitumen an der Luft ist äußerst gering.
  

1.1 Bitumenarten

Die verschiedenen Bitumenarten werden nach ihrer Herstellungsart oder ihren Anwendungsgebieten unterschieden :

  • Destillationsbitumen
    Die Herstellung ist oben beschrieben. Bei diesem Herstellungsprozeß werden weiche bis mittelharte Bitumensorten gewonnen, die über-wiegend im Straßenbau verwendet werden.


  • Oxidationsbitumen
    Die weichen Destillationsbitumen werden bei Temperaturen zwischen 230 und 290 ° C durch Einblasen von Luft weiterbehandelt.
    Hierbei erhält man durch Oxydation Bitumensorten, die gegen Kälte und Wärme widerstandsfähiger sind .     Oxidationsbitumen finden Anwendung im Industriebereich bei Herstellung von Dach- und Dichtungsbahnen, von Klebemassen und zur Isolierung von Rohrleitungen.

  • Hochvakuum- und Hartbitumen
    Diese Sorten werden in einer weiteren Behandlungsstufe bei der Destillation, dem Entziehen hochsiedender Öle, gewonnen. Haupteigenschaft ist die harte bis springharte Konsistenz. Sie finden Verwendung z.B. bei der Herstellung von Gußasphalt für Estriche sowie für bituminöse Anstriche.

  • Polymermodifizierte Bitumen
    Werden durch chemische Vernetzung von Destillationsbitumen und Polymeren hergestellt. Hierbei verändert sich das thermoviskose und elastoviskose Verhalten des Bitumen. Anwendungsgebiete sind z.B. besonders beanspruchte Verkehrsflächen im Straßen- und Flugplatzbau.
  
1.2 Härtestufen des Bitumens

Je nach Schwerölentzug bei der Destillation werden die Bitumensorten in Härtestufen eingeteilt.

B 200 B 80 B 65 B 45 B 25
weicher < - > härter

Die Sortenbezeichnung gibt hierbei die Eindringtiefe (siehe Nadelpenetration) in 1/10 mm an.

Weiches Bitumen:

  • Erleichtert das Einbauen und Verdichten
  • Begünstigt Nachverdichtung unter Verkehr
  • Verringert die Rißempfindlichkeit dünner Konstruktionen bei Überlastung
    Begünstigt aber Verformuingen unter Schwerverkehr im Sommer

Härteres Bitumen:

  • Erhöht die Verformungsbeständigkeit
  • Höherer Verdichtungsaufwand
  • Verkürzte Verarbeitungsfrist
  • Größere Einbaudicken zur besseren Verdichtbarkeit

1.3 Prüfverfahren für bituminöse Bindemittel

DIN 1995  
Anforderungen für bituminöse Bindemittel für den Straßenbau
DIN 52010   Nadelpenetration
DIN 52011   Erweichungspunkt Ring und Kugel (EP RuK)
DIN 52012   Brechpunkt nach Fraaß (BP Fr)
DIN 52013   Duktilität
DIN 52025   Erweichungspunkt nach Kraemer-Sarnow
 


2. Asphalt
Die Herstellung von Asphalt erfolgt in Mischwerken durch die Verarbeitung der unterschiedlichen Minerstoffe in abgestufter Korngrößenverteilung mit dem Bitumen als Bindemittel.

  

Bild 2 : Bitumen umhüllt die Zuschlagsstoffe

2.1 Mineralstoffe		  

Zur Verwendung gelangen meist gebrochene oder ungebrochene Natursteine sowie Hochofenschlacken oder Metallhüttenschlacken. Die Lieferung dieser Mineralstoffe reglementiert die TL Min (Technische Lieferbedingungen für Mineralstoffe).
  • Füller (oder Gesteinsmehl) <0,09 mm, zur Stabilisierung des bituminösen Bindemittels
  • Natursand und / oder Brechsand 0,02 - 2 mm
  • Splitt 2 - 32 mm
  • Edelsplitt 2 - 22 mm
  • Kies bis 63 mm
  
2.2 Bituminöses Mischgut  

Das bituminöse Mischgut ist das Gemisch aus bituminösen Bindemitteln und natürlichen und/oder künstlichen Mineralstoffen.
Das Mischgut besteht zu 82 - 97 M-% aus Mineralstoffen und dem Rest aus Bindemitteln. Je nach Kornzuammensetzung werden 5 Mischgutarten unterschieden.
Der Bindemittelsorte bzw. Einbauverfahren entsprechend wird das Mischgut entweder in Heiß-, Warm- oder Kalteinbau eingebracht.
Im Straßenbau ist der Heißeinbau das hauptsächlich angewandte Einbauverfahren.

    B 65 B 80
vor dem Einbau kühles Wetter 190° C 180° C
  Warmes Wetter 160° C 150° C
Bei Walzbeginn :   >= 180° C >= 170° C
Bei Walzende :   120° C 100° C
 

2.3 Bituminöse Bauweisen


Bild 3 : Begriffsbestimmung, Damm

Die Oberbaubemessung erfolgt nach den Richtlinien zur Standardisierung des Oberbaus, den RStO. Hierbei erfolgt eine Einstufung der zu bemessenden Straße in Abhängigkeit zur Verkehrsbelastung in Bauklassen. Der Schichtenaufbau mit seinen Abmessungen kann dann den entsprechenden Tabellen entnommen werden.

Zeile

Maßgebende Verkehrsbelastungszahl (VB)

Bauklasse
1 < 3200 SV
2 über 1800 bis 3200 I
3 über 900 bis 1800 II
4 über 300 bis 900 III
5 über 60 bis 300 IV
6 über 10 bis 60 V
7 bis 10 VI


2.3.1 Deckschichten

Die Asphaltdeckschicht oder auch Verschleißschicht ist der obere Teil des Oberbaues. Die Fahrbahndecke besteht aus einer oder zwei Binderschicht(en) und einer darüber liegenden Deckschicht oder nur aus einer Deckschicht.

An die Deckschicht werden insbesondere Anforderungen an die Griffigkeit, die Verschleißfähigkeit, die Verfomungsbeständigkeit, der Abdichtung darunter liegender Schichten gegen Niederschläge und der Hoglraumarmigkeit gestellt.

Deckschichten werden aus Asphaltbeton, Gußasphalt, Asphaltmastix oder aus Splittmastixasphalt hergestellt.
Die Schichtdicken betragen 3 - 5 cm.

2.3.1.1 Asphaltbeton

Der Asphaltbeton ist ein korngestuftes Mineralgemisch aus Splitten, Sand und Füller sowie dem abgestimten Bindemittel
Besondere Abstumpfungsmaßnahmen sind das Einstreuen und Einwalzen von Edelbrechsand oder Edelsplitt 2/5.

Körnungen Asphaltbeton : 0/5, 0/8, 0/11, 0/16 mm

Asphaltbeton (Heißeinbau) 0/16 S 0/11S 0/11 0/8 0/5
1. Mineralstoffe Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand, Gesteinsmehl
Körnung in mm 0/16 0/11 0/11 0/8 0/5
Kornanteil < 0,09 Gew.-% 6 - 10 6 - 10 7 - 13 7 - 13 8 - 15
Kornanteil > 2 Gew.-% 55 - 65 50 - 60 40 - 60 35 - 60 30 - 50
Kornanteil > 5 Gew.-% - - - >= 15 <= 10
Kornanteil > 8 Gew.-% 25 - 40 15 - 30 >=15 <= 10 -
Kornanteil > 11,2 Gew.-% >= 15 <= 10 - - -
Kornanteil > 16 Gew.-% <= 10 - - - -
Brechsand : Natursand >= 1 : 1 >= 1 : 1 >= 1 : 1² >= 1 : 1² -
2. Bindemittel          
Bindemittelsorte 50/70
(70/100)1		 50/70
(70/100)1		 70/100
(50/70)1		 70/100
(50/70)1		 70/100
(160/220)1
Bindemittelgehalt Gew.-% 5,2 - 6,5 5,9 - 7,2 6,2 - 7,5 6,4 - 7,7 6,8 - 8,0
3. Mischgut
Hohlraumgehalt3 am Marshall-
probekörper Vol.-%		          
a. Baukl. SV, I, II, IIIS und StSLW 3,0 - 5,0 3,0 - 5,0      
b. Baukl. III, IV     2,0 - 4,0 2,0 - 4,0  
c. Baukl. V, VI, StLLW und Wege     1,0 - 3,0 1,0 - 3,0 1,0 - 3,0
4. Schicht          
Einbaudicke cm 5,0 - 6,0 4,0 - 5,0 3,5 - 4,5 3,0 - 4,0 2,0 - 3,0
oder Einbaugewicht kg/m² 120 - 150 95 - 125 85 - 115 75 - 100 45 - 75
Verdichtungsgrad % >= 97 >= 97 >= 97 >= 97 >= 96
Hohlraumgehalt Vol.-% <= 7,0 <= 7,0 <= 6,0 <= 6,0 <= 6,0

1 Nur in besonderen Fällen

2 Nur bei Bauklasse III

3 Bei > 20 Gew.-% Hochofen- oder Metallhüttenschlacke im Mineralstoffgemisch ist statt der Berechnung des Hohlraumgehaltes die Bestimmung der Wasseraufnahme durchzuführen. Es gelten dieselben Grenzwerte.

2.3.1.2 Gußasphalt

Gußasphalt ist ein hohlraumarmes abgestuftes Gemisch aus Splitt, Sand, Füller und Straßenbaubitumen. Der Bindemittelüberschuß im eingebauten Zustand ist bei Gußasphalt gering, so dass widerstandsfähigere und damit verkehrssichere Deckschichten hergestellt werden können.

Körnungen Gußasphalt : 0/5, 0/8, 0/11 mm

Gußasphalt 0/11 S 0/11 0/8 0/5
1. Mineralstoffe Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand, Gesteinsmehl
Körnung in mm 0/11 0/8 0/5
Kornanteil < 0,09 Gew.-% 20 - 30 22 - 32 24 - 34
Kornanteil > 2 Gew.-% 45 - 55 40 - 50 35 - 45
Kornanteil > 5 Gew.-% - >= 15 <= 10
Kornanteil > 8 Gew.-% >= 15 <= 10 -
Kornanteil > 11,2 Gew.-% <= 10 - -
Brechsand : Natursand >= 1 : 2 - - -
2. Bindemittel        
Bindemittelsorte 30/45
(20/30)1		 30/45
(50/70)1
Bindemittelgehalt Gew.-% 6,5 - 8,0 6,8 - 8,0 7,0 - 8,5
Erweichungspunkt RuK
nach der Extraktion oC		 <= 70² <= 70 <= 70 <= 70
3. Mischgut
Eindringtiefe 5 cm² bei 40 oC
am Probewürfel		        
nach 30 Min. mm 1,0 - 3,5 1,0 - 5,0 1,0 - 5,0 1,0 - 5,0³
Zunahme nach weiteren 30 Min. mm <= 0,4  <= 0,6 <= 0,6 <= 0,6
4. Schicht        
Einbaudicke
(einschl. Abstreumaterial) cm		 3,5 - 4,0 2,5 - 3,5 2,0 - 3,0
oder Einbaugewicht
(einschl. Abstreumaterial) kg/m²		 80 - 100 65 - 85 45 - 75
Abstreumaterial        
Edelsplitt 2/5 mm 5 - 8 kg/m²
Edelsplitt 2/5 mm und/oder 5/8 mm 15 - 18 kg/m²
Edelbrechsand oder Natursand 2 - 3 kg/m²

1 Nur in besonderen Fällen

2 Bei Verwendung von Bitumen 20/30 EP <= 75 oC

3 Bei Rad- und Gehwegen <= 10 mm

2.3.1.3 Asphaltmastix

Asphaltmastix ist ein dichtes Gemisch aus Füller, Sand und Straßenbaubitumen. Durch den höheren Bindemittelgehalt ist Asphaltmastix in heißem Zustand gieß-und streichbar. Beim Einbau wird Splitt aufgestreut und eingewalzt.

Körnung Asphaltmastix : 0/2 mm

Asphaltmastix 0/2
1. Mineralstoffe Natursand oder
Edelbrechsand und Natursand,
Gesteinsmehl
Körnung in mm 0/2
Kornanteil < 0,09 Gew.-% 30 - 60
Kornanteil > 2 Gew.-% <= 15
2. Bindemittel  
Bindemittelsorte 50/70, 70/100
(30/45, 160/220)1
Bindemittelgehalt Gew.-% 13,0 - 18,0
3. Mischgut
  
Erweichungspunkt WilhelmioC
ist festzustellen
4. Schicht  
Einbaugewicht
des Asphaltmastix kg/m²		 3,5 - 4,0
Abstreumaterial  
Edelsplitt 5/8 mm, 8/11 mm oder 11/16 mm 15 - 25 kg/m²

1 Nur in besonderen Fällen

2.3.2 Binderschichten

Die Binderschicht stellt den Übergang zwischen Deckschicht und Tragschicht dar. Hauptaufgabe ist die Aufnahme der Schublasten aus dem Verkehr aufzunehmen und in die Tragschichten abzuleiten. Darüber hinausbesteht ihre Aufgabe darin, die Unebenheiten der Deckschicht auszugleichen.

Der Aufbau der Binderschicht ist entsprechend dem Asphaltbeton, jedoch in hohlraumreichere Zusammensetzung. Hierbei ist der Splittanteil größer und der Sand-, Füller- und Bindemittelanteil geringer.

Binderschichten werden in Mineralstoffgemischen 0/11, 0/16 und 0/22 mm eingebaut. Wobei der Binder 0/11 mm nur zum Profilausgleich verwendet wird.

Asphaltbinder 0/22 S 0/16 S 0/16 0/11
1. Mineralstoffe Edelsplitt, Edelbrechsand, Gesteinsmehl Edelsplitt, Edelbrechsand, Natursand, Gesteinsmehl
Körnung in mm 0/22 0/16 0/16 0/11
Kornanteil < 0,09 Gew.-% 4 - 8 4 - 8 3 - 9 3 - 9
Kornanteil > 2 Gew.-% 70 - 80 70 - 75 60 - 75 50 - 70
Kornanteil > 8 Gew.-% - - - >= 20
Kornanteil > 11,2 Gew.-% - >= 25 >= 20 <= 10
Kornanteil > 16 Gew.-% >= 25 <= 10 <= 10 -
Kornanteil > 22,4 Gew.-% <= 10 - - -
Brechsand : Natursand 1 : 01 1 : 01 >= 1 : 1 >= 1 : 1
2. Bindemittel        
Bindemittelsorte (50/70)2; 30/45
PmB 454		 (50/70)2; 30/45
PmB 454		 50/70, 70/100
( 30/45)2		 50/70, 70/100
Bindemittelgehalt Gew.-% 4,0 - 5,0 4,2 - 5,5 4,0 - 6,0 4,5 - 6,5
3. Mischgut        
Hohlraumgehalt3 am Marshall-
probekörper Vol.-%		 5,0 - 7,0 4,0 - 7,0 3,0 - 7,0 3,0 - 7,0
4. Schicht        
Einbaudicke cm 7,0 - 10,0 5,0 - 8,5 4,0 - 8,5 nur zum Profilausgleich,
nicht für Bkl. SV, I, II, III und
Straßen mit besonderen Beanspruchungen
oder Einbaugewicht kg/m² 170 - 250 125 - 210 95 - 210  
Verdichtungsgrad >= 97 >= 97 >= 97 >= 96 (bei Dicken >= 3 cm)

1 Bei Zugabe von Fräsasphalt aus Decken darf der Natursandanteil im resultierenden Mischgut höchstens 5 Gew.-% betragen.

2 Nur in besonderen Fällen.

3 Bei > 20 Gew.-% Hochofen- oder Metallhüttenschlacke im Mineralstoffgemisch ist statt der Berechnung des Hohlraumgehaltes die Bestimmung der Wasseraufnahme durchzuführen. Es gelten dieselben Grenzwerte.

4 Die Marshall-Probekörper sind bei Verwendung von PmB 45 bei 145 ± 5oC herzustellen.

2.3.3 Bituminöse Tragschicht

Die bituminöse Tragschicht nimmt die Belastungen aus dem Verkehr auf.

Lieferkörnungen : 0/16, 0/22, 0/32 mm. Die Körnung 0/16 mm wird nur für Ausgleichsschichten verwendet.

Anforderungen an Mineralstoffgemisch und Mischgutarten (ZTVT-StB 95)

Misch-
gutart		 Körnung Körnung
>2 mm im
Mineral-
stoffgemisch		 Körnung
< 0,09 mm im
Mineral-
stoffgemisch		 gröbste
Körnung
mind.		 Überkorn
höchst.		 Bindemittel-
gehalt für den
Regelfall		 Marshall-
Stabilität
bei 60omind.		 Marshall-
Fließwert		 Hohlraum-
gehalt
(Marshall-
Probekörper)
- mm Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% Gew.-% kN mm Vol.-%
AO 0/2 - 0/32 0 - 80 2 - 20 10 20 3,3 2,0 1,5 - 4,0 4,0 - 20,0
A 0/2 - 0/23 0 - 32 4 - 20 10 10 4,3 3,0 1,5 - 4,0 4,0 - 14,0
B 0/22; 0/32; 0/16* > 35 - 60 3 - 12 10 10 3,9 4,0 1,5 - 4,0 4,0 - 12,0
C 0/22; 0/32; 0/16* > 60 - 80 3 - 10 10 10 3,6 5,0 1,5 - 4,0 4,0 - 10,0
CS 0/22; 0/32; 0/16* > 60 - 80 3 - 10 10 10 3,6 8,0 1,5 - 5,0 5,0 - 10,0

* Nur für Ausgleichsschichten
** Werden mehr als 20 Gew.-% kapillarporöse Mineralstoffe mit offenen Poren im Mineralstoffgemisch verwendet, gelten die in Spalte (10) genannten Werte für die Wasseraufnahme nach DIN 1996 Teil 8.

Zuordnung der Mischgutarten zu den Bauklassen und zu der Einbauart (ZTVT-StB 95)

Einbauart Bauklasse
SV I II - IV V - VI
einschichtig CS B, C, CS B1, C, CS B, C, CS
mehr-
schichtig 		obere
Schicht		 CS B², C, CS (B1, C, CS)³ (B, C, CS)³
untere
Schicht		 B, C, CS, (AO, A)³ A, B, C, CS, AO³ (AO, A, B, C, CS)³

1 bei einer Dicke der darüber liegenden Decke von mindestens 8 cm
² nicht vorzusehen, wenn untere Schicht aus AO oder A besteht
³ nur bei Asphaltoberbau

Literatur

Fachbuchauswahl :

Straßenbautechnik (Velske), Werner Verlag, Düsseldorf
Bautabellen (Schneider), Werner Verlag, Düsseldorf
Bautechnische Zahlentafeln (Wendehorst/Muth), Teubner Verlag, Stuttgart
Straßenbau von A bis Z (Lose-Blatt-Sammlung), Erich Schmidt Verlag, Bielefeld
Technologie der Baustoffe (Piltz/Härig/Schulz), Dr. Lüdecke-Verlagsges., Haslach i.K.

Veröffentlichungen der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswege e.V. :

Richtlinien fücr die Standardisierung des Oberbaues von Verkehrsflächen (RStO 86), 1986 und 1989
Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Fahrbahndecken aus Ashalt (ZTV Asphalt-StB 94)
Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für Tragschichten im Straßenbau (ZTVT-StB 95)
Merkblatt für die Herstellung von Trag- und Deckschichten ohne Bindemittel, 1995
Merkblatt für die Verwendung von Asphaltgranulat, 1993
Merkblatt für Eignungsprüfungen an Asphalt, 1991
Merkblatt für den Bau offenporiger Asphaltdeckschichten, 1991
Merkblatt für das Verdichten von Asphalt (2 Teile), 1991...1993
Technische Lieferbedingungen für Mineralstoffe im Straßenbau (TL Min-StB 94)
Richtlinien für die Güteüberwachung von Mineralstoffen im Straßenbau (RG Min-StB 93)
Technische Prüfvorschriften für Mineralstoffe im Straßenbau (TP Min-StB), 1995