Praxisfall A73: Ergebnisse der FIBRA-Forschung

Auf der Teststrecke A73 bei Roermond testen BAM und Rijkswaterstaat seit August 2020 faserbewehrtes zweilagiges ZOAB im Rahmen des europäischen FIBRA-Projekts. Das bisherige Ergebnis: Deckschichten mit Aramid- und PAN-Fasern auf Standardbitumen erbringen auf der Straße gleichwertige Leistung wie die PmB-Referenz — bei 15-20 °C niedrigerer Produktionstemperatur und einem über 10% niedrigeren MKI-Wert (Umweltkostenindikator, cradle-to-gate).

Warum eine Teststrecke auf der A73?

FIBRA war ein europäisches CEDR-Forschungsprojekt von fünf Forschungseinrichtungen und zwei Industriepartnern aus sechs Ländern — in den Niederlanden BAM und Rijkswaterstaat —, das die Wissenslücken schließen sollte, die Straßenbaulastträger zögern ließen, faserbewehrten Asphalt breiter einzusetzen. Den vollständigen Hintergrund, die Ziele und die Teilnehmer lesen Sie in unserem Artikel über das FIBRA-Projekt.

Die A73 war dafür keine zufällige Wahl. BAM Infra Nederland legte auf einem zwei Kilometer langen Abschnitt bei Roermond bereits ein Demonstrationsfeld für nachhaltigen Asphalt an — als Ergebnis des Wettbewerbs „Duurzaam Asfalt“, den Rijkswaterstaat ausgeschrieben hatte. Die Faser-Teststrecke schloss daran an: ein Standort, an dem nachhaltige Tragschichten únd faserbewehrte Deckschichten unter identischer, schwerer Verkehrsbelastung beobachtet werden.

Der Teststandort: Südfahrbahn direkt hinter dem Tunnel Swalmen

Die Teststrecke wurde in der letzten Augustwoche 2020 auf der Südfahrbahn der A73 angelegt, direkt hinter dem Tunnel Swalmen auf Höhe von Roermond. Der Abschnitt hat zwei Fahrstreifen und einen Standstreifen und bewältigt circa 50.000 Fahrzeuge pro Werktag — eine repräsentative, schwer belastete Autobahn, genau das Einsatzgebiet, in dem sich Faserbewehrung beweisen muss.

Nachhaltige Tragschichten: 80 und 95% Wiederverwendung

In der unteren Lage des zweilagigen ZOAB baute BAM Infra zwei nachhaltige Asphaltmischungen ein, jede mit einer eigenen Kombination aus Wiederverwendung und abgesenkter Produktionstemperatur:

• Tragschichtmischung 1 — 80% wiederverwendeter Asphalt; Produktionstemperatur 115 °C.

• Tragschichtmischung 2 — 95% wiederverwendeter Asphalt; Produktionstemperatur 105 °C.

Zum Vergleich: Konventioneller Asphalt wird üblicherweise deutlich über 160 °C produziert. Das Demonstrationsfeld zeigt damit, dass hohe Wiederverwendungsquoten und deutlich niedrigere Produktionstemperaturen in der Tragschicht einer Autobahn technisch machbar sind — ein direkter Beitrag zu den Zirkularitäts- und Klimazielen von Rijkswaterstaat.

Vier Deckschichtmischungen in zweilagigem ZOAB

Der Fasertest selbst steckte in der Deckschicht. Zweilagiges ZOAB kombiniert eine grobe, stark dränierende untere Lage mit einer feinen Decklage; gerade diese offene Decklage ist anfällig für Kornausbruch — das Herauslösen von Gesteinskörnern aus der Oberfläche unter Verkehrsbelastung. Was ZOAB genau ist und warum die offene Struktur zugleich Stärke und Schwäche dieser Fahrbahndecke ist, lesen Sie in unserer Erklärung zu sehr offenporigem Asphaltbeton.

Die Teststrecke bestand aus vier Varianten derselben Decklage eines zweilagigen porösen Asphalts (2L-PA 8):

• Sektion 1 — Referenz mit PmB (Styrelf 65/105-80 A AP); 330 m; Hektometrierung 23.600-23.270.

• Sektion 2 — Referenz mit Straßenbaubitumen und Cellulosefaser; 350 m; Hektometrierung 23.270-22.920.

• Sektion 3 — Polyacrylnitrilfaser (PAN, Panacea), 0,15% des Mischgutgewichts; 350 m; Hektometrierung 22.920-22.570.

• Sektion 4 — Aramidfaser (Twaron 1080), circa 0,05% beziehungsweise rund 500 Gramm pro Tonne, abhängig von Mischgut und Anwendung; 320 m; Hektometrierung 22.570-22.250.

Die beiden Fasermischungen verwendeten ein Standard-Penetrationsbitumen anstelle des teureren polymermodifizierten Bitumens. Die zentrale Forschungsfrage: Können Fasern die Rolle der Polymermodifikation in einer offenen Deckschicht auf einer schwer belasteten Autobahn übernehmen?

Ergebnisse der Teststrecke

Die Sektionen wurden sowohl im Labor als auch auf der Straße durchgemessen. Die wichtigsten Messwerte je Thema im Überblick.

Produktionstemperatur und Verarbeitung

• Produktionstemperatur — PmB-Referenz: circa 181 °C; Fasermischungen: circa 159-165 °C (15-20 °C niedriger).

• Produktionsleistung — PmB-Referenz: 145-150 Tonnen/Stunde; Fasermischungen: circa 130 Tonnen/Stunde (manuelle Faserdosierung sackweise).

Die niedrigere Temperatur spart Energie im Asphaltmischwerk und reduziert Dämpfe beim Einbau. Die Fasermischungen ließen sich zudem leichter von Hand verarbeiten als die heißere PmB-Mischung, und es wurden keine Fasernester oder andere Produktions- oder Verarbeitungsprobleme beobachtet — ohne jede Anpassung an bestehende Produktions- oder Einbaugeräte.

Mechanische Leistungswerte

Alle vier Mischungen erfüllten die niederländischen Anforderungen an Wasserableitung (Becker-Test), Längsebenheit und Abriebwiderstand mit deutlichem Abstand. Die Laborwerte für die indirekte Zugfestigkeit (ITS) der PmB-Referenz gegenüber der Aramidvariante:

• ITS trocken — PmB-Referenz: 0,72 MPa; Aramidfaser: 0,578 MPa.

• ITS nass — PmB-Referenz: 0,63 MPa; Aramidfaser: 0,446 MPa.

• ITSR (Wasserempfindlichkeit) — PmB-Referenz: 88%; Aramidfaser: 77%.

Die PmB-Referenz schneidet im Labor bei der Zugfestigkeit also etwas besser ab — doch dieser Unterschied schlug sich nicht in einem messbaren Unterschied der Praxisleistung auf der Straße nieder. Eine ausführliche Einordnung dieser Zahlen, einschließlich Kosten und Recycling, finden Sie im Vergleich zwischen Aramidfasern und PmB.

Kornausbruch und Abriebwiderstand

Kornausbruch ist der maßgebende Schadensmechanismus von ZOAB, daher erhielt der Abriebwiderstand besondere Aufmerksamkeit. In den ersten drei Wochen nach der Verkehrsfreigabe schnitten die faserbewehrten Sektionen (vor allem PAN und Aramid) sogar etwas besser ab als die PmB-Referenz: Abriebwiderstand 0,555 für die Aramidsektion gegenüber 0,517 für die Referenz in Woche 3. Nach drei Monaten Verkehrsbelastung waren alle vier Sektionen visuell in gutem Zustand, ohne sichtbare Schäden oder Kornverlust.

Lärm: CPX-Messungen

CPX-Messungen nach zwölf Wochen zeigten vernachlässigbare Unterschiede zwischen den vier Mischungen: 92,8 dB(A) für die PmB-Referenz gegenüber 92,5 dB(A) für die Aramidsektion (leichte Fahrzeuge, rechter Fahrstreifen). Der linke Fahrstreifen lag konsistent circa 1,2 dB(A) niedriger — ein Verschleißeffekt des Schwerverkehrs auf dem rechten Fahrstreifen, der unabhängig vom Bewehrungstyp ist. Faserbewehrung geht also nicht zulasten der Lärmleistung des zweilagigen ZOAB; mehr dazu in Faserbewehrter Asphalt und Lärmminderung.

Umweltwirkung: LCA und MKI

• MKI cradle-to-gate — PmB-Mischung: höchste Umweltwirkung, mehr als 10% Unterschied zu den Faservarianten.

• MKI cradle-to-grave — der Unterschied schrumpft über den vollständigen Lebenszyklus auf weniger als 4%.

Der Cradle-to-grave-Unterschied ist kleiner, weil in dieser Berechnung auch Unterhaltung und Lebensende mitzählen. Für Ausschreibungen, in denen der Umweltkostenindikator (MKI) über DuboCalc und EMVI gewichtet wird, bleibt der Gewinn auf der Produktionsseite — niedrigere Temperatur, Standardbitumen, bessere Recycelbarkeit des Fräsguts — direkt nachweisbar.

Monitoring seit August 2020

Die Teststrecke liegt inzwischen gut fünf Jahre. BAM begleitet die Sektionen in Zusammenarbeit mit Rijkswaterstaat langfristig, mit Videoinspektionen im Jahr 2 und im Jahr 5 nach dem Einbau, ergänzend zum regulären jährlichen Monitoringprogramm von Rijkswaterstaat für visuelle Inspektion und Abriebwiderstand. So entsteht eine Messreihe, die weiter reicht als die übliche Abnahmeprüfung — genau das, was nötig ist, um Lebensdaueraussagen zu faserbewehrtem Asphalt zu belegen. Straßenbaulastträger, die selbst zu solcher Validierung beitragen wollen, lesen in Helfen Sie mit, den Asphalt der Zukunft zu validieren, wie eine Teststrecke im eigenen Netz aufgesetzt wird.

Schlussfolgerungen der FIBRA-Forschung

Die Forschung auf der A73 lieferte drei Hauptschlussfolgerungen:

• Poröser Asphalt kann erfolgreich mit synthetischen Fasern verstärkt werden — sowohl Polyacrylnitril als auch Aramid — anstelle von Polymermodifikation; beide Fasertypen tragen positiv zu Festigkeit und Steifigkeit des Mörtels bei.

• Die Praxisleistung (Abriebwiderstand, Lärm, Wasserableitung, Ebenheit) ist gleichwertig mit der gängigen PmB-Mischung, bei 15-20 °C niedrigerer Produktionstemperatur und geringerer Umweltwirkung.

• Es waren keine Anpassungen an bestehenden Produktions- oder Einbaugeräten nötig, und aus dem Business Case ergibt sich, dass die Faserroute in der niederländischen Situation gegenüber PmB kostenneutral ist, sofern eine vergleichbare Lebensdauer erreicht wird.

Damit ist der Praxisfall A73 einer der am detailliertesten dokumentierten Praxistests mit faserbewehrtem Asphalt in Europa — und eine solide Grundlage für Aramid- und PAN-Fasern in porösem Asphalt auf schwer belasteten Autobahnen.

Von der Teststrecke zu Ihrem Projekt

Die Fasertechnologie aus der A73-Forschung ist kein Laborkonzept mehr. Mit AsphaltX, aramidfaserbewehrtem Asphalt in der Praxis — auf Basis derselben Twaron-Aramidtechnologie — wird der Ansatz heute auf Provinzstraßen, Betriebsgeländen und Baustraßen eingesetzt; auf der N337 zwischen Zwolle und Deventer führte das über 8 Kilometer zu 50% weniger Spurrinnenbildung und 30% weniger Rissbildung gegenüber der Referenzstrecke. Erwägen Sie Faserbewehrung für eine Deckschicht oder ein Instandhaltungsprojekt, dann rechnen wir kostenlos mit — bei Mischgutentwurf, Dosierung und dem zu erwartenden MKI-Gewinn.

Quellen

• CEDR FIBRA-Projekt, Deliverable 5.1 "Scaling up of the production process and implementation of test sections" und Deliverable 6.2 "Exploitation Strategy Plan", 2021.

• Rijkswaterstaat/BAM Infra Nederland, Demonstrationsfeld nachhaltiger Asphalt A73 (Wettbewerb Duurzaam Asfalt).

• Dutch Fiber Trading (dutchfibertrading.com).