Bild 1: Aufnahmen mit einer Wärmebildkamera zeigen die Temperaturunterschiede während des Einbaus bei der Maßnahme B 270 Waldfischbach im Juni 2020

Das Thema der Nachhaltigkeit ist im Straßenbau aktueller denn je. Steigende Energiekosten und Preissteigerungen
für CO₂-Zertifikate verstärken die Notwendigkeit, den CO₂-Ausstoß und den Energieverbrauch zu reduzieren. Langfristig gesehen wird sich dieser Trend weiter fortsetzen. Die Preise für Erdöl und Erdgas sowie für daraus hergestellte Produkte, machen die Dringlichkeit einer ressourcenschonenden Industrie nochmals deutlich. Für den Asphaltstraßenbau hat
dies konkrete Auswirkungen.

Nur durch einen Asphalt, der Langlebigkeit mit einer energieschonenden Herstellung und Verarbeitung kombiniert, kann langfristig die CO₂- und Energiebilanz einer Straße optimiert werden. Die Kombination dieser beiden Aspekte ist der Schlüssel zu dem Baustoff der Zukunft.

Die Ökobilanzierung eines Straßensystems
Das Additiv B2Last von BASF kann verschiedene Nachhaltigkeitsfaktoren in einem Produkt vereinen. Dies wird in der Ökobilanzierung eines Straßensystems auf Basis des Additivs im Vergleich zu einem klassischen Straßenaufbau deutlich. Hierbei wird das komplette System Straße im Lebenszyklus betrachtet und auf Energieaufwand und verursachten CO₂-Ausstoß untersucht. Das beinhaltet den Abbau der Rohstoffe, den Herstellungsprozess in der Raffinerie und dem Mischwerk, den Materialtransport und den Ein- und Ausbau des Asphalts auf der Baustelle. Aus diesen Werten lässt sich dann die Nachhaltigkeit eines Straßensystems über einen definierten Zeitraum bewerten und auch mit einem Referenzsystem vergleichen.

Dazu werden bei dem zu bewertenden System alle drei Schichten auf Basis eines reaktivmodifizierten Grundbitumens hergestellt. Als Referenz dient eine Binder- und Deckschicht, die auf einem polymermodifizierten Bitumen (PmB) basiert. Den Unterbau bildet eine unmodifizierte Tragschicht. In Binder- und Tragschicht wird jeweils ein in der Praxis üblicher Anteil von Asphaltgranulat von 50 % verwendet, wohingegen die Decke ohne Ausbauasphalt hergestellt wird. So kann realitätsnah verglichen werden.

Reaktivmodifizierung als Lösung
Das Bitumenadditiv B2Last verkörpert mit der Reaktivmodifizierung eine neue und innovative Funktionsweise. Bei dieser sogenannten Reaktivmodifizierung werden die im Bitumen enthaltenen Komponenten über das Additiv zu einem festen und dennoch elastischen Netzwerk verbunden. Die resultierenden Eigenschaften ähneln einem PmB, wobei jedoch beim reaktivmodifizierten Asphalt einige wichtige Prozessvorteile, wie z. B. der temperaturabgesenkte Einbau entstehen. Diese Technologie wurde 2014 in einer Kooperation der BASF in Lemförde mit dem Institut für Straßenwesen Aachen (ISAC) zunächst auf Laborebene entwickelt. In dieser Zusammenarbeit konnte das chemische Know-how des Unternehmens mit dem Wissen des dem Forschungs- und Lehrinstituts im Bereich der Asphalttechnologie kombiniert werden, sodass ein leistungsstarkes Produkt maßgeschneidert für die Straßenbauindustrie entstanden ist. Auf Basis überzeugender Labor-
ergebnisse, wurden 2018 erste Asphaltierungen durchgeführt. Dabei bewies das Bitumenadditiv, dass die vielen Vorteile auch in der Praxis erfolgreich ausgespielt werden können. Seit 2020 ist es kommerziell erhältlich, sodass nach aktuellem Stand deutschlandweit bereits über 10.000 t Asphalt reaktivmodifiziert produziert und eingebaut worden sind. Mit der Aufnahme des Produkts in die Pilotproduktlistung der BASt im Jahr 2021 kann das Additiv auch offiziell bei Erprobungsstrecken für temperaturabgesenkten Walzasphalt eingesetzt werden.

Die Kombination von Langlebigkeit …

Die Langlebigkeit des Baustoffs wird durch eine hohe Stabilität und Festigkeit des Asphalts erreicht. Ein langlebiger Asphalt muss so seltener ausgefräst und erneuert werden, was die Menge an benötigtem Material und eingesetzter Energie deutlich verringern kann.

Um die Performance von Asphaltsystemen miteinander zu vergleichen, wird eine rechnerische Dimensionierung des Oberbaus (RDO) durchgeführt. Dafür werden ein mit dem Bitumenadditiv modifiziertes Asphaltsystem und ein klassisches Referenzasphaltsystem im Labor hergestellt und mit Prüfmaschinen auf deren Ermüdung getestet. Üblich ist dabei die Prüfung der Tragschicht, da die unterste Schicht des Aufbaus das Langzeitverhalten des Systems dominiert. Das Resultat der Versuchsreihe ergab, dass bei gleicher Aufbaudicke der modifizierte Asphalt doppelt so lange bis zur Ermüdung standhält. Dieser Vorteil kann dazu genutzt werden, die Einbaudicke zu reduzieren, um eine vergleichbare Ermüdungsdauer zu erhalten. Doch im Hinblick auf die Ökobilanzierung ist es vorteilhafter, die längere Haltbarkeit bei gleichem Schichtenaufbau zu nutzen.

… mit einer energiesparenden Herstellung …

Den größten Einfluss auf den Energiebedarf und den CO₂-Ausstoß im Lebenszyklus einer Straße hat der Herstellungsprozess am Asphaltmischwerk mit dem Brennerbetrieb. Je nach Asphaltsorte und anderen Rahmenparametern macht er einen Anteil von etwa der Hälfte aus. Der Heizprozess mit dem Brenner ist für einen hochwertigen Baustoff notwendig, lässt sich jedoch trotzdem optimieren. Ein klassisches Asphaltmischgut benötigt in der Herstellung eine Temperatur von etwa 170 °C, wohingegen ein reaktivmodifiziertes System temperaturabgesenkt mit 140 °C produziert werden kann. Dieser Temperaturvorteil von 30 °C wirkt sich wesentlich auf den Brennstoffbedarf und den verursachten Kohlendioxidausstoß aus und verringert beides signifikant.

… ergibt eine rundum nachhaltige Lösung

Auf Basis aller vorliegenden Daten kann eine vergleichende Ökobilanz für das Straßensystem aufgestellt werden. Das B2Last-System zeigt hier deutliche Vorteile, so werden über den gesamten Lebenszyklus 46 % weniger CO₂-Emissionen verursacht und der Energieverbrauch um 42 % gesenkt. Damit wird die Nachhaltigkeit des Systems Straße deutlich verbessert: Die Auswirkung auf die Umwelt wird gemäß der Studie nahezu halbiert. Die Studienergebnisse zeigen insgesamt einen Weg auf, den Asphaltstraßenbau der Zukunft zu gestalten. Sowohl Straßenbetreiber als auch Asphalthersteller und Baufirmen profitieren von diesem neuen reaktivmodifizerten Asphalt.                              

Bild 2: Die Verwendung des Bitumenadditivs B2Last kann die CO₂-Emissionen und den Primärenergiebedarf reduzieren

„Für den Erfolg dieser zukunftsweisenden und innovativen Lösung muss auch ein Umdenken von Seiten aller Beteiligten stattfinden. Ein stärkerer Fokus der Branche auf Niedertemperaturasphalt und auch das Bewusstsein für die Vorteile einer langlebigen Tragschicht sind dafür essenziell.“

Olivier Fleischel, Produktmanager B2Last, BASF SE

Verfasser
Jonas Michels
Junior Specialist Technical Service
jonas.michels@basf.com

BASF Polyurethanes GmbH
D-49448 Lemfoerde
www.basf.com