Niedrige Temperatur, niedrige Emissionen

Fahrbahn mit temperaturabgesenktem Asphalt erstellt

Herausforderung Niedrigtemperaturasphalt: Mit Maschinen von Vögele und Hamm erstellte das ausführende Unternehmen im Karlsruher Autotunnel eine hochwertige und homogen verdichtete Fahrbahn.

Mit den Ausziehbohlen AB 500 und AB 600 von Vögele konnten die Fertiger eine hohe Vorverdichtung erzielen und damit die Anzahl der erforderlichen Walzübergänge reduzieren.

Die Trag- und Binderschicht im Tunnel wurde unter anderem von der Kombiwalze DV+ 90i VT-S mit thermischen Schürzen durchgeführt.

Bei der Endverdichtung kam dann auch die Hamm Kompaktwalze HD 14i VO mit einer Vibrations- und einer Oszillationsbandage zum Einsatz.

Mit Fertigern von Vögele und Walzen von Hamm konnte die ARGE „Tunnel Kriegsstraße“ der Firmen Schleith und Züblin die Emissionsauflagen erfüllen und das Mischgut gleichzeitig effizient und qualitativ hochwertig einbauen.

Seit 2019 wird die Innenstadt von Karlsruhe rund um die Kriegsstraße komplett umgebaut: Wo bisher eine breite Durchgangsstraße verlief, wird es künftig viel Platz für Fußgänger, eine begrünte Straßenbahntrasse und Baumalleen mit Radwegen geben. Zeitgleich entsteht eine U-Bahn-Linie und der Durchgangsverkehr wird in einen 1,6 km langen Autotunnel verlegt.

Beim Einbau in den beiden Tunnelröhren mit 5,30 m bzw. 6,80 m Breite legte die Auftraggeberin KASIG (Karlsruher Schieneninfrastruktur-Gesellschaft mbH) viel Wert auf den Schutz der Einbaumannschaft. Daher durften im Tunnel nur Walzen und Fertiger mit Dieselpartikelfilter arbeiten.

Außerdem war der Einsatz von Niedrigtemperaturasphalten (NTA) vorgeschrieben: Da ihre Einbautemperatur etwa 30 °C unter der von Heißasphalten liegt, reduzieren sie die Belastung der Einbaumannschaft durch Dämpfe, Emissionen und hohe Temperaturen deutlich.

Darüber hinaus gehen Experten davon aus, dass temperaturabgesenkte Asphalte eine besonders hohe Verformungsbeständigkeit aufweisen. Das zahlt sich bei einer viel befahrenen Straße wie dem Karlsruher Autotunnel besonders aus.

Kurzes Zeitfenster für Einbau und Verdichtung

Die Verarbeitung bringt hingegen einige Herausforderungen mit sich: Beim Projekt in Karlsruhe sorgten spezielle Wachse dafür, dass das Mischgut selbst bei niedrigeren Temperaturen verdichtet werden konnte. Sobald bei dieser Art von Asphalten jedoch eine kritische Temperatur unterschritten wird, werden sie schlagartig fest. Deshalb musste das Mischgut möglichst zügig und unterbrechungsfrei eingebaut und verdichtet werden. Das ausführende Unternehmen, die Martin Paschmann Asphaltbau GmbH, setzte dazu zwei Vögele Fertiger vom Typ SUPER 1800-3i sowie drei Hamm Walzen ein: eine Kombiwalze vom Typ DV+ 90i VT-S, eine Tandemwalze DV+ 70i VV-S und eine Kompaktwalze HD 14i VO.

Effiziente und leistungsfähige Fertiger gefordert

Um den Walzen möglichst viel Verdichtungszeit zu lassen, musste auf der Baustelle ein Rad ins andere greifen: Abgesehen von einem reibungslosen Mischguttransport, kam es auf einen kontinuierlichen und effizienten Einbau an. Dabei konnten die SUPER 1800-3i ihre Stärken ausspielen: Mit ihrer leistungsfähigen und schonenden Materialförderung und -verteilung erreichen sie hohe Einbaukapazitäten und können damit auch temperaturabgesenkte Asphalte in hoher Qualität einbauen. Dazu trägt vor allem der sogenannte beheizte Schneckenbock bei, den Vögele bereits patentiert hat: Er befindet sich dort, wo das Material auf die Verteilerschnecke fällt und querverteilt wird. Da seine Oberfläche bei Vögele Fertigern gleichmäßig beheizt wird, haftet dort auch bei temperaturabgesenkten Asphalten kein Material an. Die elektrische Bohlenheizung sorgt außerdem dafür, dass auch die anderen Komponenten, die Materialkontakt haben – Glättbleche und Verdichtungsaggregate – konstant beheizt werden. Das garantiert eine gleichmäßige Oberflächenstruktur und reduziert nebenbei die Verschmutzung der Maschinenkomponenten.

Hohe Vorverdichtung und Automatikfunktionen sparen Zeit

Abgesehen von einem sauberen und präzisen Einbau, ist auch die Vorverdichtung entscheidend: Im Karlsruher Autotunnel kamen die Ausziehbohlen AB 500 und AB 600 zum Einsatz, beide mit den Verdichtungsaggregaten Tamper und Vibration ausgestattet. Damit konnten die Fertiger eine hohe Vorverdichtung erzielen und so die erforderlichen Walzübergänge im Anschluss reduzieren.

Auch das Bedienkonzept ErgoPlus 3 steigerte die Effizienz und Qualität beim Einbau: Da sich die im Vergleich zum Heißmischgut höhere Viskosität des temperaturabgesenkten Asphalts auch auf die Festlegung des Walzmaßes auswirkte, waren unter anderem die Automatikfunktionen von AutoSet Plus besonders hilfreich. Denn mit der Funktion „Einbauprogramme speichern“ konnte der Fertiger-Fahrer die einmal erfolgreich verwendeten Einbauparameter speichern und am nächsten Tag oder beim nächsten Bauabschnitt auf Knopfdruck wieder abrufen.

Herausforderung bei der Endverdichtung

Neben den Herausforderungen während des Fertigereinbaus hat sich gezeigt, dass „die Erzielung der Endverdichtung durch die Walzenflotte im Vergleich zum Heißeinbau anspruchsvoller ist, denn das zur Verfügung stehende Zeitfenster bis zum Erreichen der Endverdichtung ist bei temperaturabgesenkten Asphalten deutlich kleiner“, berichtet Sebastian Boldt, Polier bei der Schleith GmbH. Die Walzen sollten wegen des kleineren Zeitfensters besonders nah am Fertiger und in kurzen, regelmäßigen Bahnen arbeiten.

„Auf diese Weise können die Walzen in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit viel Verdichtungsenergie einbringen. Dabei kann temperaturabgesenkter Asphalt auch dynamisch, also mit Vibration oder Oszillation, über die gesamte Fahrbahn homogen verdichtet werden“, sagt Dr. Axel Mühlhausen, Anwendungsexperte bei Hamm. Wenn die Walzenflotte aus Tandemwalzen und Kombiwalzen bestehen sollte, sind thermische Schürzen hilfreich, um ein schnelles Abkühlen der Reifen zu verhindern.

Der Asphalteinbau in der Tunnelröhre erfolgte in zwei Bauabschnitten. „Auf dem ersten, recht kurzen Abschnitt haben wir den Einbauprozess und die Walzschemata an die Verdichtungswilligkeit des Mischguts angepasst“, berichtet Dipl.-Ing. Christian Riede. Er hat als Oberbauleiter des Generalunternehmers Schleith alle Asphaltarbeiten koordiniert.

„Der verwendete temperaturabgesenkte Asphaltbeton war zwar relativ lange verarbeitbar, wurde aber dann schlagartig fest. Dieser sprunghafte Anstieg der Steifigkeit erschwert die Verdichtungsarbeit und ist ein wesentlicher Unterschied zu herkömmlichen Heißasphalt. Dies belegt nochmals, dass die Nutzung des richtigen Zeitfensters ein maßgeblicher Erfolgsfaktor für eine hochwertige Verdichtung ist.“

Ideale Anwendung für Kombiwalzen

Bei der Verdichtung der Trag- und Binderschicht aus Asphaltbeton hatte der Auftraggeber für die erste Überfahrt mittelschwere Walzen vorgegeben. Entsprechend kam eine ca. 9 t schwere Hamm Kombiwalze vom Typ DV+ 90i VT-S zum Einsatz. Sie verdichtete das anfangs schiebeempfindliche Mischgut zuerst mit den Gummirädern. Dabei erzeugen die Räder durch die Walkwirkung zunächst ein dichtes Gefüge. Die Bandage sorgt dann für die nötige Ebenheit.

Fährt die Walze den Fertiger dazu noch schräg an, wird eine Wellenbildung effizient vermieden. Bei der Verdichtung von schiebeempfindlichen Mischgütern in Binder-, Trag- oder Tragdeckschichten kneten und walken die Gummiräder das Material, ohne es zu schieben oder aufzureißen. Dazu benötigt die Gummiradwalze eine hohe Traktion. Bei den Hamm Walzen stellt die Anti-Schlupf-Regelung genau diese in jeder Situation sicher. Außerdem sorgt die klug konstruierte Radaufhängung mit Niveauausgleich in der DV+ dafür, dass das Gewicht gleichmäßig auf den Untergrund verteilt wird.

Tandemwalzen im Team

Die abschließende Verdichtung erfolgte mit einer Tandemwalze HD 14i VO (4,5 t) und einer schemelgelenkten Tandemwalze DV+ 70i-VV-S im Team, denn aufgrund des verkürzten Zeitfensters muss die Verdichtungsenergie schnell eingebracht werden. Beim Einbau einer frei liegenden Asphaltdecke müssen insbesondere die Randbereiche schnell angedrückt und verdichtet werden, sobald der Asphalt eine ausreichende Verformungsbeständigkeit aufweist. Das war im Tunnel wegen des Einbaus zwischen bereits installierten Schlitzrinnen nicht nötig.

Positive Bilanz

Nachdem das letzte Teilstück des Tunnels eingebaut war, zogen die Teams der Martin Paschmann Asphaltbau GmbH und der Schleith GmbH Bilanz: „Der Einbau von temperaturabgesenktem Asphalt ist für viele noch neu. Deshalb fehlen Erfahrungswerte – vor allem bezüglich des Materialverhaltens bei der Verdichtung. Aus diesem Grund haben wir die Dichte kontinuierlich per Isotopensonde überprüft. Die Messungen bestätigten ebenso wie die nachgeschalteten Laboruntersuchungen, dass wir mit den Fertigern von Vögele und den Walzen von Hamm eine hochwertige und homogen verdichtete Fahrbahn erzeugt haben“, sagt Christian Riede.