Planbarkeit von Straßensanierungen

Asphaltintegriertes Messsystem könnte Staus vermeiden

Analyse der Sensorik des Asphaltprobekörpers mit integriertem Sensorgewebe in einer Prüfmaschine.

Am Fraunhofer WKI wurde mit der grundlegenden Forschung für ein Messsystem begonnen, mit dem sich der Straßenzustand zu jedem Zeitpunkt über größere
Strecken messen lässt, ohne die Straße zu beschädigen.

Gemeinsam mit der Hochschule Hannover, der Hochschule Magdeburg-Stendal und dem Fraunhofer IFAM haben Forschende am Fraunhofer WKI mit der grundlegenden Forschung für ein Messsystem begonnen, mit dem sich der Straßenzustand zu jedem Zeitpunkt über größere Strecken messen lässt, ohne die Straße zu beschädigen. Das Bundesministerium für Verkehr und Infrastruktur (BMVI) hat das Projekt ermöglicht und gefördert. Sanierungsmaßnahmen könnten so besser und frühzeitiger geplant werden – idealerweise für einen Zeitraum außerhalb der Ferienzeiten. Bisher werden Bohrkernprüfungen eingesetzt. Sie schädigen die zu untersuchende Straße zusätzlich und können daher nur stichprobenartig erfolgen.

Das Projekt SenAD wurde im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND mit insgesamt 90.000 Euro durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert. Das Fraunhofer WKI hat gemeinsam mit Partnern die grundlegende Machbarkeit eines Messsystems auf Basis eines elektrisch leitenden Materials nachgewiesen, welches in ein biobasiertes Gewebe integriert wird.

Sensor-Gewebe im Asphalt

Dieses Hybridgewebe könnte in Zukunft in die Asphalttragschicht eingebaut werden. Wenn die Asphalttragschicht mit der Zeit durch den Einfluss von Verkehr und Witterung ermüdet, kommt es im Sensor-Gewebe zu Veränderungen des elektrischen Widerstands des Sensormaterials. Die Veränderungen des Widerstands geben somit Aufschluss über den Degradationszustand der Asphalttragschicht. Dadurch können Sanierungsmaßnahmen besser und vor allem nachhaltiger geplant werden.

Wenn die Sensorik in bestimmten Abständen in die Asphaltschicht eingebaut wird, ist es möglich, über nahezu die gesamte Straße Messpunkte zu erhalten. Das Auslesen der Daten kann durch Einsatz verschiedener Übertragungswege nicht nur kontaktlos, sondern sogar extern von einem zentralen Punkt aus erfolgen, ohne Personaleinsatz vor Ort. Durch die Verwendung von kostengünstiger Messelektronik führt die Ausrüstung von Straßen mit Sensoren nur zu geringen Mehrkosten.

Schädigungsprozesse frühzeitig erkennen

„Wenn Schädigungsprozesse im Asphalt auftreten, ist gleichzeitig das integrierte Sensorgewebe betroffen. So ist es möglich, aus dem Ermüdungszustand des leitenden Materials auf den Versagenszeitpunkt der Asphaltbefestigung zu schließen. Die Daten zeigen den aktuellen inneren Zustand der Tragschicht. Langfristig könnte dieses Verfahren die bisherigen zerstörenden Prüfungen ersetzen“, erläutert Christina Haxter, Projektleiterin am Fraunhofer WKI.

Das Trägergewebe, in welches die Sensorik integriert wird, ist vollständig biobasiert. Die Gewebeentwicklung und -herstellung erfolgte am Fraunhofer WKI in enger Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IFAM und der Hochschule Magdeburg-Stendal. Ziel der Gewebeentwicklung war die Konstruktion und Herstellung eines biobasierten Drehergewebes, das die besonderen Anforderungen im Straßenbau durch eine gezielt entwickelte Konstruktion (Flächengewicht, Garnabstände und Verschiebefestigkeit) erfüllt.

Insbesondere die möglichst großen Garnabstände bei gleichzeitig ausreichend hoher Verschiebefestigkeit sowie Integration der Sensorikdrähte stellten eine besondere Herausforderung dar. Das Messsystem wurde an der Hochschule Magdeburg-Stendal in Asphaltprobekörper eingebaut und mechanischer Belastung ausgesetzt. Parallel dazu analysierten Forschende des Fraunhofer IFAM die Sensorik und erhoben die Daten während dieser mechanischen Prüfung.