Recyceltes Asphaltgranulat (RAP) ist ausgebautes und aufbereitetes Asphaltmaterial, das in neuen Asphaltmischungen wiederverwendet wird, um den Verbrauch von Neu-Gesteinskörnung und Bindemittel zu reduzieren. Behandelt RAP-Verarbeitung, Bindemittelmischdiagramme, maximale RAP-Anteile, Leistungsfähigkeit von Mischungen mit hohem RAP-Anteil, Rejuvenatoren und Prüfhinweise für RAP-haltige Fahrbahndecken im Autobahn- und Flughafenbau.
Recyceltes Asphaltgranulat (RAP) bezeichnet ausgebautes und/oder wiederaufbereitetes Fahrbahnmaterial, das Asphaltbindemittel und Gesteinskörnungen enthält. Wenn Asphaltfahrbahnen das Ende ihrer Nutzungsdauer erreichen oder saniert werden müssen, wird die bestehende Fahrbahnkonstruktion durch Fräsen oder Abriss entfernt, wodurch ein Material entsteht, das aus hochwertigen, gut abgestuften Gesteinskörnungen besteht, die mit gealtertem Asphaltzement umhüllt sind. RAP ist das am meisten recycelte Material in den USA nach Tonnage – die Environmental Protection Agency (EPA) und die Federal Highway Administration (FHWA) schätzen, dass jährlich etwa 100 Millionen Tonnen Asphaltfahrbahn zurückgewonnen werden, wobei über 95 % dieses Materials in neuen Fahrbahnkonstruktionen wiederverwendet werden, was Asphaltfahrbahn zum am meisten recycelten Produkt in Amerika macht.
RAP wird in einer Vielzahl von Fahrbahnanwendungen eingesetzt. Die häufigste Verwendung ist als Bestandteil von Heißasphalt (HMA) und Warmasphalt (WMA) in zentralen Werksrecyclinganlagen. RAP wird auch in Kaltrecycling-Anwendungen (sowohl in situ als auch im Werk), als granulare Tragschicht, als Dammbaustoff und als Gesteinskörnung in stabilisierten Tragschichten verwendet. Die Asphalt Recycling and Reclaiming Association (ARRA) und die National Asphalt Pavement Association (NAPA) veröffentlichen umfassende Richtlinien für die RAP-Verwendung in all diesen Anwendungen.
Die Nachhaltigkeitsvorteile von RAP sind erheblich. Jede Tonne RAP, die in neuen Asphaltmischungen verwendet wird, ersetzt etwa 0,95 Tonnen Neu-Gesteinskörnung und 0,05 Tonnen Neubindemittel, abhängig vom Bindemittelgehalt des RAP. Dies führt zu erheblichen Reduzierungen des Energieverbrauchs (Abbau, Zerkleinerung und Transport von Neumaterialien), der Treibhausgasemissionen (geschätzte 20–35 % Reduktion pro Tonne produziertem Asphalt im Vergleich zu Neumischungen) und der Deponieentsorgung (Vermeidung der Entsorgung von altem Fahrbahnmaterial). Die FHWA schätzt, dass die Verwendung von RAP den US-Steuerzahlern jährlich etwa 2 Milliarden US-Dollar an reduzierten Material- und Entsorgungskosten einspart.
Das Konzept des Asphaltrecyclings ist nicht neu. Kaltrecyclingtechniken stammen aus dem frühen 20. Jahrhundert, und das erste Heißrecycling in situ wurde in den 1930er Jahren dokumentiert. Die heute weit verbreiteten modernen Asphaltrecyclingtechnologien entwickelten sich in den 1970er Jahren, angetrieben durch die Ölkrise von 1973, die die Asphaltbindemittelpreise in die Höhe schnellen ließ. Das Asphalt Institute und die ARRA haben maßgeblich an der Entwicklung und Verbreitung von Recyclingtechnologien mitgewirkt, und das Strategic Highway Research Program (SHRP) in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren lieferte zusätzliche Forschungsgrundlagen für die Einbindung von RAP in Superpave-Mischgutkonzeptionen.
Die Herstellung von hochwertigem RAP beginnt mit dem Ausbauprozess, der typischerweise entweder durch Fräsen (Kaltfräsen) oder vollständigen Ausbau erfolgt. Die Wahl der Ausbaumethode und der anschließenden Verarbeitungsschritte hat direkte Auswirkungen auf die Qualität, Gleichmäßigkeit und den letztendlichen Wert des RAP-Materials.
Fräsen (auch Kaltfräsen genannt) ist die gebräuchlichste Methode zur Erzeugung von RAP bei Fahrbahnsanierungsprojekten. Eine selbstfahrende Fräsmaschine verwendet eine rotierende Trommel mit hartmetallbestückten Schneidzähnen, um die obere Schicht der Fahrbahnoberfläche bis zu einer bestimmten Tiefe zu entfernen, typischerweise im Bereich von 25 mm (1 Zoll) für Oberflächenfräsung bis zu 150 mm (6 Zoll) oder mehr für Tiefenfräsung. Die Fräsmaschine produziert ein gebrochenes, granuläres Material mit Partikelgrößen, die im Allgemeinen von Staub bis zu 50 mm (2 Zoll) reichen. Moderne Fräsmaschinen sind mit automatischen Nivelliersystemen ausgestattet, die präzise Frästiefen einhalten können, und das Fräsgut wird typischerweise über ein Förderbandsystem direkt in LKWs geladen. Das gefräste RAP aus einem einzigen Projekt liefert ein gleichmäßiges, gut charakterisiertes Material, da es von einer Fahrbahn mit bekannter Baugeschichte und einheitlichen Materialeigenschaften stammt. Diese Gleichmäßigkeit macht gefrästes RAP ideal für die Verwendung in der neuen HMA-Produktion, insbesondere bei Anteilen über 15–25 %.
Vollständiger Ausbau wird verwendet, wenn die gesamte Fahrbahnkonstruktion entfernt werden muss, typischerweise bei Erneuerungsmaßnahmen oder wenn der Zugang zu Versorgungsleitungen erforderlich ist. Planierraupen, Bagger oder Radlader brechen die Fahrbahn in handhabbare Platten, die in LKWs geladen und zu einer Verarbeitungsanlage transportiert werden. Vollausbau-RAP ist im Allgemeinen weniger gleichmäßig als gefrästes RAP, da es Material aus mehreren Fahrbahnschichten enthalten kann (Deckschicht, Binderschicht und möglicherweise darunterliegende behandelte oder unbehandelte Tragschichten). Vollausbau-RAP erfordert oft eine umfangreichere Zerkleinerung und Siebung, um ein gleichmäßiges Produkt zu erzeugen, das für das Recycling in neuen Asphaltmischungen geeignet ist.
Zerkleinerung von RAP ist notwendig, um übergroße Partikel auf eine für die beabsichtigte Anwendung geeignete Maximalgröße zu reduzieren. Die RAP-Zerkleinerung erfordert spezielle Ausrüstung, die mit den einzigartigen Eigenschaften asphaltumbüllter Gesteinskörnung umgehen kann – das Material ist klebrig, neigt zum Verstopfen von Sieben, und das Asphaltbindemittel kann unter der durch Reibung erzeugten Hitze erweichen und verschmieren. Übliche RAP-Zerkleinerungsgeräte umfassen Backenbrecher, Prallbrecher, Hammermühlen und Kegelbrecher. Backenbrecher sind für die primäre Zerkleinerung großer RAP-Platten wirksam, erzeugen jedoch einen höheren Anteil an Feinstanteilen. Prallbrecher und Hammermühlen werden häufiger eingesetzt, da sie ein kubisches Produkt mit weniger Feinstanteilproduktion erzeugen. Viele RAP-Verarbeitungsanlagen verwenden ein zweistufiges Zerkleinerungssystem mit einem Primärbrecher zur Reduzierung der Korngröße, gefolgt von einem Sekundärbrecher und einem Siebkreis, um die gewünschte Endabstufung zu erreichen. Der Zerkleinerungsprozess sollte gesteuert werden, um die Erzeugung von überschüssigem Material unter 0,075 mm (Sieb Nr. 200) zu minimieren, was das Staub-Bindemittel-Verhältnis in der Mischgutkonzeption erhöhen und höhere Mengen an Neubindemittel absorbieren kann.
Siebung trennt das zerkleinerte RAP in die gewünschten Größenfraktionen. Die Sieböffnungen werden basierend auf der Nennkorngröße (NMAS) der Mischungen ausgewählt, in denen das RAP verwendet wird. Für die HMA-Produktion wird RAP typischerweise gesiebt, um Material größer als 25 mm (1 Zoll) oder 19 mm (3/4 Zoll) zu entfernen. Viele Hersteller verwenden jetzt die RAP-Fraktionierung – die Trennung von RAP in zwei oder mehr Größenfraktionen, typischerweise grobes RAP (Rückhalt auf dem 8-mm- oder 4,75-mm-Sieb) und feines RAP (Durchgang durch das 8-mm- oder 4,75-mm-Sieb). Die Fraktionierung bietet erhebliche Vorteile: Die feine RAP-Fraktion hat typischerweise einen höheren Bindemittelgehalt (das gealterte Bindemittel konzentriert sich tendenziell auf den kleineren Partikeln) und die grobe Fraktion liefert einen zuverlässigeren Gesteinskörnungsbeitrag. Die FHWA und NCAT haben dokumentiert, dass die Fraktionierung höhere RAP-Einsatzanteile und gleichmäßigere Mischgutkonzeptionen ermöglicht.
Lagerung von aufbereitetem RAP erfordert sorgfältige Aufmerksamkeit, um Verunreinigung, Entmischung und Feuchtigkeitsansammlung zu verhindern. RAP-Lager sollten auf einer befestigten, gut entwässerten Oberfläche angelegt werden, um Verunreinigung durch den darunterliegenden Boden zu vermeiden. Die Lager sollten in Schichten nach denselben Methoden wie bei Neu-Gesteinskörnungen aufgebaut werden – LKWs kippen die Ladung an der Spitze des Haufens ab, und das Material wird mit einer Planierraupe oder einem Lader in dünnen Lagen abgeschoben. Diese Methode minimiert Entmischung. Nach Möglichkeit sollten eigene Lager für RAP aus bestimmten Quellen unterhalten werden, da dies dem Hersteller ermöglicht, die RAP-Eigenschaften (Bindemittelgehalt, Korngrößenverteilung, Bindemittelklasse) zu charakterisieren und in geeigneten Mischgutkonzeptionen zu verwenden. Der Feuchtegehalt von RAP ist kritisch, da hohe Feuchtegrade zusätzlichen Wärmeeintrag während der HMA-Produktion erfordern, die Produktionsraten des Werks reduzieren und Temperaturprobleme im fertigen Mischgut verursachen können. RAP-Lager sollten nach Möglichkeit abgedeckt oder unter einem Dach gelagert werden, insbesondere in feuchten Klimazonen. Der Feuchtegehalt sollte regelmäßig überwacht und für eine optimale HMA-Produktionseffizienz unter 5 % gehalten werden.
Die RAP-Charakterisierung ist der Prozess der Bestimmung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des RAP-Materials für die Verwendung in der Mischgutkonzeption und Qualitätskontrolle. Die drei primären Charakterisierungsparameter sind Asphaltbindemittelgehalt, Korngrößenverteilung der Gesteinskörnung und Bindemitteleigenschaften (Klasse) . Eine genaue Charakterisierung ist unerlässlich, da Fehler bei den RAP-Eigenschaften die endgültigen Mischungseigenschaften direkt beeinflussen und möglicherweise zu Leistungsproblemen führen können.
Asphaltbindemittelgehalt – der prozentuale Gewichtsanteil des RAP, der aus Asphaltzement besteht – wird durch Extraktion des Bindemittels aus der Gesteinskörnung bestimmt. Zwei Prüfverfahren sind Standard: AASHTO T 164 (Quantitative Extraktion von Asphaltbindemittel aus Asphaltmischgut) unter Verwendung chemischer Lösungsmittel (Trichlorethylen oder n-Propylbromid), und AASHTO T 308 (Bestimmung des Asphaltbindemittelgehalts von Asphaltmischgut durch die Verbrennungsmethode) unter Verwendung eines Ofens bei 538 °C (1000 °F). Die Verbrennungsmethode wird häufiger für die routinemäßige Qualitätskontrolle verwendet, da sie schneller ist, die Verwendung gefährlicher Lösungsmittel vermeidet und größere Proben verarbeiten kann. Die Verbrennungsmethode erfordert jedoch einen Korrekturfaktor, um den Gewichtsverlust der Gesteinskörnung während der Verbrennung zu berücksichtigen, der für jede Gesteinskörnungsquelle bestimmt werden muss. Für Konzeptionszwecke wird die Verbrennungsmethode nach AASHTO T 308 oder ASTM D6307 bevorzugt, während ASTM D2172 (chemische Extraktion) verwendet werden kann, wenn rückgewonnenes Bindemittel für rheologische Prüfungen benötigt wird. Typische RAP-Bindemittelgehalte liegen je nach ursprünglicher Mischgutkonzeption zwischen 3,5 % und 7,5 %.
Korngrößenverteilung der Gesteinskörnung des RAP wird nach der Bindemittelextraktion (entweder durch Verbrennung oder Lösungsmittelextraktion) bestimmt. Die rückgewonnene Gesteinskörnung wird gemäß AASHTO T 27 (Siebanalyse von feinen und groben Gesteinskörnungen) und AASHTO T 11 (Material feiner als 75-μm-Sieb in mineralischen Gesteinskörnungen durch Waschen) geprüft. Die Korngrößenverteilung der RAP-Gesteinskörnung ist wesentlich für die Berechnung der kombinierten Korngrößenverteilung der neuen Mischung und für die Bestimmung des Hohlraumgehalts im Mineralgerüst (VMA) . Es ist wichtig zu beachten, dass die Korngrößenverteilung der RAP-Gesteinskörnung in der endgültigen Mischung von der extrahierten Korngrößenverteilung abweichen kann, wenn das RAP während des Mischens zusätzlich zerkleinert wird. Einige Behörden berücksichtigen dies durch die Verwendung eines Degradationsfaktors basierend auf den bekannten Zerkleinerungseigenschaften der RAP-Quelle.
Bindemitteleigenschaften – insbesondere die Leistungsklasse (PG) des gealterten RAP-Bindemittels – werden durch Rückgewinnung des Bindemittels aus dem RAP gemäß AASHTO R 59 (Rückgewinnung von Asphaltbindemittel aus Lösung nach der Abson-Methode) oder ASTM D1856 (Abson-Rückgewinnung) bestimmt. Das rückgewonnene Bindemittel wird dann mit dem vollständigen PG-Einstufungsprotokoll geprüft: Dynamisches Scherrheometer (DSR) gemäß AASHTO T 315 für Hoch- und Zwischentemperatureigenschaften, Rolling Thin-Film Oven (RTFO) gemäß AASHTO T 240 für Alterungseffekte, Pressure Aging Vessel (PAV) gemäß AASHTO R 28 für die Simulation der Langzeitalterung und Bending Beam Rheometer (BBR) gemäß AASHTO T 313 für Tieftemperatursteifigkeit und m-Wert. RAP-Bindemittel sind typischerweise steif, mit Hochtemperaturklassen oft im Bereich von PG 82 bis PG 100+ und Tieftemperaturklassen im Bereich von PG -2 bis PG -16, was die oxidative Verhärtung widerspiegelt, die während der Nutzungsdauer der Fahrbahn aufgetreten ist.
Die kritischen Temperaturen des RAP-Bindemittels – die hohen, mittleren und niedrigen Temperaturen, bei denen das Bindemittel die PG-Kriterien erfüllt – sind die wichtigsten Eingabewerte für Bindemittelmischdiagramme. Diese Temperaturen werden aus den DSR- und BBR-Prüfergebnissen durch Interpolation bestimmt. Wenn beispielsweise ein RAP-Bindemittel das DSR-Kriterium (G*/sinδ ≥ 1,0 kPa) bei 88 °C besteht, aber bei 94 °C versagt, liegt die hohe kritische Temperatur bei etwa 88 °C. Diese kritischen Temperaturen werden direkt in Mischungsberechnungen verwendet, um die geeignete Neubindemittelklasse und den maximalen RAP-Anteil zu bestimmen.
Die Häufigkeit der RAP-Charakterisierungsprüfungen hängt von der Variabilität der RAP-Quelle und dem beabsichtigten RAP-Einsatzanteil ab. Für niedrige RAP-Anteile (≤15 %) kann eine vierteljährliche Charakterisierung ausreichend sein. Für mittlere Anteile (15–25 %) wird eine monatliche Prüfung empfohlen. Für hohe RAP-Anteile (>25 %) können wöchentliche oder sogar tägliche Prüfungen des Bindemittelgehalts und der Korngrößenverteilung erforderlich sein, mit einer Überprüfung der Bindemittelklasse mindestens monatlich oder immer dann, wenn sich die RAP-Lagerquelle ändert.
Bindemittelmischdiagramme sind das zentrale Analyseinstrument zur Bestimmung der geeigneten Neubindemittelklasse bei Zugabe von RAP in Anteilen oberhalb des Schwellenwerts, bei dem eine Bindemittelklassenanpassung erforderlich ist. Die Diagramme ermöglichen es dem Mischgutkonstrukteur, den versteifenden Effekt des gealterten RAP-Bindemittels auf das endgültige Mischbindemittel zu berücksichtigen und sicherzustellen, dass das Mischbindemittel die erforderliche PG-Spezifikation für das Projektklima und die Verkehrsbedingungen erfüllt.
Die theoretische Grundlage für Bindemittelmischdiagramme ist die Annahme, dass sich Neu- und RAP-Bindemittel in der Mischung zu einem Verbundbindemittel vermischen, dessen Eigenschaften proportional zum Beitrag jeder Komponente sind. Der NCHRP Report 452 (Recommended Use of Reclaimed Asphalt Pavement in the Superpave Mix Design Method) und das Asphalt Institute Manual MS-2 (Asphalt Mix Design Methods, 7. Auflage) enthalten die Standardverfahren zur Erstellung und Verwendung von Mischdiagrammen.
Das Mischdiagrammverfahren bewertet das Mischbindemittel unter vier kritischen Temperaturbedingungen:
| Parameter | Prüfverfahren | Kriterium | Temperaturbedingung |
|---|---|---|---|
| Hochtemperatur-Spurrinnenbildung | DSR (G*/sinδ) | ≥ 1,00 kPa (Original), ≥ 2,20 kPa (RTFO) | Hohe PG-Temperatur |
| Zwischentemperatur-Ermüdung | DSR (G*×sinδ) | ≤ 5.000 kPa (PAV) | Mittlere PG-Temperatur |
| Tieftemperatur-Steifigkeit | BBR (Kriechsteifigkeit S) | ≤ 300 MPa (PAV) | Niedrige PG-Temperatur + 10 °C |
| Tieftemperatur-m-Wert | BBR (m-Wert) | ≥ 0,300 (PAV) | Niedrige PG-Temperatur + 10 °C |
Für jede dieser vier Bedingungen wird ein Mischdiagramm erstellt, indem die kritische Temperatur des Neubindemittels, die kritische Temperatur des extrahierten RAP-Bindemittels und eine lineare Mischlinie, die diese beiden Punkte verbindet, aufgetragen werden. Die horizontale Achse stellt das RAP-Fahrbahnbindemittelverhältnis (RPBR) dar – den Anteil des gesamten Bindemittels in der Mischung, der aus dem RAP stammt, berechnet als:
RPBR = (Bindemittel aus RAP) / (Gesamtbindemittel in der Mischung)
Der RPBR wird aus dem RAP-Anteil, dem RAP-Bindemittelgehalt und dem Gesamtbindemittelgehalt der Mischung berechnet. Der maximale RPBR für jedes der vier Mischdiagramme wird durch den Punkt auf der Mischlinie bestimmt, an dem die kritische Temperatur des Mischbindemittels der maximal zulässigen Temperatur für die angegebene Bindemittelklasse entspricht. Der niedrigste maximale RPBR aus den vier Diagrammen ist der maßgebende Wert – dies ist der maximal zulässige RPBR für die Mischung.
Die Caltrans-Mischdiagramm-Tabelle (CPD 16-8 Anlage 1) bietet ein praktisches Beispiel für den Prozess. Der Benutzer gibt die projektspezifizierte Bindemittelklasse (z. B. PG 70-10), die vorgeschlagene Neubindemittelklasse (z. B. PG 70-10 oder eine herabgestufte Klasse wie PG 64-16) und die tatsächlichen Klassen (kritische Temperaturen) sowohl des Neu- als auch des extrahierten RAP-Bindemittels ein. Die Tabelle berechnet automatisch den maximalen RPBR für jede der vier Mischbedingungen und identifiziert den maßgebenden (niedrigsten) Wert. Wenn der vorgeschlagene RPBR der Arbeitsmischungsformel den maximalen RPBR überschreitet, muss die Neubindemittelklasse geändert (typischerweise auf eine weichere Klasse herabgestuft) oder der RAP-Anteil reduziert werden.
Die Mischdiagrammanalyse führt zu zwei möglichen Ergebnissen:
Ansatz 1: RAP-Anteil festlegen, Neubindemittelklasse bestimmen. Der Konstrukteur legt den RAP-Anteil basierend auf Projektanforderungen oder Zielvorgaben fest, berechnet den resultierenden RPBR und verwendet die Mischdiagramme, um die weichste Neubindemittelklasse zu bestimmen, die ein akzeptables Mischbindemittel ergibt. Wenn keine Neubindemittelklasse akzeptabel ist, muss der RAP-Anteil reduziert werden.
Ansatz 2: Neubindemittelklasse festlegen, maximalen RAP-Anteil bestimmen. Der Konstrukteur wählt eine Neubindemittelklasse (typischerweise eine Klasse weicher als die Neu-Mischung) und verwendet die Mischdiagramme, um den maximalen RPBR und den entsprechenden maximalen RAP-Anteil zu bestimmen. Dieser Ansatz wird in der Praxis häufiger verwendet, da er dem Auftragnehmer ermöglicht, eine bekannte Bindemittelklasse zu verwenden und den RAP-Einsatz innerhalb der zulässigen Grenze zu maximieren.
Die Mischdiagramm-Methodik wurde durch zahlreiche Studien validiert, darunter NCHRP Project 9-12, das ein umfassendes Laborprüfprogramm mit RAP-Materialien aus Feldprojekten in Arizona, Connecticut und Florida durchführte. Die Studie bestätigte, dass eine teilweise Bindemitteldurchmischung bei Verwendung von RAP in erheblichem Umfang stattfindet und dass der Mischdiagrammansatz eine konservative, aber vernünftige Schätzung der Mischbindemitteleigenschaften liefert.
Maximal zulässige RAP-Anteile variieren je nach Behörde und Anwendung, aber ein abgestufter Ansatz basierend auf Verkehrsbelastung, Fahrbahnschicht und RAP-Gleichmäßigkeit ist weitgehend anerkannt. Das von NCHRP Report 452 empfohlene und in vielen staatlichen Spezifikationen kodifizierte abgestufte Rahmenwerk sieht drei allgemeine RAP-Einsatzstufen vor:
| Stufe | RAP-Gehalt | Neubindemittel-Anpassung | Zusätzliche Anforderungen |
|---|---|---|---|
| Niedrig (≤15 %) | 0–15 % | Keine – Standard-PG-Klasse verwenden | RAP als schwarzer Stein behandelt; kein Mischdiagramm erforderlich |
| Mittel (15–25 %) | 15–25 % | Eine Klasse weicher (z. B. PG 64-22 → PG 58-28) | RAP-Bindemittelgehalt und Korngrößenverteilung erforderlich; Mischdiagramm in einigen Staaten optional |
| Hoch (25–50 %) | 25–50 % | Bestimmt durch Mischdiagramm oder zwei Klassen weicher | Vollständige RAP-Charakterisierung erforderlich; Mischdiagramm obligatorisch; möglicher Rejuvenator-Einsatz |
Stufe 1 (Niedriger RAP-Anteil, ≤15 %): Bei RAP-Anteilen von 15 % oder weniger hat das gealterte RAP-Bindemittel einen minimalen Einfluss auf die Eigenschaften des Mischbindemittels. Die FHWA und NCHRP Report 452 kamen zu dem Schluss, dass geringe RAP-Mengen (bis zu 15 %) verwendet werden können, ohne Bindemittelprüfungen durchzuführen oder Änderungen an der Neubindemittelklasse vorzunehmen. Auf diesen Niveaus wird das RAP im Wesentlichen als schwarzer Stein behandelt – der Anteil der Gesteinskörnung wird berücksichtigt, während der Bindemittelanteil als vernachlässigbarer Beitrag zum gesamten Bindemittelsystem behandelt wird. Diese Stufe erfordert den geringsten Prüf- und Qualitätskontrollaufwand. Viele staatliche Straßenbauämter erlauben bis zu 15 % RAP in allen Fahrbahnschichten ohne Bindemittelklassenanpassung.
Stufe 2 (Mittlerer RAP-Anteil, 15–25 %): Bei mittleren RAP-Anteilen hat das gealterte RAP-Bindemittel einen merklichen Versteifungseffekt auf das Mischbindemittel. Die Standardpraxis besteht darin, ein Neubindemittel zu spezifizieren, das sowohl auf der Hoch- als auch auf der Niedrigtemperaturseite eine Klasse weicher ist. Wenn das Klima beispielsweise PG 64-22 für Neumischungen erfordert, könnte das Neubindemittel für 20 % RAP als PG 58-28 spezifiziert werden. Die FHWA Focus-Publikation (April 2002) dokumentiert, dass für RAP im Bereich von 15–25 % das empfohlene Neubindemittel eine Klasse weicher ist als das für konventionelles HMA. Einige Behörden verlangen Mischdiagramme bereits bei 20 % RAP anstatt bei 25 %, was einen konservativeren Ansatz widerspiegelt.
Stufe 3 (Hoher RAP-Anteil, >25 %): Bei RAP-Anteilen über 25 % hat das RAP-Bindemittel einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Mischbindemittels, und eine vollständige Mischdiagrammanalyse ist obligatorisch. Das RAP-Bindemittel muss extrahiert, rückgewonnen und auf kritische Temperaturen geprüft werden. Die Neubindemittelklasse wird unter Verwendung von Mischdiagrammen ausgewählt, um sicherzustellen, dass das kombinierte Bindemittel die angegebene PG-Klasse erfüllt. Hoch-RAP-Mischungen (über 25 %, bis zu 50 % oder mehr) erfordern eine umfangreichere Qualitätskontrolle, häufigere Prüfungen der RAP-Eigenschaften und beinhalten oft Rejuvenatoren oder Warmasphalt (WMA) -Technologien zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und Leistung.
Der abgestufte Ansatz wird auch nach Fahrbahnschicht angewendet. In vielen Spezifikationen sind höhere RAP-Anteile in unteren Fahrbahnschichten (Trag- und Binderschichten) zulässig, wo die Folgen von Rissbildung oder Spurrinnenbildung weniger kritisch sind, während niedrigere RAP-Anteile für Deckschichten spezifiziert werden, die direkt Verkehrs- und Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Beispielsweise könnte eine typische staatliche Spezifikation bis zu 30 % RAP in Tragschichten, bis zu 25 % in Binderschichten und bis zu 20 % in Deckschichten für stark befahrene Straßen erlauben.
Die FAA P-401-Spezifikation für Flughafenfahrbahnen erlegt zusätzliche Beschränkungen auf: RAP ist auf maximal 30 % in jeder P-401- oder P-403-Mischung begrenzt. Die FAA begrenzt die RAP-Gesteinskörnung in der Gesteinskörnungsmischung auf maximal 25 % in den oberen 0,20 Fuß der HMA-Schicht und den RPBR auf maximal 0,25 in derselben oberen Zone. Unterhalb von 0,20 Fuß kann der RPBR bis zu 0,40 betragen. Diese Beschränkungen spiegeln die höhere Kritikalität von Flughafenfahrbahnen und die strengeren Belastungsbedingungen durch Flugzeuge wider.
Die Leistung von Asphaltmischungen mit hohem RAP-Anteil (definiert als solche mit mehr als 25 % RAP) ist Gegenstand bedeutender Forschungsinteressen, da ein erhöhter RAP-Gehalt die mechanischen Eigenschaften der Mischung grundlegend verändert. Die wichtigsten Leistungsmerkmale, die von einem hohen RAP-Anteil beeinflusst werden, umfassen Steifigkeitsmodul, Rissbeständigkeit (Ermüdung und thermisch), Spurrinnenbeständigkeit, Feuchteempfindlichkeit und Langzeitdauerhaftigkeit.
Steifigkeit nimmt mit dem RAP-Anteil aufgrund des gealterten, oxidierten Bindemittels im RAP zu. Das gealterte Bindemittel hat einen höheren komplexen Schermodul (G*) und einen niedrigeren Phasenwinkel (δ) im Vergleich zu Neubindemittel, was zu einer steiferen Mischung mit höheren dynamischen Modulwerten (E*) führt. Die NCAT- und MnROAD-Studien haben dokumentiert, dass Mischungen mit 30–50 % RAP bei mittleren Temperaturen (20–40 °C) dynamische Modulwerte aufweisen können, die 20–40 % höher sind als bei entsprechenden Neumischungen. Diese erhöhte Steifigkeit bietet eine verbesserte Spurrinnenbeständigkeit, da das steifere Bindemittel und Mastix widerstandsfähiger gegen bleibende Verformung bei hohen Fahrbahntemperaturen sind. Eine erhöhte Steifigkeit bedeutet jedoch auch eine verringerte Dehnungstoleranz, was die Rissbildungsleistung beeinträchtigt.
Rissbeständigkeit – sowohl Ermüdungsrissbildung (wiederholte Verkehrsbelastung bei mittleren Temperaturen) als auch Tieftemperaturrissbildung (thermische Kontraktion bei kalten Temperaturen) – ist das Hauptleistungsproblem bei Mischungen mit hohem RAP-Anteil. Das gealterte RAP-Bindemittel weist eine verringerte Duktilität, erhöhte Sprödigkeit und verringerte Relaxationsfähigkeit auf, was alles die Anfälligkeit der Mischung für Rissbildung erhöht. Die FHWA- und NCHRP 9-46-Forschungsprogramme haben dokumentiert, dass Mischungen mit hohem RAP-Anteil in kontrollierten Labortests im Allgemeinen eine verringerte Ermüdungslebensdauer aufweisen, insbesondere bei hohen Dehnungsniveaus. Die Verringerung der Ermüdungslebensdauer ist ausgeprägter, wenn das RAP-Bindemittel deutlich steifer ist als das Neubindemittel und wenn der Durchmischungsgrad zwischen den beiden Bindemitteln unvollständig ist.
Tieftemperaturrissbildung ist ein besonderes Problem für Mischungen mit hohem RAP-Anteil in kalten Klimazonen. Die MnROAD-Studie in Minnesota bewertete Mischungen mit 30 % RAP und stellte fest, dass zwar viele ausreichend funktionierten, die erhöhte Steifigkeit durch RAP die Tieftemperatureigenschaften der Mischung über akzeptable Grenzen hinaus treiben kann, insbesondere wenn die RAP-Bindemittelklasse signifikant von der Konzeptionsbindemittelklasse abweicht. Die Bending Beam Rheometer (BBR) -Prüfung von rückgewonnenen Mischbindemitteln aus Mischungen mit hohem RAP-Anteil zeigt oft erhöhte Kriechsteifigkeit (S) und verringerte m-Werte, was auf eine verringerte Fähigkeit zur Relaxation thermischer Spannungen hindeutet. Die Forschung des North Central Superpave Center (NCSC) bestätigte, dass bei der Verwendung hoher RAP-Anteile in kalten Klimazonen Vorsicht geboten ist.
Spurrinnenbeständigkeit ist bei hohem RAP-Anteil im Allgemeinen verbessert. Der Hamburger Spurrinnentest und der Asphalt Pavement Analyzer (APA) -Test zeigen durchweg, dass Mischungen mit hohem RAP-Anteil geringere Spurrinntiefen aufweisen als vergleichbare Neumischungen bei gleichem Bindemittelgehalt. Diese verbesserte Spurrinnenbeständigkeit ist auf das steifere Bindemittel und die erhöhte innere Reibung durch die gealterte Bindemittelumhüllung der Gesteinspartikel zurückzuführen. Die verbesserte Spurrinnenbeständigkeit kann jedoch auf Kosten einer verringerten Rissbeständigkeit gehen, was die Notwendigkeit von ausgewogenen Mischgutkonzeptionsansätzen (BMD) unterstreicht, die beide Schadensarten gleichzeitig bewerten.
Feuchteempfindlichkeit von Mischungen mit hohem RAP-Anteil ist ein Problem, da das gealterte Bindemittel möglicherweise nicht so effektiv mit Neu-Gesteinskörnung haftet und das steifere Mastix anfälliger für feuchtigkeitsbedingte Schäden sein kann. Der AASHTO T 283 (modifizierter Lottman-Test) wird zur Bewertung der Feuchteempfindlichkeit verwendet, und Mischungen mit hohem RAP-Anteil benötigen oft zusätzliche Haftvermittler (Löschkalk oder flüssige Haftvermittler), um das minimale Zugfestigkeitsverhältnis (TSR) von 80 % zu erreichen. Der Hamburger Spurrinnentest (AASHTO T 324) mit in einem 50 °C warmen Wasserbad getauchten Probekörpern wird ebenfalls verwendet, um sowohl Spurrinnenbildung als auch Feuchteschäden gleichzeitig zu bewerten.
Minderungsstrategien zur Bewältigung der Leistungsprobleme von Mischungen mit hohem RAP-Anteil umfassen:
Die FHWA-Hoch-RAP-Feldprojekte, dokumentiert in Tabelle 1 der FHWA-Website, zeigen, dass ordnungsgemäß konzipierte Mischungen mit hohem RAP-Anteil (30–50 % RAP) bei Einhaltung geeigneter Konzeptions- und Einbaupraktiken zufriedenstellende Leistungen erzielen können. Diese Projekte umfassen 40 % RAP in North Carolina (2007), 30 % und 50 % RAP in South Carolina (2007), 45 % RAP in Florida (2007) und 30–40 % RAP in Kansas (2008). Die Überwachung dieser Projekte durch das FHWA Mobile Asphalt Material Testing Laboratory lieferte wertvolle Daten zur Langzeitleistung.
Rejuvenatoren (auch Recyclingmittel oder Recyclingöle genannt) sind Materialien, die Asphaltmischungen mit RAP oder Recycelten Asphaltschindeln (RAS) zugesetzt werden, um die rheologischen und chemischen Eigenschaften des gealterten, oxidierten Bindemittels wiederherzustellen. Während der Nutzungsdauer einer Asphaltfahrbahn durchläuft das Bindemittel eine oxidative Alterung – die leichten aromatischen Öle (Maltene) verdunsten oder werden in Asphaltene umgewandelt, was die Steifigkeit, Viskosität und Sprödigkeit des Bindemittels erhöht. Rejuvenatoren wirken, indem sie die verlorene Maltenfraktion wieder auffüllen, das Asphalten-Malten-Verhältnis reduzieren und die Duktilität und Relaxationseigenschaften des Bindemittels wiederherstellen.
Die ASTM D4552 (Standard Practice for Classifying Hot-Mix Recycling Agents) bietet ein Klassifizierungssystem für Recyclingmittel basierend auf der Viskosität bei 60 °C. Die Norm definiert sechs Klassen (RA-1 bis RA-5 und RA-25) mit Viskositätsbereichen von 50–125 cSt (RA-1) bis 10.000–15.000 cSt (RA-25). Die Bezeichnung RA steht für Recycling Agent (Recyclingmittel). Das MS-2-Handbuch des Asphalt Institute und das Basic Asphalt Recycling Manual (ARRA) geben Hinweise zur Auswahl und Dosierung von Recyclingmitteln.
Rejuvenatoren werden grob in zwei Kategorien eingeteilt:
Weichmacher sind Materialien, die die Viskosität des gealterten Bindemittels durch Verdünnung reduzieren. Dazu gehören Rejuvenierungsöle (Aromatenextrakte, naphthenische Öle), Fluxöle und Schmierstocköle. Weichmacher senken die Bindemittelviskosität und verbessern die Verarbeitbarkeit, stellen jedoch möglicherweise nicht das chemische Gleichgewicht des gealterten Bindemittels vollständig wieder her. Ihre Wirkung ist hauptsächlich physikalisch (Verdünnung) und nicht chemisch (Wiederherstellung des Gleichgewichts von Maltenern und Asphaltenen).
Chemische Rejuvenatoren sind entwickelte Produkte, die das chemische Gleichgewicht des gealterten Bindemittels durch Wiederauffüllung spezifischer aromatischer Fraktionen wiederherstellen sollen. Dazu gehören biobasierte Rejuvenatoren aus Pflanzenölen (Soja, Raps, Palmöl), Tallöl (ein Nebenprodukt der Papierherstellung), Altspeiseölen und proprietäre synthetische Rejuvenatoren. Chemische Rejuvenatoren sind so konzipiert, dass sie in das gealterte Bindemittel eindiffundieren, die Asphalten-Agglomerationen aufweichen und die kolloidale Struktur des Bindemittels wiederherstellen.
Die Dosierungsrate des Rejuvenators ist kritisch – eine zu geringe Menge stellt die Bindemitteleigenschaften nicht ausreichend wieder her, während eine zu hohe Menge das Bindemittel übermäßig aufweichen und Spurrinnenprobleme verursachen kann. Die typische Dosierungsrate liegt zwischen 0,1 % und 1,0 % des Gesamtmischungsgewichts (entspricht 2 % bis 20 % des RAP-Bindemittelgewichts), abhängig vom RAP-Gehalt, dem Schweregrad der Alterung und der Wirksamkeit des Rejuvenators. Die Dosierung wird bestimmt, indem der Rejuvenator mit dem extrahierten RAP-Bindemittel in verschiedenen Prozentsätzen gemischt und das Mischbindemittel geprüft wird, um die Dosierung zu ermitteln, die das Bindemittel auf die angestrebte PG-Klasse wiederherstellt.
Das NCHRP Project 9-58 (Rheological and Chemical Characterization of Recycling Agents) und nachfolgende Forschungen haben die folgenden wichtigen Erkenntnisse zur Rejuvenator-Leistung erbracht:
Diffusionsrate: Der Rejuvenator muss in die gealterte Bindemittelumhüllung auf dem RAP-Gestein diffundieren, um wirksam zu sein. Eine unvollständige Diffusion führt zu einem inhomogenen Bindemittelsystem mit Zonen von weichem und steifem Bindemittel. Die Diffusionsrate hängt von der Temperatur, der Zeit und der chemischen Verträglichkeit des Rejuvenators mit dem gealterten Bindemittel ab. Höhere Mischtemperaturen und längere Mischzeiten verbessern die Diffusion.
Langzeitalterungseigenschaften: Einige Rejuvenatoren sind flüchtiger als Neubindemittel und können während der Produktion und über die Nutzungsdauer der Fahrbahn verloren gehen, was dazu führt, dass die Mischung wieder in einen steifen, spröden Zustand übergeht. Die PAV-Prüfung und Langzeit-Feldalterungsstudien werden verwendet, um diesen Effekt zu bewerten.
Verträglichkeit: Der Rejuvenator muss chemisch mit dem gealterten Bindemittel verträglich sein, um eine stabile homogene Mischung zu bilden. Unverträgliche Rejuvenatoren können Phasentrennung verursachen, die Wirksamkeit verringern und möglicherweise Leistungsprobleme verursachen.
Leistungsprüfung: Die Wirksamkeit von Rejuvenatoren wird durch das vollständige PG-Bindemittelprüfprotokoll (DSR, BBR) am rejuvenierten Bindemittel bewertet, kombiniert mit Mischungsleistungsprüfungen (Hamburg, APA, SCB, Overlay-Test), um zu überprüfen, ob die rejuvenierte Mischung die Anforderungen an Spurrinnenbildung, Rissbildung und Feuchteempfindlichkeit erfüllt.
Die Nachhaltigkeitsvorteile von Rejuvenatoren sind erheblich. Durch die Ermöglichung höherer RAP-Anteile (30–50 % und mehr) reduzieren Rejuvenatoren die Nachfrage nach Neubindemittel (ein Erdölprodukt) und Neu-Gesteinskörnung. Die Lebenszyklusanalyse von rejuvenierten Hoch-RAP-Mischungen zeigt einen reduzierten Energieverbrauch und geringere Treibhausgasemissionen im Vergleich zu Neumischungen und sogar im Vergleich zu nicht rejuvenierten Hoch-RAP-Mischungen, da Rejuvenatoren einen höheren RAP-Gehalt ohne Leistungseinbußen ermöglichen.
Praktische Überlegungen zur Verwendung von Rejuvenatoren umfassen: Lagerstabilität (einige biobasierte Rejuvenatoren können sich während der Lagerung trennen oder zersetzen), Temperaturempfindlichkeit (Rejuvenatoren können die optimalen Misch- und Verdichtungstemperaturen beeinflussen) und die Notwendigkeit einer Leistungsüberprüfung sowohl durch Bindemittel- als auch Mischungsprüfungen. Viele Behörden erlauben oder schreiben Rejuvenatoren jetzt speziell für Mischungen mit hohem RAP-Anteil vor, und proprietäre Rejuvenatorprodukte sind von großen Asphaltzusatzlieferanten weit verbreitet erhältlich.
Die Verwendung von RAP in Flughafenfahrbahnen wird durch das Advisory Circular AC 150/5370-10H der Federal Aviation Administration (FAA), insbesondere Position P-401 (Plant Mix Bituminous Pavements) und Position P-403 (Plant Mix Bituminous Base Courses), geregelt. Der Ansatz der FAA zu RAP in Flughafenfahrbahnen ist konservativer als die übliche Autobahnpraxis, aufgrund der höheren Belastung, der höheren Reifendrücke (100–250 psi für Flugzeuge gegenüber 100–120 psi für LKWs) und der kritischen Sicherheitsauswirkungen von Fahrbahnversagen auf Flugplätzen.
Die FAA P-401-Spezifikation erlaubt bis zu 30 % RAP bezogen auf das Gewicht der Gesamtmischung in werksgemischten bituminösen Fahrbahnen. Diese Grenze gilt für alle Korngrößenverteilungstypen (Körnung 1 — 19 mm NMAS, Körnung 2 — 12,5 mm NMAS und Körnung 3 — 9,5 mm NMAS). Das in Flughafenfahrbahnen verwendete RAP muss vom selben Flugplatz oder aus einer FAA-zugelassenen Quelle stammen, um eine angemessene Qualität und Gleichmäßigkeit zu gewährleisten. Die FAA verlangt, dass das recycelte Bindemittel aus dem RAP gründlich mit dem Neubindemittel gemischt wird und dass das Mischbindemittel die projektspezifizierten PG-Klassenanforderungen erfüllt.
Wichtige FAA-Anforderungen für RAP in Flughafenfahrbahnen umfassen:
Qualitätskontrolle: Die FAA P-401-Spezifikation macht das Qualitätskontrollprogramm des Auftragnehmers zu einer separaten Vergütungsposition und erfordert umfangreiche Prüfungen für RAP-haltige Mischungen. RAP-Lager müssen mindestens einmal pro Woche auf Korngrößenverteilung und Bindemittelgehalt geprüft werden. Das RAP-Bindemittel muss extrahiert und auf PG-Klasse geprüft werden, wenn sich die Lagerquelle ändert, und in einer vom Ingenieur festgelegten Häufigkeit. Die FAA betont, dass die Qualität des in Flughafenfahrbahnen verwendeten RAP auf einem Niveau gehalten werden muss, das die Variabilität minimiert und gleichbleibende Mischungseigenschaften gewährleistet.
Schichtbeschränkungen: Die FAA erlegt im oberen Bereich der Fahrbahn strengere RAP-Grenzwerte auf. In den oberen 0,20 Fuß der HMA-Schicht ist das RPBR (RAP-Fahrbahnbindemittelverhältnis) auf maximal 0,25 begrenzt (25 % des Gesamtbindemittels stammen aus RAP), und die RAP-Gesteinskörnung in der Gesteinskörnungsmischung ist auf maximal 25 % begrenzt. Unterhalb von 0,20 Fuß kann der RPBR bis zu 0,40 betragen (40 % des Gesamtbindemittels aus RAP), was mit der 30 %-Gesamt-RAP-Grenze der Spezifikation übereinstimmt. Diese Schichtbeschränkungen berücksichtigen, dass der obere Teil der Fahrbahn höheren Spannungen durch Flugzeugreifen ausgesetzt ist und eine überlegene Dauerhaftigkeit und Rissbeständigkeit aufweisen muss.
Bindemittelklassenauswahl: Die Bindemittelklassenauswahl der FAA für Flughafenfahrbahnen folgt demselben klimabasierten PG-Auswahlprozess wie bei Autobahnfahrbahnen, beinhaltet jedoch eine Klassenanhebung für Flugzeugreifendrücke. Bei Verwendung von RAP muss die Bindemittelklassenauswahl den Versteifungseffekt des gealterten RAP-Bindemittels berücksichtigen. Die PG-Plus-Prüfanforderungen gelten, wenn die Bindemitteltemperaturklasse 92 °C oder höher beträgt. Die FAA empfiehlt die Verwendung der Bindemittelspezifikationsdatenbank des Asphalt Institute als Referenz für die Bindemittelklassenauswahl.
Leistungsprüfung: Die P-401-Spezifikation beinhaltet Lastradprüfungen zur Bewertung der Mischgutkonzeption. Für RAP-haltige Mischungen sind der Asphalt Pavement Analyzer (APA) -Test gemäß AASHTO T 340 oder der Hamburger Spurrinnentest gemäß AASHTO T 324 zur Überprüfung der Spurrinnenbeständigkeit erforderlich. Der APA-Test wird bei 250 psi Schlauchdruck und 64 °C mit einer maximalen Spurrinntiefe von 10 mm nach 4.000 Überfahrten durchgeführt. Alternativ wird der Hamburger Test bei 50 °C mit einer maximalen Spurrinntiefe von 10 mm nach 20.000 Überfahrten durchgeführt.
Die International Civil Aviation Organization (ICAO) behandelt Fahrbahnmaterialien in ihrem Annex 14 — Aerodromes und dem Aerodrome Design Manual (Doc 9157, Part 3 — Pavements) . Die ICAO erstellt keine detaillierten Materialspezifikationen, verlangt jedoch, dass Flugplatzfahrbahnen nach Standards gebaut werden, die die Sicherheit des Flugzeugbetriebs gewährleisten. In der Praxis folgen die meisten internationalen Flughäfen außerhalb der USA entweder den FAA-Standards oder den AUSTROADS / UK Specification for Highway Works Serie 900 für Flugplatzfahrbahnmaterialien. Die Verwendung von RAP in Flughafenfahrbahnen variiert international stark, wobei einige Länder (Vereinigtes Königreich, Australien) RAP unter bestimmten Bedingungen zulassen und andere seine Verwendung auf Flugplätzen einschränken oder verbieten.
Forschung zu RAP in Flugplatzfahrbahnen, durchgeführt von der FAA’s Airport Technology R&D Branch am National Airport Pavement Test Facility (NAPTF) und von NCAT, hat gezeigt, dass ordnungsgemäß konzipierte RAP-haltige Mischungen unter Flugzeugbelastungsbedingungen ausreichend funktionieren können. Wichtige Erkenntnisse sind: (1) RAP-Mischungen mit bis zu 30 % RAP zeigen eine vergleichbare Spurrinnenbeständigkeit wie Neumischungen unter beschleunigten Flugzeugbelastungstests; (2) der Ansatz der Bindemittelklassenanpassung (weicheres Neubindemittel oder Mischdiagramme) ist für Flughafenanwendungen wirksam; und (3) zusätzliche Qualitätskontrollmaßnahmen sind für Flugplatzanwendungen aufgrund der höheren Folgen eines Fahrbahnversagens unerlässlich.
Prüfung von RAP-haltigen Fahrbahnen erfordert besondere Aufmerksamkeit für Qualitätskontrollverfahren, Materialhandhabungspraktiken und Bautechniken, die sich von der konventionellen Neubaupraxis unterscheiden. Der Prüfprozess umfasst Vorbereitung (RAP-Lagerbewertung und Mischgutkonzeptionsprüfung), während der Produktion (Werksbetrieb und Qualitätskontrollprüfungen) und nach dem Einbau (Verdichtungsprüfung und Ebenheitskontrolle).
Vorbereitende Prüfung konzentriert sich auf das RAP-Lager und die Mischgutkonzeption. Der Prüfer sollte überprüfen, ob das RAP-Lager ordnungsgemäß verarbeitet und gelagert wurde: Das RAP sollte auf einer befestigten Oberfläche gelagert werden, um Verunreinigung zu vermeiden, das Lager sollte in Schichten aufgebaut werden, um Entmischung zu minimieren, und der Feuchtegehalt sollte überwacht und kontrolliert werden. Das RAP-Lager sollte abgedeckt oder so gelagert werden, dass das Eindringen von Feuchtigkeit minimiert wird. Der Prüfer sollte überprüfen, ob das RAP innerhalb der erforderlichen Häufigkeit auf Bindemittelgehalt, Korngrößenverteilung und Feuchtegehalt geprüft wurde. Für Mischungen mit hohem RAP-Anteil (>25 %) sollte der Prüfer überprüfen, ob das RAP-Bindemittel extrahiert und auf PG-Klasse geprüft wurde und ob die Mischdiagrammanalyse zur Auswahl der geeigneten Neubindemittelklasse durchgeführt wurde.
Die Mischgutkonzeption für RAP-haltige Mischungen muss den RAP-Bindemittelbeitrag berücksichtigen. Der Prüfer sollte überprüfen, ob die Arbeitsmischungsformel (JMF) den RAP-Bindemittelgehalt korrekt berücksichtigt, indem die Neubindemittelzugabe entsprechend reduziert wird. Die JMF sollte den Gesamtbindemittelgehalt (Neu + RAP), das RPBR und die Neubindemittelzugaberate anzeigen. Der Prüfer sollte überprüfen, ob die volumetrischen Eigenschaften (Hohlraumgehalt, VMA, VFA, Staub-Bindemittel-Verhältnis) die Spezifikationsanforderungen erfüllen und ob die Mischung auf Feuchteempfindlichkeit gemäß AASHTO T 283 bewertet wurde.
Während der Produktion sollte der Prüfer den Werksbetrieb auf ordnungsgemäße Handhabung von RAP überwachen. Wichtige Prüfpunkte umfassen:
RAP-Beschickungssystem: Das RAP sollte über einen separaten Kaltbeschickungsbehälter und ein Fördersystem zugeführt werden, das für eine genaue Dosierung kalibriert ist. Die RAP-Zufuhr sollte gleichmäßig und einheitlich sein. Der Prüfer sollte überprüfen, ob das RAP nicht überladen in die Trommel oder den Pugmill gegeben wird, was zu unvollständiger Durchmischung oder Temperaturproblemen führen kann.
RAP-Temperatur: In Trommelanlagen wird das RAP typischerweise in der Mitte der Trommel zugegeben, wo die Neu-Gesteinskörnung bereits überhitzt wurde (typischerweise 200–260 °C). Die Wärmeübertragung von den überhitzten Neu-Gesteinskörnungen auf das RAP schmilzt das gealterte Bindemittel und ermöglicht die Durchmischung. Die RAP-Temperatur sollte überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie während des Mischens mindestens 130 °C erreicht, aber 177 °C nicht überschreitet, da dies zu zusätzlicher Oxidation des RAP-Bindemittels führen würde. In Chargenmischern kann das RAP direkt in den Pugmill gegeben werden, und die Mischzeit muss möglicherweise verlängert werden, um eine ausreichende Durchmischung zu gewährleisten.
Ausbluten und Ablösen: Der Prüfer sollte auf blauen Rauch am Kamin achten, der auf eine Überhitzung des RAP-Bindemittels hindeutet (die flüchtige Fraktion wird verbrannt). Übermäßiger blauer Rauch zeigt an, dass der RAP-Zugabepunkt oder die Temperatur falsch ist. Der Prüfer sollte auch das Erscheinungsbild der Mischung auf Gleichmäßigkeit der Umhüllung und Farbe überwachen — Entmischung von RAP-Partikeln (sichtbare Ansammlungen von dunklen, bindemittelreichen Partikeln) deutet auf unvollständige Durchmischung hin.
Probenahme und Prüfung: Proben der produzierten Mischung sollten in der erforderlichen Häufigkeit auf Bindemittelgehalt (Verbrennungsofen gemäß AASHTO T 308), Korngrößenverteilung, volumetrische Eigenschaften und Feuchteempfindlichkeit entnommen werden. Der Prüfer sollte überprüfen, ob die Prüfergebnisse innerhalb der JMF-Toleranzen liegen und ob Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, wenn die Ergebnisse sich den Kontrollgrenzen nähern.
Prüfung nach dem Einbau konzentriert sich auf Dichte und Ebenheit. Die Zieldichte für RAP-haltige Mischungen ist dieselbe wie für Neumischungen — typischerweise 92–98 % der theoretischen Maximaldichte (TMD), entsprechend 2–8 % Hohlraumgehalt in situ. Die Dichteprüfung erfolgt mit nuklearen Messgeräten (für schnelle Feldmessungen) oder Bohrkerne (für Laborverifizierung gemäß AASHTO T 166). Der Prüfer sollte überprüfen, ob das Walzmuster (Anfangswalzung, Zwischenwalzung und Endwalzung) ausreicht, um die spezifizierte Dichte ohne Überwalzung zu erreichen, was die Mischung instabil machen oder das Bindemittel an die Oberfläche treiben lassen kann.
Die Verdichtungstemperatur für RAP-haltige Mischungen ist besonders wichtig. Da RAP-Mischungen tendenziell steifer sind und Rejuvenatoren oder weichere Bindemittel enthalten können, kann das Temperaturfenster für eine effektive Verdichtung enger sein als bei Neumischungen. Der Prüfer sollte die Mischungstemperatur am Fertiger und hinter der Bohle überwachen, um sicherzustellen, dass das Material innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs für die Verdichtung liegt. Thermische Entmischung — Temperaturunterschiede in der Asphaltdecke, verursacht durch Abkühlung des Materials im LKW-Bett oder Fertigertrichter — ist ein besonderes Problem bei RAP-Mischungen, da das steifere Bindemittel Temperaturschwankungen weniger verzeiht.
Langzeitprüfung von RAP-haltigen Fahrbahnen sollte sich auf die Schadensarten konzentrieren, die am häufigsten mit Mischungen mit hohem RAP-Anteil verbunden sind: Rissbildung (Ermüdung und thermisch), Absandung und Feuchteschäden. Der Prüfer sollte den Ort, das Ausmaß und die Schwere von auftretenden Rissen dokumentieren und besonders darauf achten, ob das Rissbild mit typischen RAP-bedingten Problemen übereinstimmt (z. B. quer verlaufende Temperaturrisse in kalten Klimazonen, Ermüdungsrisse in stark belasteten Bereichen). Regelmäßige Pavement Condition Index (PCI) -Erhebungen gemäß ASTM D5340 (für Flughäfen) oder ASTM D6433 (für Autobahnen) sollten die Zustandsbewertung von RAP-haltigen Abschnitten zum Vergleich mit Neubaustrecken umfassen.
Lebenszyklusanalyse (LCA) von RAP-haltigen Fahrbahnen bewertet die Umweltauswirkungen der Verwendung von RAP im Vergleich zu Neumaterialien über alle Phasen des Fahrbahnlebenszyklus: Materialgewinnung und -produktion, Bau, Nutzungsphase, Instandhaltung und Sanierung und Lebensende. LCA liefert quantitative Belege für die Nachhaltigkeitsvorteile von RAP und unterstützt fundierte Entscheidungen über RAP-Einsatzanteile und Recyclingstrategien.
Das LCA-Rahmenwerk für Asphaltfahrbahnen folgt den ISO 14040- und ISO 14044-Standards und wird durch Werkzeuge wie das INVEST (Infrastructure Voluntary Evaluation Sustainability Tool) der FHWA, das BE2ST-in-Highways-Tool des Recycled Materials Resource Center (RMRC) der University of Wisconsin-Madison und das PaLATE (Pavement Lifecycle Assessment Tool for Environmental and Economic Effects) -Tool implementiert.
Wichtige LCA-Erkenntnisse zu RAP umfassen:
Energieverbrauch: Die Produktion von RAP-Mischungen erfordert etwa 15–35 % weniger Energie als entsprechende Neumischungen. Diese Energieeinsparung ergibt sich aus drei Quellen: reduzierte Neu-Gesteinskörnungsproduktion (Abbau, Zerkleinerung und Verarbeitung), reduzierte Neubindemittelproduktion (Rohölförderung, Transport und Raffination) und reduzierte Materialtransportentfernungen (RAP wird typischerweise lokal bezogen). Für Mischungen mit hohem RAP-Anteil (40–50 % RAP) können die Energieeinsparungen im Vergleich zu Neumischungen über 40 % betragen.
Treibhausgasemissionen (THG): Die Verwendung von RAP reduziert die THG-Emissionen um 20–35 % pro Tonne produziertem Asphalt im Vergleich zu Neumischungen. Eine in Sustainability (MDPI, 2021) veröffentlichte Studie schätzte, dass eine Tonne Asphalt mit 93 % RAP, produziert bei 105 °C, den CO₂-Fußabdruck um 55–64 % im Vergleich zu einem konventionellen Heißasphalt reduzieren könnte. Die THG-Reduktionen resultieren aus reduziertem Energieverbrauch für die Materialproduktion, reduzierter Bindemittelherstellung (Vermeidung der Raffination von Rohöl zu Asphaltzement) und reduzierten Transportemissionen.
Wasserverbrauch und -verschmutzung: RAP reduziert den Wasserverbrauch im Zusammenhang mit dem Abbau und der Verarbeitung von Neu-Gesteinskörnungen (Waschvorgänge) und verringert das Potenzial für Wasserverschmutzung durch Steinbruchbetriebe. Die Auslaugungseigenschaften von RAP sind im Allgemeinen unbedenklich — Studien des RMRC haben gezeigt, dass RAP-Sickerwasser für regulierte Inhaltsstoffe innerhalb der Trinkwasserstandards liegt und RAP nicht als Gefahrstoff eingestuft ist.
Deponievermeidung: Jede Tonne RAP, die in neuen Fahrbahnkonstruktionen verwendet wird, stellt eine Tonne Material dar, die nicht deponiert werden muss. Angesichts der Tatsache, dass in den USA jährlich etwa 100 Millionen Tonnen RAP anfallen, übersteigt die jährliche Deponievermeidung 90 Millionen Tonnen (unter Berücksichtigung der etwa 5 %, die möglicherweise noch deponiert werden). Diese Deponievermeidung erhält Deponiekapazität und vermeidet die Umweltauswirkungen des Baus und Betriebs von Deponien.
Wirtschaftliche Auswirkungen: Neben den Umweltvorteilen bietet RAP auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile. NAPA schätzt, dass die Verwendung von RAP den US-Steuerzahlern jährlich über 2 Milliarden US-Dollar einspart. Auftragnehmer profitieren von reduzierten Neumaterialkosten, und Behörden profitieren von niedrigeren Bau- und Instandhaltungskosten für Fahrbahnen. Die wirtschaftlichen Vorteile steigen mit dem RAP-Gehalt und bieten einen finanziellen Anreiz für Behörden, den RAP-Einsatz zu maximieren.
Einschränkungen und Überlegungen: Die LCA von RAP-Fahrbahnen muss das Potenzial für eine reduzierte Nutzungsdauer berücksichtigen, wenn Mischungen mit hohem RAP-Anteil nicht ordnungsgemäß konzipiert sind. Wenn eine Hoch-RAP-Fahrbahn nur 15 Jahre hält, verglichen mit 20 Jahren für eine Neubaufahrbahn, können die Lebenszyklus-Umweltvorteile von RAP teilweise durch die Notwendigkeit häufigerer Sanierungen aufgewogen werden. Die Nutzungsphase der Fahrbahn (Rollwiderstand, der den Fahrzeugkraftstoffverbrauch beeinflusst) ist ebenfalls eine Überlegung — steifere RAP-Mischungen können den Kraftstoffverbrauch aufgrund geringerer Fahrbahndurchbiegung leicht reduzieren, obwohl dieser Effekt bei dicken Fahrbahnen auf starken Gründungen minimal ist. Das Recyclingpotenzial am Lebensende ist ebenfalls wichtig — RAP-Mischungen können selbst zurückgewonnen und in einem geschlossenen Kreislauf recycelt werden, was die Lebenszyklusvorteile über mehrere Recyclingzyklen verlängert.
Die FHWA und EPA haben Politiken etabliert, die die maximal praktikable Verwendung von RAP im Autobahnbau unterstützen. Die Recycled Materials Policy der FHWA besagt, dass “die Verwendung von Recyclingmaterialien im Bau von Autobahnen im maximal wirtschaftlichen und praktikablen Umfang mit gleicher oder verbesserter Leistung” eine Behördenpriorität ist. Die Politik erkennt an, dass die RAP-Verwendung Kosten senkt, natürliche Ressourcen schont, den Energieverbrauch reduziert, Treibhausgasemissionen verringert und die Notwendigkeit der Deponierung von altem Fahrbahnmaterial beseitigt.
Die Asphalt Pavement Alliance (APA) und NAPA haben ehrgeizige Ziele für die RAP-Verwendung gesetzt und fördern das Ziel, eine 100 %ige Recyclingfähigkeit von Asphaltfahrbahnen zu erreichen — das Konzept, dass jede Tonne ausgebauter Asphaltfahrbahn vollständig in neuen Fahrbahnkonstruktionen wiederverwendet werden sollte. Bei aktuellen Recyclingraten von über 95 % in den USA ist Asphaltfahrbahn bereits das am meisten recycelte Material im Land nach Tonnage, und kontinuierliche Fortschritte bei der RAP-Verarbeitung, Mischgutkonzeption und Rejuvenatortechnologien ermöglichen immer höhere RAP-Einsatzanteile in allen Fahrbahnanwendungen.
Unser Team bietet professionelle Fahrbahnzustandsbewertungen, einschließlich RAP-Gehaltsverifizierung, Mischgutkonzeptionsbewertung und Qualitätskontrolle für Asphaltrecyclingprojekte auf Autobahnen und Flugplätzen.
Nachhaltige Fahrbeläge minimieren Umweltauswirkungen durch recycelte Materialien (RAP, RAS, rezyklierte Gesteinskörnung aus Beton, Flugasche, Schlacke), Warmmis...
Kaltrecycling in situ (CIR) ist eine Fahrbahnsanierungsmethode, bei der vorhandene Asphaltschichten kalt gefräst, mit Recyclingmitteln (Emulsion oder Schaumbitu...
Asphalt-Rejuvenatoren sind Zusatzstoffe, die die chemischen und physikalischen Eigenschaften von gealtertem, oxidiertem Asphaltbindemittel in RAP, RAS oder in-s...
