DE19738928C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Griffigkeit von bitumengebundenen Straßenoberflächen, bestehend aus mindestens einem Bindemittel und mineralischen Bestandteilen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Griffigkeit von bitumengebundenen Straßenoberflächen, bestehend aus mindestens einem Bindemittel und mineralischen Bestandteilen

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Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die Erfindung kommt zur Verbesserung der Griffigkeit von Straßenoberflächen durch flächenhaftes Abtragen zum Einsatz.
Stand der Technik
Asphaltdeckschichten, die unter Beachtung derzeitig gültiger technischer Regelwerke gebaut wurden, weisen im Gebrauchszustand eine gute Griffigkeit auf. Problematisch ist jedoch die Gewährleistung einer ausreichend hohen Anfangsgriffigkeit einer Asphaltdeckschicht unmittelbar nach der Herstellung bzw. Instandsetzung.
Die mangelhafte Griffigkeit wird durch das Überwalzen der zu verdichtenden Asphaltdeckschicht hervorgerufen. Hierbei werden Teile des Bindemittels an die Deckschichtoberfläche gedrückt, wodurch die dort liegenden mineralischen Bestandteile bedeckt werden.
Zur Gewährleistung einer ausreichenden Anfangsgriffigkeit von Asphaltdickschichten sind verschiedene Verfahren bekannt.
Seit den siebziger Jahren wird das Verfahren des Absandens angewandt, bei dem bituminierter heißer Brechsand auf die hergestellte Aspaltoberläche aufgestreut und von einer oder mehreren Glattmantelwalzen eingewalzt wird. Auf diese Weise wird eine sandpapierartige Feinstruktur erzeugt.
Angewandt wird weiter das Verfahren des Absplittens mit Splittkörnern bis zu 5 mm Durchmesser.
Signifikanter Nachteil dieser Verfahren zur Verbesserung der Anfangsgriffigkeit von Asphaltdeckschichten ist, dass durch herausgerissene Splitt- und Sandkörner Windschutzscheiben zertrümmert und Unfälle verursacht werden können.
Bekannt sind weiterhin Verfahren, die größtenteils auf einem mechanischen Abtragen des Bindemittelfilms von der Asphaltoberfläche beruhen. Angewandt werden Abtragsverfahren zum Einbringen von Rillen in die Asphaltdeckschicht durch Nass- oder Trockenfräsverfahren. Nachteil dieser Behandlung der Asphaltoberfläche ist eine u. U. drastische Herabsetzung der Sicherheit insbesondere für Zweiradfahrzeuge sowie die Entstehung von Spurrillen auf der Fahrbahn.
Zum Abtragen der Bindemittelschicht von der Oberfläche der Deckschicht ist der Einsatz von Hochdruck-Wasser-Technik-Verfahren (Wasserdruck bis zu 1000 bar) bekannt. Nachteilig hierbei ist, dass der Materialabtrag schwierig und nur durch die Beeinflussung des Wasserdruckes und der Fahrgeschwindigkeit der Bearbeitungsmaschinen steuerbar ist.
Weitere bekannte Verfahren zur Verbesserung der Griffigkeit sind Verfahren zu Strukturierung der Asphaltdeckschichten mit Hilfe spezieller, strukturierter Walzen. Dabei wird u. U. ähnlich der erstgenannten Verfahren zum Abanden/Absplitten Brechsand oder Splitt eingewalzt. Hinsichtlich der Sicherheit gelten hierbei dieselben Einschränkungen wie bei den Verfahren zum Absanden/Absplitten allgemein. Weiterer Nachteil ist, dass die Bindemittelschicht zwar strukturiert, nicht jedoch abgetragen wird.
In DE 36 30 507 A1 wird ein Sanierungsverfahren beschrieben, bei dem elektromagnetische Wellen dazu genutzt werden, ein Metallgitter zu erwärmen, das wiederum die Asphaltdeckschicht aufheizen soll. In einem weiteren Arbeitsgang wird dann die gesamte Deckschicht abgetragen. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass damit eine hohe Anfangsgriffigkeit einer Asphaltdeckschicht unmittelbar nach der Herstellung bzw. Instandsetzung nicht gewährleistet wird.
Mit der Erfindung gelöste Aufgabe
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung der Griffigkeit von bitumengebundenen Straßenoberflächen bestehend aus mindestens einem Bindemittel und mineralischen Bestandteilen vorzuschlagen, mit denen eine hohe Anfangsgriffigkeit einer Asphaltdeckschicht unmittelbar nach der Herstellung bzw. Instandsetzung gewährleistet wird.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 11 und 13 bis 17 stellen entsprechende vorteilhafte Ausgestaltungen dar.
Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht die Beseitigung des einige Millimeter dicken Bindemittelfilms (Bindemittel und mineralische Feinanteile) von der Straßenoberfläche und die Freilegung der mineralischen Bestandteile des Straßenbelages. Dadurch wird eine ausreichend hohe Anfangsgriffigkeit der Straßenoberfläche nach deren Herstellung oder Instandsetzung gewährleistet.
Erreichte Verbesserungen und Vorteile gegenüber dem Stand der Technik
Mit Hilfe der im folgenden beschriebenen Erfindung ist ein flächenhafter Abtrag des Bindemittelfilms von der Oberfläche von Straßen realisierbar, der mit den bekannten Verfahren nicht bzw. nicht in ausreichendem Maße erreicht wird. Durch die flächenhafte Entfernung der Bindemittelschicht sowie die Freilegung der mineralischen Bestandteile des Straßenbelages entsprechend der beschriebenen Erfindung wird eine ausreichend hohe Griffigkeit der Straßen­ oberfläche gewährleistet, ohne die für die bekannten Verfahren typischen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen und ohne den Einsatz zusätzlichen Materials.
Lösungsweg
Das Abtragen des Bindemittelfilms von der Oberfläche des Straßenbelages und das damit verbundene Freilegen der im Straßenbelag enthaltenen mineralischen Bestandteile zur Verbesserung der Griffigkeit der Straßenoberfläche erfolgt mit Laserstrahlung. Der eingesetzte Laser wird hierbei im Pulsbetrieb betrieben.
Charakteristisch für die beschriebene Erfindung ist dabei, dass der Abtrag des Bindemittelfilms mit Laserstrahlung weitgehend einer bestimmten Wellenlänge erfolgt. Der Abtrag erfolgt entsprechend der Wellenlänge des verwendeten Lasers selektiv, sofern die abzutragenden Schichten (Bindemittel/mineralische Bestandteile) bei dieser Wellenlänge unterschiedliche optische und/oder thermische Eigenschaften aufweisen.
Die für einen optimalen Prozess neben der Wellenlänge und Intensität sowie Leistungsdichte des Laserstrahles wichtige Wechselwirkungszeit zwischen Laserstrahl und Straßenoberfläche kann durch schnelle Relativbewegung zwischen Arbeitsfleck und Oberfläche oder durch den Pulsbetrieb des Lasers eingestellt werden.
In das abzutragende Material wird bei dessen Bestrahlung mit dem Laser eine definierte Energiemenge eingetragen. Dieser Energieeintrag führt zum Verdampfen und/oder Ionisieren der abzutragenden Materialschicht.
Die Wellenlänge des Lasers kann dabei so gewählt werden, dass die Laserstrahlung von der abzutragenden Bindemittelschicht gut, von den zu erhaltenden mineralischen Bestandteilen nur in geringerem Maße absorbiert wird. Auf diese Weise erfolgt ein selektiver Abtrag (s. Fig. 2), wo­ durch die Makrorauhigkert der bearbeiteten Fläche deutlich verbessert wird. Dieser selektive Abtrag wird weiterhin dadurch unterstützt, dass die Zersetzungs- bzw. Verdampfungstemperatur des Bindemittels unter der der mineralischen Bestandteile liegt.
Durch die Auswahl einer Wellenlänge, bei der die elektromagnetische Strahlung von der Binde­ mittelschicht und den mineralischen Bestandteilen gleichermaßen absorbiert wird, ist bei ähnlichen thermischen Eigenschaften von Bindemittel und mineralischen Bestandteilen ein indifferenter, homogener Abtrag auf der gesamten zu behandelnden Fläche realisierbar.
Eine thermische Beeinflussung der unter dem abzutragenden Material liegenden Schichten der Straßenoberfläche erfolgt bei dem beschriebenen Verfahren wegen der kurzen Wechselwirkungszeiten nicht.
Ausführungsbeispiel
Eine Vorrichtung, mit der das beschriebene Verfahren realisiert werden kann, ist in Fig. 1 dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einem Laser mit Abbildungsoptik (1) und einer Düse (4), die ein Prozeßgas (5) auf die Bearbeitungsstelle, die durch eine Schutzvor­ richtung (6) abgeschirmt ist, leitet. Der Laser wird im Pulsbetrieb betrieben. Während der Bearbeitung des Werkstückes (2) ist er um einen bestimmten Winkel gegen das Lot auf die Werkstückoberfläche angestellt, so daß eine stechende oder schleppende Bear­ beitung des Werkstücks erfolgt. Auf diese Weise wird weitgehend verhindert, daß die während der Bearbeitung von der Werkstückoberfläche abgetragenen, senkrecht nach oben geschleuderten Partikel auf die Abbildungsoptik des Lasers bzw. den Laser selbst treffen.
Die Vorschubgeschwindigkeit richtet sich nach Art und Dicke der abzutragenden Schicht sowie nach dem gewünschten Bearbeitungsergebnis (teilweise/vollständige Freilegung der mineralischen Bestandteile; s. Fig. 2).

Claims (17)

1. Verfahren zur Erhöhung der Griffigkeit von bitumengebundenen Straßenoberflächen bestehend aus mindestens einem Bindemittel und mineralischen Bestandteilen, wobei die Deckschicht der Straßenoberfläche zumindest teilweise abgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen mittels elektromagnetischer Strahlung in Form von Laserstrahlung erfolgt, damit das Bindemittel der Deckschicht verdampft wird und die mineralischen Bestandteile der Straßenoberfläche freigelegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung im Infrarot-Bereich emittierende Laser eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung ein CO2-Laser eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung ein Neodym-YAG- Festkörperlaser (Nd:YAG) eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bearbeitung ein Diodenlaser bzw. mehrere Diodenlaser eingesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zu bearbeitende Fläche während der Einwirkung der elektromagnetischen Strahlung in inerter Atmosphäre befindet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsatmosphäre mit einem Gas angereichert ist, das den thermischen Zersetzungsprozess fördert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsatmosphäre mit Sauerstoff angereichert ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das eingesetzte Gas zum Entfernen der gasförmigen und/oder schmelzflüssigen sowie festen Abtragungsprodukte genutzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen so erfolgt, dass die mineralischen Bestandteile nach der Durchführung des Abtragungsprozesses wesentlich über die Straßenoberfläche hinausragen.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtragen so erfolgt, dass nach Durchführung des Abtragsprozesses die mineralischen Bestandteile geringfügig mit abgetragenen sind und somit nicht spürbar über die Straßenoberfläche hinausragen.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Merkmale
  • - dass als Quelle für die im Abtragsprozess eingesetzte elektromagnetische Strahlung Laserstrahlung verwendet wird,
  • - dass die Vorrichtung so gestaltet ist, dass sie selbständig oder auf einem Fahrzeug transportiert werden kann,
  • - dass die Vorrichtung Einrichtungen für die Strahlformung, -übertragung sowie für die Strahlfokussierung aufweist,
  • - dass in der Vorrichtung Aggregate für die autonome Medienversorgung der Strahlquelle und für die Zu- und Abführung der/des Prozessgase(s) enthalten sind,
  • - dass für den Baustellen-Einsatz der Vorrichtung in Form der Lasereinrichtung, Schutzeinrichtungen angebracht sind, die den Berieb der Vorrichtung als Laser der Klasse 1 erlauben,
  • - dass die Vorrichtung Schutzeinrichtungen aufweist, die ihren Baustellen-Einsatz hinsichtlich der elektrischen Schutzklasse ermöglichen,
  • - dass für kurze Wechselwirkungszeiten zwischen elektromagnetischer Strahlung sowie zu behandelnder Fläche Einrichtungen zu Verfügung stehen,
  • - dass weiter in der Vorrichtung eine Prozesssteuerungs- und -überwachungseinrichtung enthalten ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle der elektromagnetischen Strahlung ein Hochleistungsdiodenlaser ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung auf einem Lkw/Transporter transportiert wird.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung für die Stahlübertragung Lichtwellenleiter eingesetzt werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlformung und -fokussierung durch eine Abbildungsoptik realisiert wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsstelle durch einen Bearbeitungskopf abgeschirmt wird, dass die Vorrichtung als Laser der Klasse 1 betrieben werden kann.
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