EP4257749A1 - Verfahren zur herstellung einer fahrbahnoberfläche mit verringerter emission von mikroplastik - Google Patents

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Publication number
EP4257749A1
EP4257749A1 EP22166773.6A EP22166773A EP4257749A1 EP 4257749 A1 EP4257749 A1 EP 4257749A1 EP 22166773 A EP22166773 A EP 22166773A EP 4257749 A1 EP4257749 A1 EP 4257749A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
road surface
treatment
road
surface layer
texture
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22166773.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Alte-Teige
Marko Wieland
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oat Green Tech Solutions GmbH
Original Assignee
Oat Green Tech Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oat Green Tech Solutions GmbH filed Critical Oat Green Tech Solutions GmbH
Priority to EP22166773.6A priority Critical patent/EP4257749A1/de
Publication of EP4257749A1 publication Critical patent/EP4257749A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C23/00—Auxiliary devices or arrangements for constructing, repairing, reconditioning, or taking-up road or like surfaces
    • E01C23/06—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road
    • E01C23/08—Devices or arrangements for working the finished surface; Devices for repairing or reconditioning the surface of damaged paving; Recycling in place or on the road for roughening or patterning; for removing the surface down to a predetermined depth high spots or material bonded to the surface, e.g. markings; for maintaining earth roads, clay courts or like surfaces by means of surface working tools, e.g. scarifiers, levelling blades
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01C—CONSTRUCTION OF, OR SURFACES FOR, ROADS, SPORTS GROUNDS, OR THE LIKE; MACHINES OR AUXILIARY TOOLS FOR CONSTRUCTION OR REPAIR
    • E01C11/00—Details of pavings
    • E01C11/005—Methods or materials for repairing pavings

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a road surface with reduced emissions of microplastics from tire-road contact.
  • Road surfaces with optimized surface design e.g. for sufficient grip and water drainage as well as reduced noise emissions, are important prerequisites for the traffic safety of our roads and environmental compatibility. Ensuring these quality properties by defining needs-based texture properties (micro- and macro-texture features) and monitoring them has been known for a long time.
  • the texture of a road surface as the deviation of a road surface from an actually flat surface, contributes significantly to factors such as the grip between the tire and the road, the noise emissions due to tire-road contact, rolling resistance, driving comfort, the formation of spray plumes on wet roads and wear the road surface.
  • Plastic in the environment represents a major and increasing environmental challenge.
  • solid bodies made of elastomeric, thermoplastic or thermoset plastics that enter the environment directly or indirectly through human activity are referred to as micro- and macroplastics.
  • Microplastics include particles and fibers, while macroplastics refer to larger plastic objects.
  • primary microplastics type A primary microplastics type A
  • primary microplastics type B primary microplastics type B
  • microplastics from tire and bitumen abrasion on traffic areas are therefore “primary microplastics type B”.
  • primary microplastics type B In Germany, microplastic emissions from these two areas are among the largest sources of input.
  • surface texturing is carried out depending on the concrete composition used, in particular by smoothing, introducing a texture into the fresh surface mortar (e.g. using jute cloth, artificial turf, broom, steel comb), removing the surface mortar that has not yet hardened (washed concrete) or Texturing of hardened concrete through mechanical processing (e.g. grinding).
  • the surface texture is determined in particular by the asphalt recipe and/or type of asphalt used and the final processing steps, e.g. B. scattering and / or rollers generated. When sprinkling, sand and/or grit are distributed over the surface. If necessary, these can also be coated with a binder such as bitumen.
  • the present invention is based on the object of significantly reducing the emissions of microplastics from driving on traffic areas, such as road traffic or aircraft taxiing on the ground.
  • the emissions should be as a result from tire abrasion and/or as a result of material abrasion from the road surface.
  • the other application properties that characterize the quality of a road surface such as the practical value in terms of driving safety and driving comfort, but also durability, noise emissions, etc., should not be negatively influenced.
  • the road surface obtained using the method according to the invention should meet all requirements from the relevant regulations for the provision, characterization and testing of road surfaces.
  • the other properties that can be attributed to the texture, in particular the grip, evenness and noise development of the tire-road noise should have a level that complies with the rules and meets the requirements.
  • the binder film in particular the bitumen film and / or the texture-side coating, in particular bitumen coating, of the aggregate, which is particularly pronounced in newly produced surface layers, can be removed in a targeted manner. It is possible on the surface of the road surface in the form of z. B. grinding dust or cutting sludge components (particularly bitumen, mortar and rock), if necessary after processing, to be reused. Areas of application for this removed material are particularly suitable for asphalt and concrete production.
  • the optimization is achieved in newly manufactured or new road surfaces specifically through the targeted use of known and/or further developed methods for surface processing and/or surface texturing, which have previously been commonly used in the renovation of older surface layers in order to improve their texture and/or grip to improve.
  • the cumulative emission of microplastics over the period of use of a road surface can be greatly reduced.
  • Another subject of the invention is a road surface that can be obtained by the method according to the invention.
  • a further subject of the invention is the use of a method, as defined above and below, for providing a road surface with a reduced emission of microplastics from tire-road contact compared to an untreated road surface.
  • road surface generally covers the surface (the upper part of the superstructure) of traffic areas for land and aircraft.
  • a binder layer one or more base layers, which are also included in the superstructure, and underneath the so-called substructure.
  • a newly produced road surface layer is preferably treated.
  • “newly produced” means that at least the complete cover layer is renewed over a width of at least 1 m and a length of at least 50 m.
  • at least one full-width lane is preferably renewed.
  • the width of a paved roadway is at least 2.75 m (e.g. roads with a planned maximum speed of less than 60 km/h, local roads, access roads), specifically at least 3.00 m (e.g. roads with a planned maximum speed of at least 60 km/h, state roads), more specifically at least 3.50 m (e.g.
  • the length of the newly produced top layer is at least 100 m, more specifically at least 500 m, even more specifically at least 1 km.
  • methods can also be used in which a thin layer is applied as a cover layer using cold or hot construction.
  • the new production of a road surface layer differs from a surface repair (also road renovation or roadway renovation) by repairing localized areas of damage or a surface repair by applying thin layers using cold or hot construction methods.
  • Newly produced road surface layers in the sense of the invention also include surface layers that are not older than 12 months, preferably not older than 6 months.
  • the method according to the invention is generally suitable for road surfaces that include aggregate and a binder, regardless of the material used.
  • These include asphalt surface layers, concrete pavements, vertical hybrids (concrete on asphalt, asphalt on concrete, or other layers on concrete and/or asphalt), thin asphalt surface layers in cold construction (DSK), thin asphalt surface layers in hot construction on sealing (DSH-V), etc.
  • Asphalt surface layers whose aggregate mixtures are composed according to the concrete principle are also called “asphalt concrete”. used.
  • Asphalt concrete is an asphalt surface layer within the meaning of the invention.
  • cement concrete is also used for concrete ceilings based on hydraulically setting compounds. Cement concrete is a concrete ceiling within the meaning of the invention.
  • the road surface layer is selected from asphalt surface layers.
  • the road surface layer is selected from concrete pavements.
  • Asphalt surface layers generally consist of an aggregate, a binder such as bitumen, and optionally additives such as fillers.
  • the aggregate mixture has a defined grain size distribution, containing defined proportions of particles of different grain sizes, such as gravel, grit, sand.
  • asphalt concrete AC
  • chipped mastic asphalt SMA
  • mastic asphalt MA
  • OPA open-pored asphalt
  • Concrete ceilings also consist of an aggregate, such as a graded mineral mixture of unbroken and/or broken rock, a hydraulic binder such as cement, and optionally at least one additive.
  • Concrete road surfaces are usually installed using appropriate machine technology (e.g. slipform pavers). It is also possible to install the concrete ceiling by hand, e.g. with a vibrating screed. After installation, the surface of the compacted concrete pavement is smoothed and textured for grip and noise reduction.
  • the texture is usually produced as a washed concrete surface by applying a surface retarder to the smoothed concrete surface to delay the solidification and initial hardening of the cement and, after sufficient hardening, the aggregate is exposed on the surface by dry or wet brushing/removing the surface mortar.
  • the texture depth is usually between 0.6 and 1.1 mm.
  • the starting materials and material composition used to produce the road surfaces according to the invention correspond, unless otherwise stated, to the technical regulations for road construction. These regulations specifically include ZTV Asphalt-StB (Additional Technical Contractual Conditions and Guidelines for the Construction of Asphalt Pavements), TL Asphalt-StB, ZTV Beton-StB and TL Beton-StB.
  • aggregates are natural, artificial and aggregates that come from a recycling process.
  • they can come from natural deposits when recycled Building materials are produced or as an industrial by-product, e.g. B. in the form of slag, or produced specifically for use in traffic area construction, e.g. B. Glass grains.
  • Aggregates for the production of road surface concrete are generally defined in the TL Gestein-StB, Appendix G.
  • the invention is not limited to this, but also makes it possible to build traffic areas using alternative materials.
  • the texture of a road surface essentially describes its geometric shape in the wavelength range from a few micrometers to a maximum of 500 millimeters as a deviation from the flat surface. It was found that a first important parameter for influencing the emission of microplastics and other properties of the road surface layer is the proportion of texture depth, which describes the macrotexture of the road surface. Macro texture refers to the range from 0.5 to 50 mm. Smaller deviations (less than 0.5 mm) are referred to as microtexture, larger ones (50 to 500 mm) as megatexture.
  • DIN EN ISO 13473-1 (current version 2021-11) describes the characterization of the texture of surface layers using surface profiles, with Part 1 describing the determination of the mean profile depth MPD (Mean Profile Depth).
  • DIN EN ISO 13473-1 contains the description of the test method for determining the average depth of the macro-texture of a road surface, specifically by measuring a profile curve of the surface and calculating the texture depth from this profile. The method makes it possible to obtain a characteristic value for the macro texture of the road surface layer, which no longer captures the condition of the micro-texture of the road and unevenness features.
  • the DIN standard also contains information for the expert on the nature of the surfaces to be tested, the measuring devices to be used, the measuring method and the subsequent data processing. For example, an analysis of the average profile depth using a laser triangulation meter is suitable.
  • the target value range for the texture depth MPD is preferably in the range from 0.2 to 0.8 mm, particularly preferably in the range from 0.3 to 0.7 mm.
  • the target value range for the texture depth MPD, determined according to DIN EN ISO 13473-1, for road surface layers with a maximum permissible speed of less than 60 km/h is preferably in the range of 0.2 to 0.5 mm, preferably in the range of 0.3 up to 0.4 mm.
  • the target value range for the texture depth MPD, determined according to DIN EN ISO 13473-1, for road surface layers with a maximum permissible speed of at least 60 km/h is preferably in the range from 0.5 to 0.8 mm, preferably in the range from 0.6 to 0.7mm.
  • the roads with a maximum permissible speed of less than 60 km/h include most inner-city roads as well as many local roads and access roads.
  • the roads with a maximum permissible speed of at least 60 km/h include many state roads and usually federal roads and motorways.
  • the initial value (actual value) of the road surface layer for the texture depth MPD is in the range of 0.3 to 1.5 mm.
  • the shape factor g is another texture parameter that is used as an indicator of the texture shape. It specifically enables the surface shape of road surfaces to be distinguished with the same texture depth and wavelength of the profile.
  • the shape factor of a road surface can be derived from the wing curve of a surface profile by determining the corresponding wing portion at half the maximum profile depth (roughness depth).
  • the wing curve shows the relationship between the wing proportion and the section line depth. The determination can be made using algorithms such as: B. in the DIN EN ISO 13473-1 are described. High g values tend to indicate concave textures, while low g values tend to indicate convex ones.
  • the target value range for the shape factor g is preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%.
  • the method according to the invention enables the road surface to be optimized, which leads to lower microplastic emissions, even if the initial value for the shape factor is already high.
  • a non-slip, isotropic macro-texture is obtained which, due to its structure (high shape factor), resembles a “plateau with ravines”.
  • the road surface layer provided or selected for treatment preferably has an actual value (initial value) for the binder content on the surface that comes into contact with tires of 60 to 100%.
  • the target value range for the binder content of the road surface layer on the surface that comes into contact with tires is preferably a maximum of 30%, particularly preferably a maximum of 20%.
  • SRT Skid Resistance Tester
  • a rubber sliding shoe with a defined degree of hardness is attached to the end of a pendulum arm. When the pendulum arm is triggered, this sliding body slides over the water-wetted surface to be tested with a constant contact pressure and a defined speed.
  • the rubber shoe is weighed in order to determine the weight M SRT .
  • the principle of this test is to determine the mass loss ⁇ M SRT of the rubber from the difference between M SRT before the grip measurement and after the repeated grip measurements, which occurs due to abrasion as a result of repeated pendulum executions. In order to achieve a more significant loss of mass, it is alternatively possible to measure with a dry surface.
  • the aim is to determine the abrasiveness using the characteristic value of the mass loss of the test rubber ⁇ M SRT .
  • a measurement can be carried out using a high-speed measuring method, for example SKM.
  • SKM high-speed measuring method
  • the extended measurement to determine a mass loss, for example ⁇ M SKM, takes place analogously to the procedure described above for the SRT pendulum.
  • the measurements take place before the surface treatment is carried out in order to determine the initial value ( ⁇ M SRT/before or ⁇ M SRT/before ).
  • the mass loss ( ⁇ M SRT/after or ⁇ M SRT/after ) is determined again using the same method that was used in the initial measurement.
  • the percentage reduction in abrasiveness ( ⁇ M SRT [%] or ⁇ M SKM [%]) is determined by the surface processing according to the invention.
  • the target value range for the surface processing according to the invention is preferably a reduction in mass loss by at least 15%, preferably by at least 30%.
  • Treatment with a blasting agent is preferably carried out using compressed air jets with a solid blasting agent, high-pressure water jets or a combination thereof.
  • the road surface layer is subjected to a surface treatment with a solid blasting agent.
  • the solid blasting agent is preferably selected from sand, glass beads, steel balls, ceramics, dry ice, corundum, wire grit, emery, bronze gravel, blast furnace slag, calcium carbonate granules, plastics and combinations thereof.
  • the road surface layer is subjected to a surface treatment using shot blasting.
  • Shot blasting is the mechanical processing of traffic areas with steel balls that are thrown at high speed onto the surface to be processed using turbines.
  • the surface properties obtained can be controlled in particular by choosing the steel ball size, the feed speed and the intensity of the radiation.
  • the road surface layer is subjected to a surface treatment with high-pressure water jets.
  • high-pressure water jets are used specifically.
  • High-pressure water jets (HDW) are the mechanical treatment of traffic areas with water at pressures of at least 800 bar.
  • the water pressure is preferably in a range from 1000 to 25,000 bar.
  • Mobile water jet systems can be used for this purpose, as are common in the field of road construction.
  • the surface properties obtained can be controlled in particular by choosing the jet pressure.
  • directional textures have different properties in different directions.
  • An orthogonal coordinate system is generally used to describe the isotropy, with the road surface lying in the plane spanned by the x-axis and the y-axis (x,y plane).
  • the x-axis generally corresponds to the longitudinal direction of the road and the y-axis to the transverse direction.
  • Non-directional textures such as exposed concrete or open-pored coverings, have essentially the same properties in different directions, ie they are self-similar in the longitudinal and transverse directions.
  • the road surface can be treated with a cutting process.
  • Such processes are known in principle, especially in the form of grinding and grooving processes in which Cutting tools arranged on a rotating shaft are guided over the road surface.
  • the treatment is usually carried out in the longitudinal direction; for aircraft runways, the treatment can also be carried out in the transverse direction.
  • Grinding is a process for mechanically removing the surface of a road surface with the aim of producing a defined (directional) surface texture. Grinding is used in particular for the surface treatment of concrete road surfaces.
  • Cutting discs can be used for grinding, which are mounted on a rotating shaft at a defined distance from one another (grinding shaft).
  • the cutting disks have a cutting additive, such as diamond, boron nitride, silicon carbide, preferably diamond. Grinding creates grooves and webs with a defined geometry (groove depth and width and web width) in the concrete surface.
  • the width of the cutting segments on the discs determines the groove width and the distance between the discs, for example determined by spacers, determines the web width.
  • the road surface layer is preferably subjected to a surface treatment with a grinding shaft to create a texture.
  • a schematic representation of the terms used to characterize a grinding wave shows the Figure 1 .
  • Grinding surfaces that can be obtained using alternative manufacturing processes are also suitable for the process according to the invention. For example, production using diamond disks with special segments, in which the groove widths and distances are determined by the design of the segments, and/or shaft fittings with different combinations of disk dimensions.
  • the removal depth is preferably in a range from 3.0 to 6.0 mm, preferably from 4.0 to 5.0 mm.
  • Grooving shafts differ from grinding shafts in that the cutting discs are inserted at a greater distance. If necessary, larger segment widths can be used for grooving than for grinding.
  • the removal depth (cutting depth) of the grooving cutting discs is preferably in a range from 3.0 to 6.0 mm, preferably from 4.0 to 5.0 mm.
  • a special texture can be applied to the road surface, for example from a fine texturing with small cutting disks at a short distance and a coarse texturing from larger cutting disks at a greater distance.
  • the texture can be carried out either in one step with a shaft set of cutting disks with different diameters or in two steps, first with a grinding shaft with closely arranged small disks and then with a grooving shaft with larger disks arranged further apart.
  • Fine structures can be created not only using cutting processes, but also using milling processes, especially fine milling. Corresponding procedures are described in more detail below.
  • the surface of a road surface is subjected to at least one grinding step and at least one grooving step to produce a defined surface texture.
  • the surface of a road surface is first subjected to a grinding step and then to a grooving step.
  • the road surface is removed using a rotating milling drum equipped with milling tools (chisels).
  • the milling width is in a range from approximately 20 cm to several meters, preferably in a range from 30 cm to 5 m.
  • the cutting line distance in standard milling (i.e. the distance from chisel tip to chisel tip on the milling drum) is usually approx. 10 mm to approx. 30 mm.
  • the milling depth is preferably in a range from 2.0 to 40.0 mm, preferably from 3.0 to 15.0 mm.
  • Fine milling is the milling of traffic areas with a smaller cutting line distance than standard milling.
  • the distance during fine milling is preferably in a range of up to 8 mm.
  • Horizontal grinding enables precise adjustment and homogenization of the height level of the road surface, with the surface texture achieved increasingly approaching the so-called “plateau with ravines”. Grinding the tips of the rock grains not only leads to a reduced emission of microplastics, but also to a reduction in noise and/or an improvement in grip.
  • the road surface layer can be subjected to a treatment by one or more of the measures i), ii), iii) iv) in any combination.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrbahnoberfläche mit verringerter Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt.

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrbahnoberfläche mit verringerter Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt.
    • STAND DER TECHNIK
  • Fahrbahnbeläge mit optimierter Oberflächengestaltung, z.B. für eine ausreichende Griffigkeit und Wasserdrainage sowie reduzierte Lärmemissionen sind wichtige Voraussetzung für die Verkehrssicherheit unserer Straßen und die Umweltverträglichkeit. Die Sicherung dieser Qualitätseigenschaften durch die Definition bedarfsgerechter Textureigenschaften (Mikro- und Makrotexturmerkmale) und deren Überwachung ist seit langem bekannt. Dabei trägt die Textur eines Fahrbahnbelages als Abweichung einer Fahrbahnoberfläche von einer tatsächlich ebenen Fläche wesentlich zu Faktoren wie der Griffigkeit zwischen Reifen und Fahrbahn, der Geräuschemission durch den Reifen-Fahrbahn-Kontakt, dem Rollwiderstand, dem Fahrkomfort, der Sprühfahnenbildung bei nassen Fahrbahnen sowie dem Verschleiß der Fahrbahnoberfläche bei.
  • Plastik in der Umwelt stellt eine große und weiter zunehmende umwelttechnische Herausforderung dar. Im Allgemein werden Festkörper aus elastomeren, thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen, die direkt oder indirekt durch menschliches Handeln in die Umwelt gelangen, als Mikro- und Makroplastik bezeichnet. Mikroplastik umfasst dabei Partikel und Fasern, während Makroplastik größere Objekte aus Kunststoff bezeichnet. Zusätzlich ist zu unterscheiden, ob Mikroplastik bereits bei der Herstellung eines Produktes (primäres Mikroplastik Typ A) oder erst während der Nutzung des Produktes (primäres Mikroplastik Typ B) entsteht und/oder freigesetzt wird. Mikroplastik aus Reifen- und Bitumenabrieb an Verkehrsflächen ist demnach "primäres Mikroplastik Typ B". In Deutschland zählen die Mikroplastikemissionen aus diesen beiden Bereichen mit zu den größten Eintragsquellen.
  • Gemäß einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT), Kunststoffe in der Umwelt: Mikro- und Makroplastik, Oberhausen 2018 (DOI: 10.24406/UMSICHT-N-497117) beträgt z. B. die jährliche Emission von Mikroplastik in Deutschland für den Reifenabrieb 1228,5 g/(cap a) (Gramm/Person und Jahr). Hiervon entfallen 998,0 auf den Reifenabrieb von Pkw und 89,0 auf den von Lkw. Der Abrieb von Bitumen an Asphalt wird mit 228,0 g/(cap a) angegeben. Somit gehören diese beiden Eintragsquellen zu den 10 größten und nehmen in der Studie die Plätze 1 und 3 ein. Es besteht somit ein großer Bedarf an der Verringerung der Mikroplastikemissionen aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt, um die Umweltbelastung durch Mikroplastik insgesamt zu reduzieren.
  • Bei der Herstellung von Verkehrsflächen, insbesondere der Oberflächengestaltung, wird der Aspekt der Mikroplastikemission gegenwertig noch nicht berücksichtigt. Das Augenmerk liegt hauptsächlich auf funktionellen Eigenschaften, wie Griffigkeit, Ebenheit und Geräuschreduzierung, für die entsprechende Anforderungswerte entweder direkt in den einschlägigen Regelwerken beschrieben sind oder indirekt aus diesen abgeleitet werden können.
  • Bei Verkehrsflächen aus Beton beispielsweise erfolgt die Oberflächentexturierung in Abhängigkeit von der verwendeten Betonzusammensetzung insbesondere durch Glättung, Einbringen einer Textur in den frischen Oberflächenmörtel (z. B. mittels Jutetuch, Kunstrasen, Besenstrich, Stahlkamm), Entfernen des noch nicht erhärteten Oberflächenmörtels (Waschbeton) oder Texturierung von Festbeton durch mechanische Bearbeitung (z.B. Grinding). Bei Verkehrsflächen aus Asphalt wird die Oberflächentextur insbesondere durch die verwendete Asphaltrezeptur und/oder Asphaltsorte sowie die abschließenden Bearbeitungsschritte, z. B. Abstreuung und/oder Walzen erzeugt. Beim Abstreuen werden Sand und/oder Splitt auf der Oberfläche verteilt. Diese können gegebenenfalls auch mit einem Bindemittel, wie Bitumen, umhüllt sein.
  • Es sind zudem verschiedene mechanische Bearbeitungsverfahren bekannt, um die oben genannten Oberflächeneigenschaften zu verbessern, insbesondere die Griffigkeit und/oder die Ebenheit sowie in seltenen Fällen die akustischen Eigenschaften. Diese Bearbeitung erfolgt in der Regel im Rahmen der baulichen Erhaltung von älteren Fahrbahnoberflächen im Verlauf der Nutzungsphase oder selten im Rahmen der Mängelbeseitigung. Geeignete Instandsetzungsverfahren sind Schleifen, Grinden und der Einsatz von Strahlverfahren (insbesondere mit Wasser und Stahlkugeln als Strahlmittel). Strahlverfahren werden dabei insbesondere zur Verbesserung der Griffigkeit eingesetzt. Durch mechanische Bearbeitung der Oberfläche werden beispielsweise im Bereich von Betonflächen Mörtelanreicherungen beseitigt und polierte Gesteinsoberflächen aufgeraut. Diese Verfahren sind zum Teil in den straßenbautechnischen Regelwerken der baulichen Erhaltung angeführt und basieren auf einem Materialabtrag (z. B. Mörtel oder Mastix) an der Straßenoberfläche durch mechanische Bearbeitung, wodurch in der Regel die Mikro- und/oder Makrorauheit sowie die mittlere Texturtiefe der Straßenoberfläche erhöht wird.
  • L. Kirchmaier und R. Blab beschreiben im Gestrata Journal, Oktober 2010, Folge 130 den Einfluss der Griffigkeit von Fahrbahnen auf den Verschleiß von Autoreifen. Dabei kommen sie zu dem Ergebnis, dass eine hohe Straßengriffigkeit nicht automatisch zu einem hohen Reifenverschleiß führen muss. Eine Behandlung der Fahrbahnoberfläche zur gezielten Verringerung der Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt ist nicht beschrieben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Emissionen von Mikroplastik aus dem Befahren von Verkehrsflächen, wie dem Straßenverkehr oder dem Rollen von Luftfahrzeugen am Boden, deutlich zu verringern. Dabei sollen die Emissionen infolge von Reifenabrieb und/oder infolge des Abriebs von Material aus der Fahrbahnoberfläche, deutlich reduziert werden. Dabei sollen die übrigen anwendungstechnischen Eigenschaften, die die Qualität einer Fahrbahnoberfläche charakterisieren, wie der Gebrauchswert im Hinblick auf die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort, aber auch die Haltbarkeit, Lärmemission, etc. nicht negativ beeinflusst werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Fahrbahnoberfläche soll allen Anforderungen aus den einschlägigen Regelwerken zur Bereitstellung, Charakterisierung und Prüfung von Fahrbahnoberflächen genügen. Insbesondere sollen die weiteren auf die Textur zurückzuführenden Eigenschaften, insbesondere die Griffigkeit, Ebenheit und Lärmentwicklung des Reifen-Fahrbahn-Geräusches, ein regelkonformes anforderungsgerechtes Niveau haben.
  • Es wurde nun gefunden, dass es gelingt, die Oberfläche von Verkehrsflächen in der Art zu optimieren, dass Mikroplastikemissionen, insbesondere aus dem Bereich des Straßenverkehrs, deutlich reduziert werden können. Dazu können bekannte Verfahren zur Texturierung von Fahrbahnoberflächen, die bisher ausschließlich zu anderen Zwecken, wie der Verbesserung der Eigenschaften älterer Fahrbahndecken, zum Einsatz kommen, gezielt eingesetzt werden. Dabei gelingt es zum einen, sowohl bei Straßenoberflächen in Asphaltbauweise als auch in Betonbauweise, die Entstehung von Mikroplastik infolge von Reifenabrieb zu verringern. Dazu kann z.B. eine Textur erzeugt werden, die weniger abrasiv auf die Reifen wirkt, indem z.B. die Scharfkantigkeit der Gesteinskörnung in der obersten Schicht der Fahrbahndecke reduziert wird und/oder die dem Reifen zur Verfügung stehenden Kontaktfläche durch Angleichen der Höhenlage der Plateaus (Ebnung) erhöht wird. Zum anderen kann bei Straßenoberflächen, speziell solchen in Asphaltbauweise, der Bindemittelfilm, insbesondere der Bitumenfilm und / oder die texturseitige Umhüllung, insbesondere Bitumenumhüllung, der Gesteinskörnung, die insbesondere bei neu hergestellten Deckschichten stark ausgeprägt ist, gezielt abgetragen werden. Dabei ist es möglich, die an der Oberfläche der Fahrbahndecke in Form von z. B. Schleifmehl oder Schneidschlamm anfallenden Komponenten (insbesondere Bitumen, Mörtel und Gestein), gegebenenfalls nach einer Aufarbeitung, wiederzuverwerten. Als Einsatzgebiete dieses abgetragenen Materials eignen sich insbesondere die Asphalt- und Betonherstellung.
  • Die Optimierung gelingt bei neu hergestellten oder neuwertigen Fahrbahndecken speziell durch den gezielten Einsatz von an sich bekannten und/oder weiterentwickelten Verfahren zur Oberflächenbearbeitung und/oder Oberflächentexturierung, die bisher üblicherweise bei der Sanierung von älteren Deckschichten zum Einsatz kommen, um deren Textur und/oder Griffigkeit zu verbessern. Durch den Einsatz von einzelnen oder eine Kombination von mehreren der erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die kumulierte Emission von Mikroplastik über den Zeitraum der Nutzung einer Fahrbahnoberfläche stark reduziert werden.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Fahrbahnoberfläche mit verringerter Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt, bei dem man
    • eine Fahrbahndeckschicht bereitstellt oder zur Behandlung auswählt, die aus einer Gesteinskörnung, einem Bindemittel und gegebenenfalls wenigstens einem Zusatzstoff besteht,
    • für wenigstens einen der folgenden Parameter der Fahrbahndeckschicht jeweils einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert als Zielwertbereich festlegt:
      1. a) die Texturtiefe MPD bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1,
      2. b) den Gestaltfaktor g,
      3. c) den Bindemittelanteil der Fahrbahndeckschicht an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche,
      4. d) die Abrasivität der Oberfläche,
    • den Istwert der Fahrbahndeckschicht für den wenigstens einen Parameter bestimmt,
    • bei Unterschreiten des unteren Grenzwerts oder Überschreiten des oberen Grenzwerts die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung der Oberfläche unterzieht, bis der wenigstens eine Parameter im Zielwertbereich liegt, wobei die Behandlung durch wenigstens ein abtragendes Verfahren erfolgt, bevorzugt durch wenigstens ein Verfahren zur Erzeugung von gerichteten und/oder ungerichteten Oberflächenstrukturen, insbesondere durch wenigstens ein Verfahren, das ausgewählt unter einem oder mehreren der folgenden Verfahren:
      1. i) Behandlung mit einem Strahlmittel,
      2. ii) Behandlung mit einem Schneidverfahren bzw. Schleifverfahren zur Herstellung einer gerichteten Oberflächentextur,
      3. iii) Behandlung durch Fräsen,
      4. iv) Behandlung durch horizontales Schleifen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Fahrbahnoberfläche, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlich ist.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist Verwendung eines Verfahrens, wie zuvor und im Folgenden definiert, zur Bereitstellung einer Fahrbahnoberfläche mit einer gegenüber einer unbehandelten Fahrbahnoberfläche verringerten Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt.
    • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfasst der Begriff Fahrbahnoberfläche (auch als Decke, Deckschicht oder Fahrbahndecke bezeichnet) allgemein die Oberfläche (den oberen Teil des Oberbaus) von Verkehrsflächen für Land- und Luftfahrzeuge. Unterhalb der Fahrbahnoberfläche befinden sich üblicherweise gegebenenfalls eine Binderschicht, eine oder mehrere Tragschichten, die ebenfalls dem Oberbau zugerechnet werden, und darunter der sogenannte Unterbau.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise eine neu hergestellte Fahrbahndeckschicht behandelt. Unter "neu hergestellt" wird im Sinne der Erfindung verstanden, dass zumindest die vollständige Deckschicht über eine Breite von wenigstens 1 m und eine Länge von wenigstens 50 m erneuert wird. Bevorzugt wird bei einer neu hergestellten Fahrbahndeckschicht mindestens ein Fahrstreifen in voller Breite erneuert. Dabei beträgt bei einbahnigem Regelquerschnitt die Breite einer befestigten Fahrbahn wenigstens 2,75 m (z.B. Straßen mit einer planmäßigen Höchstgeschwindigkeit von weniger als 60 km/h, Ortsverbindungsstraßen, Erschließungsstraßen), speziell wenigstens 3,00 m (z.B. Straßen mit einer planmäßigen Höchstgeschwindigkeit von wenigstens 60 km/h, Landesstraßen), spezieller wenigstens 3,50 m (z.B. Bundesstraßen, Autobahnen), noch spezieller wenigstens 3,75 m (z.B. zweibahnige, höher belastete Autobahnen; zweibahnige, sechsstreifige Autobahnen). Speziell beträgt die Länge der neu hergestellten Deckschicht wenigstens 100 m, spezieller wenigstens 500 m, noch spezieller wenigstens 1km. Dabei können zu einer Neuherstellung im Sinne der Erfindung auch Verfahren zum Einsatz kommen, bei denen als Deckschicht eine dünne Schicht in Kalt- oder Heißbauweise aufgebracht wird. Die Neuherstellung einer Fahrbahndeckschicht unterscheidet sich von einer Oberflächeninstandsetzung (auch Straßensanierung oder Fahrbahnsanierung) durch Ausbessern örtlich begrenzter Schadstellen oder einer Oberflächenreparatur durch Aufbringen dünner Schichten in Kalt- oder Heißbauweise. Als neu hergestellte Fahrbahndeckschicht im Sinne der Erfindung gelten auch Deckschichten, die nicht älter als 12 Monate, vorzugsweise nicht älter als 6 Monate sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ganz allgemein für Fahrbahnoberflächen, die eine Gesteinskörnung und ein Bindemittel umfassen, unabhängig vom verwendeten Material. Dazu zählen Asphaltdeckschichten, Betondecken, Vertikalhybride (Beton auf Asphalt, Asphalt auf Beton, oder andere Schichten auf Beton und/oder Asphalt), dünne Asphaltdeckschichten in Kaltbauweise (DSK), dünne Asphaltdeckschicht in Heißbauweise auf Versiegelung (DSH-V), etc. Für Asphaltdeckschichten deren Gesteinskörnungsgemische nach dem Betonprinzip zusammengesetzt sind, wird auch der Begriff "Asphaltbeton". verwendet. Bei Asphaltbeton handelt es sich um eine Asphaltdeckschicht im Sinne der Erfindung. Für Betondecken auf Basis hydraulisch abbindender Massen wird auch der Begriff "Zementbeton" verwendet. Bei Zementbeton handelt es sich um eine Betondecke im Sinne der Erfindung. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrbahndeckschicht ausgewählt unter Asphaltdeckschichten. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Fahrbahndeckschicht ausgewählt unter Betondecken.
  • Asphaltdeckschichten bestehen im Allgemeinen aus einer Gesteinskörnung, einem Bindemittel, wie Bitumen, und gegebenenfalls Zusatzstoffen, wie Füllstoffen. Das Gesteinskörnungsgemisch weist je nach gewünschtem Asphalt eine definierte Korngrößenverteilung auf, enthaltend definierte Anteile von Partikeln unterschiedlicher Korngröße, wie Schotter, Split, Sand. Häufig hergestellte und eingebaute Asphaltdeckschichten sind Asphaltbeton (AC), Splittmastixasphalt (SMA), Gussasphalt (MA) und offenporiger Asphalt (OPA). Das größte Korn bei den einzelnen Asphalt-Deckschichtarten liegt im Allgemeinen in einem Bereich von 5 bis 11 mm.
  • Betondecken bestehen ebenfalls aus einer Gesteinskörnung, wie einem abgestuftem Mineralgemisch aus ungebrochenem und/oder gebrochenem Gestein, einem hydraulischen Bindemittel, wie Zement, und gegebenenfalls wenigstens einem Zusatzstoff. Fahrbahndecken aus Beton werden in der Regel mit entsprechender Maschinentechnik (z. B. Gleitschalungsfertigern) eingebaut. Möglich ist auch ein Handeinbau der Betondecke, z.B. mit Rüttelbohle. Nach dem Einbau wird die Oberfläche der verdichteten Betondecken geglättet und für die Griffigkeit und Lärmminderung mit einer Textur versehen. Die Textur wird heute im Regelfall als Waschbetonoberfläche dadurch hergestellt, dass auf die geglättete Betonoberfläche zur Verzögerung des Erstarrens und der Anfangserhärtung des Zements ein Oberflächenverzögerer aufgetragen und nach ausreichender Erhärtung die Gesteinskörnung an der Oberfläche durch trockenes oder nasses Ausbürsten/Entfernen des Oberflächenmörtels freigelegt wird. Die Texturtiefe liegt dabei in der Regel zwischen 0,6 und 1,1 mm.
  • Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fahrbahnoberflächen eingesetzten Ausgangsstoffe und Stoffzusammensetzung (z.B. Gesteinskörnungen, Bindemittel, Zusatzstoffe), deren Bereitstellung, Charakterisierung und Prüfung sowie die Herstellung der erfindungsgemäßen Fahrbahnoberflächen entsprechen, soweit nichts anderes angegeben ist, den technischen Regelwerken des Straßenbaus. Zu diesen Regelwerken zählen speziell ZTV Asphalt-StB (Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien für den Bau von Verkehrsflächenbefestigungen aus Asphalt), TL Asphalt-StB, ZTV Beton-StB und TL Beton-StB.
  • Oberflächenbeschichtungen und/oder Oberflächenbehandlungen gemäß den technischen Regelwerken des Straßenbaus sind insbesondere in TL BEB-StB, ZTV BEB-StB, und/oder dem Merkblatt für griffigkeitsverbessernde Maßnahmen an Verkehrsflächen aus Asphalt beschrieben.
  • Die wichtigsten Planungsgrundlagen für den Aufbau eines Oberbaus mit einer Betondecke sind in der "Richtlinie für die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflächen"(RStO 12) enthalten.
  • Im Rahmen der Erfindung werden als Gesteinskörnung natürliche, künstliche und aus einem Recyclingverfahren stammende Gesteinskörner bezeichnet. Sie können beispielsweise aus natürlichen Lagerstätten stammen, bei der Wiederverwertung von Baustoffen anfallen oder als industrielles Nebenerzeugnis, z. B. in Form von Schlacken, anfallen bzw. für die Anwendung im Verkehrsflächenbau speziell hergestellt werden, z. B. Körnungen aus Glas. Gesteinskörnungen zur Herstellung von Fahrbahndeckenbeton sind generell in der TL Gestein-StB, Anhang G definiert. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese, sondern ermöglicht auch, Verkehrsflächenbau mit alternativen Materialien zu bearbeiten.
  • Bisher wurden die gewünschten Eigenschaften neu hergestellter Fahrbahnoberflächen und -texturen im Wesentlichen über die Zusammensetzung und stofflichen Eigenschaften der zur Herstellung verwendeten Komponenten, speziell der Gesteinskörnung, des Bindemittels und optionaler Zusatzstoffe, sowie das Verfahren zum Einbau und zur Verdichtung eingestellt. Speziell bei neuen und neuwertigen Fahrbahnoberflächen in Asphaltbauweise ist die Anwendung von Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Textur, z.B. durch gezieltes Abtragen von Oberflächenbestandteilen, bislang unüblich.
  • Es wurde nun gefunden, dass durch die erfindungsgemäße Einstellung der Parameter a) bis d) Fahrbahnoberflächen mit verringerter Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt hergestellt werden können. Die erfindungsgemäß zur Beeinflussung der Emission von Mikroplastik verwendeten Parameter charakterisieren auch allgemein die Beschaffenheit von Fahrbahnoberflächen und/oder -texturen und haben einen entscheidenden Einfluss auf weitere Eigenschaften, wie die Reifen-Fahrbahn-Geräuschemission, die Griffigkeit zwischen Reifen und Fahrbahn, den Rollwiderstand, etc. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit prinzipiell möglich, zusätzlich zur Verringerung der Emission von Mikroplastik eine weitere Optimierung der Oberfläche von Verkehrsflächen zu erzielen.
    • a) Texturtiefe MPD
  • Die Textur einer Fahrbahnoberfläche beschreibt ihre geometrische Gestalt im Wesentlichen im Wellenlängenbereich von wenigen Mikrometern bis maximal 500 Millimetern als Abweichung von der planen Oberfläche. Es wurde gefunden, dass ein erster wichtiger Parameter zur Beeinflussung der Emission von Mikroplastik und weiterer Eigenschaften der Fahrbahndeckschicht der Anteil der Texturtiefe ist, welcher die Makrotextur des Fahrbahnbelags beschreibt. Unter Makrotextur versteht man dabei den Bereich von 0,5 bis 50 mm. Kleinere Abweichungen (unter 0,5 mm) bezeichnet man als Mikrotextur, größere (50 bis 500 mm) als Megatextur.
  • Die DIN EN ISO 13473-1 (aktuelle Fassung 2021-11) beschreibt die Charakterisierung der Textur von Deckschichten unter Verwendung von Oberflächenprofilen, wobei in Teil 1 die Bestimmung der mittleren Profiltiefe MPD (Mean Profile Depth) beschrieben ist. DIN EN ISO 13473-1 enthält die Beschreibung des Prüfverfahrens zur Bestimmung der durchschnittlichen Tiefe der Makrotextur einer Fahrbahnoberfläche, speziell durch Messen einer Profilkurve der Oberfläche und Berechnung der Texturtiefe aus diesem Profil. Das Verfahren ermöglicht es, einen charakteristischen Wert für die Makrotextur der Fahrbahndeckschicht anzugeben, der die Beschaffenheit der Mikrotextur der Fahrbahn und Unebenheitsmerkmale nicht mehr erfasst. Die DIN-Norm enthält weiter Angaben für den Fachmann zur Beschaffenheit der zu prüfenden Oberflächen, die zu verwendenden Messgeräte, das Messverfahren und die anschließende Datenverarbeitung. Geeignet ist beispielsweise eine Analyse der mittleren Profiltiefe unter Einsatz eines Lasertriangulationsmessers.
  • Bevorzugt liegt der Zielwertbereich für die Texturtiefe MPD, bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1, im Bereich von 0,2 bis 0,8 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm.
  • Bevorzugt liegt der Zielwertbereich für die Texturtiefe MPD, bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1, für Fahrbahndeckschichten mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von weniger als 60 km/h im Bereich von 0,2 bis 0,5 mm, bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,4 mm.
  • Bevorzugt liegt der Zielwertbereich für die Texturtiefe MPD, bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1, für Fahrbahndeckschichten mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von mindestens 60 km/h im Bereich von 0,5 bis 0,8 mm, bevorzugt im Bereich von 0,6 bis 0,7 mm.
  • Zu den Straßen mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von weniger als 60 km/h zählen die meisten innerörtliche Straßen sowie viele Ortsverbindungsstraßen und Erschließungsstraßen. Zu den Straßen mit einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit von wenigstens 60 km/h zählen viele Landesstraßen und in der Regel Bundesstraßen und Autobahnen.
  • Allgemein liegt der Ausgangswert (Istwert) der Fahrbahndeckschicht für die Texturtiefe MPD, bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1, im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm.
  • Eine Alternative zur Charakterisierung der Textur von Fahrbahnbelägen ist die traditionell verwendete volumetrische Technik (das so genannten Sandfleckverfahren nach Kaufmann zur Bestimmung der Rautiefe).
    • b) Gestaltfaktor g
  • Der Gestaltfaktor g ist eine weitere Texturkenngröße, die als Indikator für die Texturgestalt Verwendung findet. Er ermöglicht speziell die Unterscheidung der Oberflächengestalt von Fahrbahnoberflächen bei gleicher Texturtiefe und Wellenlänge des Profils. Der Gestaltfaktor einer Fahrbahnoberfläche lässt sich aus der Tragflächenkurve eines Oberflächenprofils ableiten, indem bei der Hälfte der maximalen Profiltiefe (Rautiefe) der korrespondierende Tragflächenanteil bestimmt wird. Die Tragflächenkurve gibt die Beziehung zwischen dem Tragflächenanteil und der Schnittlinientiefe wieder. Die Bestimmung kann mithilfe von Algorithmen erfolgen, wie sie z. B. in der DIN EN ISO 13473-1 beschrieben sind. Hohe g-Werte kennzeichnen dabei tendenziell konkave Texturen, niedrige g-Werte dagegen tendenziell konvexe.
  • Bevorzugt beträgt der Zielwertbereich für den Gestaltfaktor g wenigstens 80%, besonders bevorzugt wenigstens 90 %.
  • In der Regel ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Optimierung der Fahrbahnoberfläche die zu geringeren Mikroplastikemissionen führt, auch wenn der Ausgangswert für Gestaltfaktor schon hoch liegt. Es wird eine griffige, isotrope Makrotextur erhalten, die aufgrund ihrer Struktur (hoher Gestaltfaktor) einem "Plateau mit Schluchten" gleicht.
    • c) Bindemittelanteil der Kontaktfläche mit den Reifen
  • Zur Bestimmung des Bindemittelanteils der Fahrbahndeckschicht an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche eignen sich die zwei folgenden Verfahren:
    1. 1. Bestimmung des schwarzen Anteils an der Gesamtfläche in der 2D-Draufsicht. Hierfür eignen sich kommerziell zur Verfügung stehende Verfahren zur Bilderkennung.
    2. 2. Topographisches Verfahren unter Berücksichtigung der Reifeneindringtiefe (daraus folgt, dass ein geringerer Anteil der Oberfläche relevant ist).
  • Die bereitgestellte oder zur Behandlung auswählte Fahrbahndeckschicht weist vorzugsweise einen Istwert (Ausgangswert) für den Bindemittelanteil an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche von 60 bis 100 % auf.
  • Bevorzugt beträgt der Zielwertbereich für den Bindemittelgehalt der Fahrbahndeckschicht an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche maximal 30 %, besonders bevorzugt maximal 20 %.
    • d) Abrasivität der Oberfläche
  • Die Bestimmung der Abrasivität der Textur kann in Anlehnung an die Griffigkeitsmessung von Straßenoberflächen mittels SRT-Pendel (SRT = Skid Resistance Tester) erfolgen. Dabei ist am Ende eines Pendelarmes ein Gleitschuh aus Gummi mit definiertem Härtegrad angebracht. Dieser Gleitkörper gleitet beim Auslösen des Pendelarmes mit einem konstanten Anpressdruck und einer definierten Geschwindigkeit über die mit Wasser benetzte zu prüfende Oberfläche. Hierbei wird vor und nach Durchführung von mehrfachen Griffigkeitsmessungen mittels SRT-Pendel der Gummischuh gewogen, um das Gewicht MSRT zu Bestimmen. Das Prinzip dieser Prüfung liegt darin, den Masseverlust ΔMSRT des Gummis aus der Differenz von MSRT vor der Griffigkeitsmessung und nach den wiederholten Griffigkeitsmessungen zu ermitteln, der durch den Abrieb infolge mehrfach wiederholten Pendelausführungen entsteht. Um einen deutlicheren Masseverlust zu erreichen ist es alternativ möglich, die Messung mit einer trockenen Oberfläche durchzuführen. Ziel ist es, die Abrasivität über den Kennwert des Masseverlustes des Prüfgummis ΔMSRT zu bestimmen.
  • Als Alternative kann eine Messung mittels schnellfahrendem Messverfahren beispielsweise SKM erfolgen. Die erweiterte Messung unter Ermittlung eines Masseverlustes beispielsweise ΔMSKM findet analog zur vorbeschriebenen Vorgehensweise beim SRT-Pendel statt.
  • Zur Bestimmung der Änderung der Abrasivität der Oberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren finden die Messungen zum einen vor Ausführung der Oberflächenbearbeitung statt, um den Ausgangswert (ΔMSRT/vorher bzw. ΔMSRT/vorher) zur ermitteln. Nach vollendeter Oberflächenbearbeitung erfolgt eine erneute Bestimmung des Masseverlustes (ΔMSRT/nachher bzw. ΔMSRT/nachher) durch dasselbe Verfahren, das in der Erstmessung angewandt wurde. Bestimmt wird die prozentuale Verringerung der Abrasivität (ΔΔMSRT [%] bzw. ΔΔMSKM [%]) durch die erfindungsgemäße Oberflächenbearbeitung.
  • Bevorzugt liegt der Zielwertbereich für die erfindungsgemäße Oberflächenbearbeitung bei einer Reduktion des Masseverlusts um mindestens 15 %, vorzugsweise um mindestens 30 %.
  • Zur Erzielung einer Fahrbahndeckschicht, bei der die oben genannten Parameter a) bis d) im Zielwertbereich liegen, stehen verschiedene Bearbeitungsverfahren, z.B. mechanische, hydromechanische, chemische Verfahren, zur Verfügung. Die Verfahren an sich sind bekannt, um im Rahmen von Instandsetzungsmaßnahmen im Verlauf der Nutzungsphase bestimmte Eigenschaften von Fahrbahnoberflächen, wie Griffigkeit, Ebenheit und Lärmreduktion, zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung der Oberfläche unterzogen, die insbesondere ausgewählt ist unter
    1. i) Behandlung mit einem Strahlmittel,
    2. ii) Behandlung mit einem Schneidverfahren bzw. Schleifverfahren zur Herstellung einer gerichteten Oberflächentextur,
    3. iii) Behandlung durch Fräsen,
    4. iv) Behandlung durch horizontales Schleifen,
    und beliebigen Kombinationen davon. i) Behandlung mit einem Strahlmittel
  • Die Behandlung mit einem Strahlmittel erfolgt bevorzugt durch Druckluftstrahlen mit einem festen Strahlmittel, Hochdruckwasserstrahlen oder eine Kombination davon.
  • In einer ersten Ausführung wird die Fahrbahndeckschicht einer Oberflächenbehandlung mit einem festen Strahlmittel unterzogen. Das feste Strahlmittel ist vorzugsweise ausgewählt unter Sand, Glasperlen, Stahlkugeln, Keramik, Trockeneis, Korund, Drahtkorn, Schmirgel, Bronzekies, Hochofenschlacke, Calciumcarbonat-Granulat, Kunststoffen und Kombinationen davon.
  • In einer speziellen Ausführung wird die Fahrbahndeckschicht einer Oberflächenbehandlung mittels Kugelstrahlen unterzogen. Unter Kugelstrahlen versteht man die mechanische Bearbeitung von Verkehrsflächen mit Stahlkugeln, die mittels Turbinen mit hoher Geschwindigkeit auf die zu bearbeitende Oberfläche geschleudert werden. Die erhaltenen Oberflächeneigenschaften können insbesondere durch die Wahl der Stahlkugelgröße, der Vorschubgeschwindigkeit und die Intensität der Strahlung gesteuert werden.
  • In einer weiteren Ausführung wird die Fahrbahndeckschicht einer Oberflächenbehandlung mit Hochdruckwasserstrahlen unterzogen. Speziell werden sogenannte Höchstdruckwasserstrahlen (HDW) eingesetzt. Unter Höchstdruckwasserstrahlen (HDW) versteht man die mechanische Bearbeitung von Verkehrsflächen mit Wasser bei Drücken von wenigstens 800 bar. Bevorzugt liegt der Wasserdruck in einem Bereich von 1000 bis 25 000 bar. Dazu können mobile Wasserstrahlanlagen eingesetzt werden, wie sie im Bereich des Straßenbaus üblich sind. Die erhaltenen Oberflächeneigenschaften können insbesondere durch die Wahl des Strahldruck gesteuert werden.
    • ii) Behandlung mit einem Schneidverfahren zur Erzeugung einer gerichteten Oberflächentextur
  • Verfahren zur Erzeugung einer gerichteten Oberflächentextur, wie insbesondere Grinding und Grooving, werden von den Fachpersonen im Bereich der Oberflächenbehandlung von Fahrbahndeckschichten sowohl als Schneidverfahren, wie auch als Schleifverfahren bezeichnet. Der Begriffsinhalt ist dennoch identisch und klar und eindeutig definiert.
  • Grundsätzlich wird bei der Erzeugung von Texturen auf Fahrbahnoberflächen zwischen gerichteten (anisotropen) und ungerichteten (isotropen) Texturen unterschieden. Hierbei weisen gerichtete Texturen in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Eigenschaften auf. Dabei wird in der Regel zur Beschreibung der Isotropie ein orthogonales Koordinatensystem verwendet, wobei die Fahrbahnoberfläche in der von der x-Achse und der y-Achse aufgespannten Ebene (x,y-Ebene) liegt. Die x-Achse entspricht dabei in der Regel der Fahrbahnlängsrichtung und die y-Achse der Querrichtung. Ungerichtete Texturen, z.B. Waschbeton oder offenporige Beläge, haben in verschiedenen Richtungen im Wesentlichen gleiche Eigenschaften, d.h. sie sind in Längs- und Querrichtung selbstähnlich. Zur Erzeugung einer gerichteten Oberflächenstruktur kann man die Fahrbahnoberfläche mit einem Schneidverfahren behandeln. Derartige Verfahren sind prinzipiell bekannt, speziell in Form von Grinding- und Groovingverfahren, bei denen auf einer rotierenden Welle angeordnete Schneidwerkzeuge über die Fahrbahnoberfläche geführt werden. Die Behandlung erfolgt bei Straßenoberflächen in der Regel in Längsrichtung, bei Rollbahnen für Flugzeuge kann die Behandlung auch in Querrichtung durchgeführt werden.
  • Unter Grinding versteht man ein Verfahren zum mechanischen Abtrag an der Oberfläche einer Fahrbahndecke mit dem Ziel, eine definierte (gerichtete) Oberflächentextur herzustellen. Grinding wird insbesondere zur Oberflächenbehandlung von Fahrbahndeckschichten aus Beton eingesetzt. Zum Grinding können Schneidscheiben eingesetzt werden, die in definierter Distanz zueinander auf einer rotierenden Welle montiert sind (Grindingwelle). Die Schneidscheiben weisen einen Schneidzuschlag, wie Diamant, Bornitrid, Siliciciumcarbid, vorzugsweise Diamant, auf. Durch das Grinding entstehen in der Betonoberfläche Rillen und Stege mit definierter Geometrie (Rillentiefe und -breite und Stegbreite). Dabei bestimmt die Breite der Schneidsegmente an den Scheiben die Rillenbreite und der z.B. durch Distanzscheiben festgelegte Abstand zwischen den Scheiben die Stegbreite.
  • Bevorzugt wird die Fahrbahndeckschicht einer Oberflächenbehandlung mit einer Grindingwelle zur Erzeugung einer Textur unterzogen. Eine schematische Darstellung der zur Charakterisierung einer Grindingwelle (auch einer Groovingwelle) verwendeten Begriffe zeigt die Figur 1.
  • Bevorzugt liegt der Segmentabstand der Textur (= Stegbreite der Textur) in einem Bereich von 1,0 bis 3,5 mm, bevorzugt von 1,5 bis 3,0 mm.
  • Bevorzugt liegt die Segmentbreite der Textur (= Rillenbreite der Textur) in einem Bereich von 2,0 bis 3,2 mm, bevorzugt von 2,4 bis 2,8 mm.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich auch Grinding-Oberflächen, die mit alternativen Herstellungsverfahren erhalten werden können. Beispielsweise ist zu nennen die Herstellung mittels Diamantscheiben mit Sondersegmenten, bei denen sich die Rillenbreiten und -abstände durch die Gestaltung der Segmente ergeben, und/oder Wellenbestückungen mit unterschiedlichen Kombinationen von Scheibenabmessungen.
  • Bevorzugt liegt die Abtragtiefe (Schneidtiefe) in einem Bereich von 3,0 bis 6,0 mm, bevorzugt von 4,0 bis 5,0 mm.]
  • Beim Grooving werden, wie beim Grinding, auf einer rotierenden Welle angeordnete Schneidwerkzeuge über die Fahrbahnoberfläche geführt. Groovingwellen unterscheiden sich von Grindingwellen dadurch, dass die Schneidscheiben in einem größeren Abstand eingesetzt werden. Gegebenenfalls können beim Grooving höhere Segmentbreiten als beim Grinding eingesetzt werden.
  • Bevorzugt liegt der Segmentabstand der Groovingtextur (= Stegbreite der Groovingtextur) in einem Bereich von 10,0 bis 30,0 mm, besonders bevorzugt von 16,0 bis 25,0 mm.
  • Bevorzugt liegt die Abtragtiefe (Schneidtiefe) der Groovingschneidscheiben in einem Bereich von 3,0 bis 6,0 mm, bevorzugt von 4,0 bis 5,0 mm.
  • Erfindungsgemäß kann auf der Fahrbahnoberfläche eine Sondertextur, z.B. aus einer Feintexturierung mit kleinen Schneidscheiben in geringer Distanz und einer Grobtexturierung aus größeren Schneidscheiben mit größerem Abstand angebracht wird. In diesem Fall kann die Textur entweder in einem Arbeitsschritt mit einem Wellenbesatz aus Schneidscheiben mit unterschiedlichem Durchmesser oder in zwei Arbeitsgängen zunächst mit einer Grindingwelle mit eng angeordneten kleinen Scheiben und dann mit einer Groovingwelle mit weiter angeordneten größeren Scheiben durchgeführt wird.
  • Feine Strukturen lassen sich nicht nur mit Schneidverfahren erzeugen, sondern auch durch Fräsverfahren, speziell durch Feinfräsen. Entsprechende Verfahren werden im Folgenden näher beschrieben.
  • In einer speziellen Ausführungsform wird die Oberfläche einer Fahrbahndecke zur Erzeugung einer definierten Oberflächentextur wenigstens einem Grindingschritt und wenigstens einem Groovingschritt unterzogen. In einer bevorzugten Ausführung wird die Oberfläche einer Fahrbahndecke zuerst einem Grindingschritt und anschließend einem Groovingschritt unterzogen.
    • iii) Fräsen
  • Beim Fräsen wird die Fahrbahnoberfläche mit Hilfe einer rotierenden Fräswalze, die mit Fräswerkzeugen (Meißeln) besetzt ist, abgetragen.
  • Beim sogenannten Standardfräsen liegt die Fräsbreite in einem Bereich von ca. 20 cm bis zu mehreren Metern, vorzugsweise in einem Bereich von 30 cm bis zu 5 m.
  • Der Schnittlinienabstand beim Standardfräsen (d.h. die Distanz von Meißelspitze zu Meißelspitze auf der Fräswalze), beträgt in der Regel ca. 10 mm bis ca. 30 mm.
  • Bevorzugt liegt die Frästiefe in einem Bereich von 2,0 bis 40,0 mm, bevorzugt von 3,0 bis 15,0 mm.
  • Unter Feinfräsen versteht man das Abfräsen von Verkehrsflächen mit einem gegenüber dem Standardfräsen geringeren Schnittlinienabstand. Bevorzugt liegt der Abstand beim Feinfräsen in einem Bereich bis 8 mm.
    • iv) Horizontales Schleifen
  • In der Praxis weisen speziell neu hergestellte und neuwertige Fahrbahndeckschichten auf Basis einer Gesteinskörnung in einem Bindemittel in vertikaler Richtung (senkrecht zu der von der Fahrbahnoberfläche gebildeten Ebene) keine homogenen Plateaus in im Wesentlichen gleicher Höhe auf. Speziell bei Waschbetonoberflächen liegen die Profilspitzen in vertikaler Richtung mehr oder weniger auf unterschiedlichen Niveaus und stellen keine idealen Plateaus dar. Es wurde gefunden, dass eine Optimierung in der Makrotextur der Fahrbahnoberfläche im Sinne eines Niveauausgleichs der Profilspitzen und der Ausbildung idealer Höhenplateaus zu einer verringerten Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt führt. Ein geeignetes Verfahren ist die Behandlung der Fahrbahnoberfläche durch horizontales Schleifen. Derartige Verfahren und Geräte zu ihrer Durchführung sind prinzipiell bekannt und verfügen z.B. über rotierende, diamantbesetzte Schleifteller. Horizontales Schleifen ermöglicht ein präzises Angleichen und Homogenisieren des Höhenniveaus der Fahrbahnoberfläche, wobei die erreichte Oberflächentextur sich zunehmend dem sogenannten "Plateau mit Schluchten" annähert. Ein Abschleifen der Gesteinskornspitzen führt dabei nicht nur zu einer verringerten Emission von Mikroplastik, sondern auch zu einer Lärmminderung und/oder Verbesserung der Griffigkeit.
  • Zur Herstellung einer Fahrbahnoberfläche mit verringerter Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt kann die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung durch eine oder mehrere der Maßnahmen i), ii), iii) iv) in beliebiger Kombination unterzogen werden.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Figuren erläutert. Die ausgeführten Möglichkeiten sind nur als Beispiele und nicht als Einschränkung auf diese Möglichkeiten zu verstehen.
    • FIGURENBESCHREIBUNG
    • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der zur Charakterisierung von Grindingwellen und Groovingwellen verwendeten Begriffe.
    • Figur 2 zeigt eine schematische Seitenansicht der Gesteinskörnung an der Oberfläche einer Fahrbahndeckschicht vor (oben) und nach (unten) Behandlung durch horizontales Schleifen.
    • Figur 3 zeigt eine schräge Draufsicht in Fahrbahnlängsrichtung auf eine Fahrbahnoberfläche nach Grindingbehandlung.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Fahrbahnoberfläche mit verringerter Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt, bei dem man
    - eine Fahrbahndeckschicht bereitstellt oder zur Behandlung auswählt, die aus einer Gesteinskörnung, einem Bindemittel und gegebenenfalls wenigstens einem Zusatzstoff besteht,
    - für wenigstens einen der folgenden Parameter der Fahrbahndeckschicht jeweils einen unteren Grenzwert und einen oberen Grenzwert als Zielwertbereich festlegt:
    a) die Texturtiefe MPD bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1,
    b) den Gestaltfaktor g,
    c) den Bindemittelanteil der Fahrbahndeckschicht an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche,
    d) die Abrasivität der Oberfläche,
    - den Istwert der Fahrbahndeckschicht für den wenigstens einen Parameter bestimmt,
    - bei Unterschreiten des unteren Grenzwerts oder Überschreiten des oberen Grenzwerts die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung der Oberfläche unterzieht, bis der wenigstens eine Parameter im Zielwertbereich liegt, wobei die Behandlung durch wenigstens ein abtragendes Verfahren erfolgt, insbesondere ausgewählt aus einem oder mehreren der folgenden Verfahren:
    i) Behandlung mit einem Strahlmittel,
    ii) Behandlung mit einem Schneidverfahren zur Erzeugung einer gerichteten Oberflächentextur,
    iii) Behandlung durch Fräsen,
    iv) Behandlung durch horizontales Schleifen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrbahndeckschicht ausgewählt ist unter Asphaltdeckschichten und Betondecken.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fahrbahndeckschicht ausgewählt ist unter neu hergestellten Fahrbahndeckschichten.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zielwertbereich für die Texturtiefe MPD, bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1 im Bereich von 0,2 bis 0,8 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 0,7 mm, liegt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bereitgestellte oder zur Behandlung auswählte Fahrbahndeckschicht einen Istwert für die Texturtiefe MPD, bestimmt nach DIN EN ISO 13473-1, im Bereich von 0,3 bis 1,5 mm aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zielwertbereich für den Gestaltfaktor g wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 90%, beträgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    - die bereitgestellte oder zur Behandlung auswählte Fahrbahndeckschicht einen Istwert für den Bindemittelgehalt an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche von 60 bis 100 % aufweist,
    und/oder
    - der Zielwertbereich für den Bindemittelgehalt der Fahrbahndeckschicht an der mit Reifen in Kontakt kommenden Oberfläche maximal 30%, bevorzugt maximal 20%, beträgt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Behandlung mit einem Strahlmittel durch Druckluftstrahlen mit einem festen Strahlmittel, Hochdruckwasserstrahlen oder eine Kombination davon erfolgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das feste Strahlmittel ausgewählt ist unter Sand, Glasperlen, Stahlkugeln, Keramik, Trockeneis, Korund, Drahtkorn, Schmirgel, Bronzekies, Hochofenschlacke, Calciumcarbonat-Granulat, Kunststoffen und Kombinationen davon.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Herstellung einer gerichteten Oberflächentextur die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung mit wenigstens einer Grindingwelle und/oder mit wenigstens einer Groovingwelle unterzogen wird, wobei die Grindingwellen und die Groovingwellen auf einer rotierenden Welle angeordnete Schneidwerkzeuge aufweisen, die über die Fahrbahnoberfläche geführt werden, wobei die mittlere Distanz der Schneidwerkzeuge (Segmentabstand) der Groovingwellen größer ist als der der Grindingwellen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei zur Herstellung einer gerichteten Oberflächentextur die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung mit wenigstens einer Grindingwelle und mit wenigstens einer Groovingwelle unterzogen wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fahrbahndeckschicht einer Behandlung durch horizontales Schleifen unterzogen wird.
  13. Fahrbahnoberfläche, erhältlich durch ein Verfahren, wie in einem der Ansprüche 1 bis 12 definiert.
  14. Verwendung eines Verfahrens, wie in einem der Ansprüche 1 bis 12 definiert, zur Bereitstellung einer Fahrbahnoberfläche mit einer gegenüber einer unbehandelten Fahrbahnoberfläche verringerten Emission von Mikroplastik aus dem Reifen-Fahrbahn-Kontakt.
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