Neue Wege im Straßenbau: Ressourcenschutz bis Energiegewinnung
Neue Werkstoffe im Straßenbau (Imagebild, Quelle: pixabay)
Dass auf deutschen Straßen Gold zu finden sei, mag etwas weit hergeholt sein. Sicher ist aber, dass Innovationen für die bestehenden Infrastrukturnetze bisher unentdeckte Ressourcen und Potenziale beinhalten. Neue Instandhaltungskonzepte und intelligente Werkstoffentwicklungen können einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten. Die multifunktionale Nutzung urbaner Verkehrwege bietet völlig neue Möglichkeiten. Mit der Initiative »HighTechMatBau« fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF derzeit Forschungsprojekte zum Thema »Neue Werkstoffe für urbane Infrastrukturen«.
Innovative Verbundstoffe, intelligente Instandhaltungskonzepte und multifunktionale Nutzungen zählen zu den Bausteinen, um Fragen nach Energieeffizienz, Klimaschutz und nachhaltiger Mobilität auch im Straßenbau und -betrieb zu lösen. Ihre Fortentwicklung soll die Lebensqualität in Städten und verkehrstechnisch stark genutzten Räumen steigern und zugleich andererseits die Versorgungssicherheit gewährleisten. Im Rahmen der High-Tech-Stratgie des BMBF zielt insbesondere das Projekt »WiTraBau – Wissenstransfer im Bauwesen« auf die Weiterentwicklung von Werkstoffen.
INNO-PAVE – Grundlegende Erforschung polymerer Werkstoffe sowie innovativer Herstellungs- und Einbautechnologien für Straßendeckschichtsysteme
Im Projekt »INNO-PAVE« wird derzeit an einem neuen Werkstoff für aufrollbare Straßendeckschichten sowie den zugehörigen Einbau- und Fertigungstechniken geforscht. Der zugrundeliegende Forschungsansatz sieht dabei die Verwendung eines polymerbasierten Werkstoffs in Verbindung mit textilen Bewehrungsstrukturen vor, um die Eigenschaften herkömmlicher Straßenbeläge wie Asphalt hinsichtlich Dauerhaftigkeit, Griffigkeit und Lärmreduzierung zu verbessern. Angestrebt wird eine dauerhafte lärmreduzierende Wirkung von 10 dB mit einer Lebensdauer von mindestens 25 Jahren, was verglichen mit heute eingesetzten Lärmschutzbauweisen eine vierfach längere akustische Lebensdauer bedeutet. Die Deckschicht besteht aus einem zweischichtigen Aufbau. Eine obere Texturschicht reduziert die Schallentstehung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche, während die darunterliegende Schicht der Lärmabsorption dient. SMART-DECK - Intelligentes multifunktionales Verstärkungs- und Schutzsystem aus textilbewehrtem Hochleistungsmörtel für Brückenbauwerke
Als Weiterentwicklung des neuen Werkstoffs Textilbetons wird momentan unter Leitung der Eurovia Beton GmbH ein multifunktionaler Brückenbelag erarbeitet, der ein integriertes Sensorsystem zur Früherkennung von Schäden beinhaltet. Die Lebenszeit von Brücken wird maßgeblich von einer intakten Abdichtungsebene oberhalb des Konstruktionsbetons als auch durch die Querkrafttragfähigkeit bestimmt. Heute eingesetzte Sensoren erfassen Korrosionsschäden nur lokal begrenzt und wirken daher ebenso wenig präventiv wie turnusgemäße Brückenbegehungen. Wenn sich die Korrosion durch Risse und Abplatzungen bemerkbar macht, bedeutet dies in der Regel umfangreiche und kostenintensive Instandsetzungsarbeiten bis hin zur Sperrung der Brücke. Dem soll das Forschungsprojekt entgegenwirken und entwickelt ein System, das den Zustand der Abdichtung während des Betriebs vollflächig überwacht und bei auftretenden Undichtigkeiten im laufendem Verkehr Reparaturen an der Bewehrung ermöglicht. Gelingen soll dies mit einem vollflächigen Echtzeit-Feuchtemonitoring sowie einem abschnittsweise steuerbaren präventiven Korrosionsschutz. Zusätzlich bietet »SMART-DECK« die Möglichkeit, die Biege- und Querkrafttragfähigkeit zu erhöhen, so dass die Tragfähigkeit von Bestandsbauwerken konstruktiv verstärkt werden kann. Damit kombiniert das System dauerhaftigkeitsrelevante und konstruktive Funktionen in einer dünnen, ca. 3 cm starken Zwischenschicht, die ohne große Auswirkungen auf das Eigengewicht der Konstruktion auskommt. NaHiTAs - Nachhaltiger HighTech-Asphalt: Schadstoff- und lärmmindernd mit neuer Verarbeitung und Überwachung
Ebenfalls mit Asphaltbauweisen setzt sich das Projekt »NaHiTAs« der TU Berlin auseinander. Mit stetig steigendem Verkehrsaufkommen nimmt die Schadstoffbelastung in entsprechendem Maße zu. Daher setzt sich das Forschungsprojekt zum Ziel, die photokatalytische Eigenschaften von Titandioxid als Abstreugranulat optimal in den Straßenbau zu integrieren. Zudem soll eine lärmmindernde Textur zur Reduzierung von Fahrbahn-Geräuschen beitragen. Gleichzeitig werden die aktuellen Einbauverfahren optimiert und während des Einbauprozesses hinsichtlich der Fahrbahngriffigkeit, Lärmabsorbtion, Fahrbahnhelligkeit und Oberflächenstruktur über ein mobiles Qualitätsmesssystem geprüft werden. SEDA - Untersuchung multifunktionaler Straßenbaumaterialien und Verbundwerkstoffe zur Nutzung solarer Energie und Verbesserung der Dauerhaftigkeit
Noch einen Schritt weiter geht das Verbundforschungsprojekt »SEDA« unter Leitung von F. Winkler KG. Hier werden nicht nur Energieeinsparung und Ressourcenschutz als Ziele ausgegeben, sondern mögliche neue Energiequellen untersucht. Der Fokus von »SEDA« liegt auf dem Potenzial der Energieerzeugung. Zum einen soll Strom mittels der im Straßenbelag durch Sonneneinstrahlung gespeicherten Energie erzeugt werden, zum anderen soll die Lebensdauer des Straßenbelags durch den Wärmeentzug erhöht werden. Die Forschungspartner setzen dabei auf multifunktionale Verbundwerkstoffe, um entsprechende neue Kollektorvarianten zu entwickeln. Die Umwandlung von thermischer in elektrische Energie soll dabei über sogenannte ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle) erfolgen. Energie, die nicht in Strom umgewandelt werden kann, soll in Form von Wärme den anliegenden Verbrauchern direkt zur Verfügung gestellt werden. Diese vier Projekte – die nur eine Auswahl der im Rahmen von »HighTechMatBau« geförderten Projekte darstellen – zeigen, wieviel innovatives Forschungspotenzial derzeit im Bereich des Straßenbaus und -betriebs steckt. Ein Feld, das eher als Schadstoffquelle und Sondermülllieferant bekannt ist, könnte sich zu einem Vorzeigebereich entwickeln – und völlig neue Wege im Straßenbau beschreitet.
Im Projekt »INNO-PAVE« wird derzeit an einem neuen Werkstoff für aufrollbare Straßendeckschichten sowie den zugehörigen Einbau- und Fertigungstechniken geforscht. Der zugrundeliegende Forschungsansatz sieht dabei die Verwendung eines polymerbasierten Werkstoffs in Verbindung mit textilen Bewehrungsstrukturen vor, um die Eigenschaften herkömmlicher Straßenbeläge wie Asphalt hinsichtlich Dauerhaftigkeit, Griffigkeit und Lärmreduzierung zu verbessern. Angestrebt wird eine dauerhafte lärmreduzierende Wirkung von 10 dB mit einer Lebensdauer von mindestens 25 Jahren, was verglichen mit heute eingesetzten Lärmschutzbauweisen eine vierfach längere akustische Lebensdauer bedeutet. Die Deckschicht besteht aus einem zweischichtigen Aufbau. Eine obere Texturschicht reduziert die Schallentstehung der Reifen-Fahrbahn-Geräusche, während die darunterliegende Schicht der Lärmabsorption dient. SMART-DECK - Intelligentes multifunktionales Verstärkungs- und Schutzsystem aus textilbewehrtem Hochleistungsmörtel für Brückenbauwerke
Als Weiterentwicklung des neuen Werkstoffs Textilbetons wird momentan unter Leitung der Eurovia Beton GmbH ein multifunktionaler Brückenbelag erarbeitet, der ein integriertes Sensorsystem zur Früherkennung von Schäden beinhaltet. Die Lebenszeit von Brücken wird maßgeblich von einer intakten Abdichtungsebene oberhalb des Konstruktionsbetons als auch durch die Querkrafttragfähigkeit bestimmt. Heute eingesetzte Sensoren erfassen Korrosionsschäden nur lokal begrenzt und wirken daher ebenso wenig präventiv wie turnusgemäße Brückenbegehungen. Wenn sich die Korrosion durch Risse und Abplatzungen bemerkbar macht, bedeutet dies in der Regel umfangreiche und kostenintensive Instandsetzungsarbeiten bis hin zur Sperrung der Brücke. Dem soll das Forschungsprojekt entgegenwirken und entwickelt ein System, das den Zustand der Abdichtung während des Betriebs vollflächig überwacht und bei auftretenden Undichtigkeiten im laufendem Verkehr Reparaturen an der Bewehrung ermöglicht. Gelingen soll dies mit einem vollflächigen Echtzeit-Feuchtemonitoring sowie einem abschnittsweise steuerbaren präventiven Korrosionsschutz. Zusätzlich bietet »SMART-DECK« die Möglichkeit, die Biege- und Querkrafttragfähigkeit zu erhöhen, so dass die Tragfähigkeit von Bestandsbauwerken konstruktiv verstärkt werden kann. Damit kombiniert das System dauerhaftigkeitsrelevante und konstruktive Funktionen in einer dünnen, ca. 3 cm starken Zwischenschicht, die ohne große Auswirkungen auf das Eigengewicht der Konstruktion auskommt. NaHiTAs - Nachhaltiger HighTech-Asphalt: Schadstoff- und lärmmindernd mit neuer Verarbeitung und Überwachung
Ebenfalls mit Asphaltbauweisen setzt sich das Projekt »NaHiTAs« der TU Berlin auseinander. Mit stetig steigendem Verkehrsaufkommen nimmt die Schadstoffbelastung in entsprechendem Maße zu. Daher setzt sich das Forschungsprojekt zum Ziel, die photokatalytische Eigenschaften von Titandioxid als Abstreugranulat optimal in den Straßenbau zu integrieren. Zudem soll eine lärmmindernde Textur zur Reduzierung von Fahrbahn-Geräuschen beitragen. Gleichzeitig werden die aktuellen Einbauverfahren optimiert und während des Einbauprozesses hinsichtlich der Fahrbahngriffigkeit, Lärmabsorbtion, Fahrbahnhelligkeit und Oberflächenstruktur über ein mobiles Qualitätsmesssystem geprüft werden. SEDA - Untersuchung multifunktionaler Straßenbaumaterialien und Verbundwerkstoffe zur Nutzung solarer Energie und Verbesserung der Dauerhaftigkeit
Noch einen Schritt weiter geht das Verbundforschungsprojekt »SEDA« unter Leitung von F. Winkler KG. Hier werden nicht nur Energieeinsparung und Ressourcenschutz als Ziele ausgegeben, sondern mögliche neue Energiequellen untersucht. Der Fokus von »SEDA« liegt auf dem Potenzial der Energieerzeugung. Zum einen soll Strom mittels der im Straßenbelag durch Sonneneinstrahlung gespeicherten Energie erzeugt werden, zum anderen soll die Lebensdauer des Straßenbelags durch den Wärmeentzug erhöht werden. Die Forschungspartner setzen dabei auf multifunktionale Verbundwerkstoffe, um entsprechende neue Kollektorvarianten zu entwickeln. Die Umwandlung von thermischer in elektrische Energie soll dabei über sogenannte ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle) erfolgen. Energie, die nicht in Strom umgewandelt werden kann, soll in Form von Wärme den anliegenden Verbrauchern direkt zur Verfügung gestellt werden. Diese vier Projekte – die nur eine Auswahl der im Rahmen von »HighTechMatBau« geförderten Projekte darstellen – zeigen, wieviel innovatives Forschungspotenzial derzeit im Bereich des Straßenbaus und -betriebs steckt. Ein Feld, das eher als Schadstoffquelle und Sondermülllieferant bekannt ist, könnte sich zu einem Vorzeigebereich entwickeln – und völlig neue Wege im Straßenbau beschreitet.
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