Geteert und gefedert

71. Folge

Unsere Serie für den Nachwuchs erläutert das wichtigste GaLaBau-Grundlagenwissen vom Abstecken bis zum Zaunbau: Diesmal geht es um das Thema Baustoff Bitumen.

Oft ist es so, dass man über eine Sache, die augenscheinlich selbstverständlich zu sein scheint, spricht und deren Inhalt gar nicht mehr richtig erfasst hat. So ging es mir in Vorbereitung dieses Artikels mit dem Begriff "Bitumen". Bisher glaubte ich an die einfache Erklärung Bitumen sei das Zeug, welches Straßenbauer auf die Straße schmieren um die "Blechlawine" an Ziel ihrer Träume zu führen. Wie es sich herausstellte war das ein Irrtum.

Ein Definitionsversuch

Bituminöse Baustoffe sind organische Werkstoffe, die vor allem im Bauwesen verwendet werden. Bei ihrer Verwendung stehen dabei weniger die Festigkeitseigenschaften, sondern Klebefähigkeit, Dichtigkeit und Verformbarkeit im Vordergrund. Sie werden in erster Linie im Straßenbau als Bindemittel eingesetzt. Im Wasser- und Hochbau aber auch im GaLaBau werden sie als Kleb-, Sperr- und Verhütungsmittel verwendet.

Dabei werden diese Stoffe zusätzlich unterteilt und folgendermaßen definiert:

• Bitumen: Bitumen sind dunkelfarbige halbfeste bis harte Mischungen aus Kohlenwasserstoffen, die bei der Destillation geeigneten Erdöls als Rückstand anfallen.
• Asphalt: Asphalt ist ein Gemisch aus Gesteinskörnung und Bitumen als Bindemittel. Die Gesteinskörnung wird durch das Bitumen miteinander verklebt.
• Naturasphalt: Dabei handelt es sich um ein erdölhaltiges Gestein, aus dem die leichteren (kohlenstoffärmeren) Bestandteile verdunstet sind.
• Teerpech: Der "Teer" wird durch die trockene Destillation von Stein-, Braunkohle und anderen fossilen Brennstoffen hergestellt. Er ist von dunkler Farbe und bei Erwärmung leicht verformbar.

Bitumen - einer der wichtigsten Baustoffe der Gegenwart

Bitumen ist nicht gleich Bitumen. Die Unterscheidung der Bitumenarten erfolgt anhand der Herstellungsverfahren, der Anwendungsgebiete sowie der Konsistenzdaten. Je nach Art und Anzahl der bei der Bitumenherstellung durchlaufenen Verfahrensschritte werden viskose bis spröde Produkte erhalten. Die Zusammenhänge der einzelnen Bitumenbezeichnungen beziehungsweise Zubereitungen aus Bitumen sind in der DIN EN 12597-1 geregelt. Nach diesen Eigenschaften können Bitumen in die Hauptgruppen Heißbitumen, Verschnittbitumen und Bitumenemulsionen unterteilt werden.

Heißbitumen müssen vor der direkten Bearbeitung erhitzt werden. Sie werden nach ihrem Erweichungspunkt in Destillationsbitumen, Hochvakuumbitumen und Oxidationsbitumen unterteilt. Als Destillationsbitumen bezeichnet man den nach der Erdöldestillation entstandenen Rückstand. Es hat einen Erweichungspunkt zwischen 27 °C und 72 °C und zeichnet sich durch eine gute Klebefähigkeit und hohe plastische Verformbarkeit aus.

Das gebräuchlichste Destillationsbitumen ist Straßenbaubitumen. Je nach Art des Rohöls und der Dauer der Destillation erhält man Bitumen mit unterschiedlichen Härtegraden. Der Einsatz richtet sich nach diesem Härtegrad. Es wird im Asphaltstraßenbau zur Herstellung von Walz- oder Gussasphalt eingesetzt. Bei entsprechender Einstellung der Vakuumkolonne und geeigneter Rohölauswahl kann Destillationsbitumen direkt für den Straßenbau gebrauchsfertig hergestellt werden.

Unter Zugabe von Ölen wird bei Verschnittbitumen die Verarbeitbarkeit erhöht. Dabei wird der Erweichungspunkt soweit reduziert, dass ein Kalteinbau des Bitumens möglich ist. Durch langsames Entweichen des Lösungsmittels erhärtet das Verschnittbitumen im Laufe der Zeit. Dabei entstehen sogenannte Fluxbitumen. Fluxbitumen fanden hauptsächlich Anwendung im Straßenbau und werden heute nur noch selten eingesetzt.

Bitumenemulsionen sind vereinfacht gesagt eine Mischung aus Bitumen und Wasser. Dabei wird die gleichmäßige Verteilung des Bitumens im Wasser als Trägerstoff durch sogenannte Emulgatoren garantiert. Diese unterscheiden sich noch dazu durch ihren Ladungscharakter. Diese Emulsionen werden mit Gesteinskörnungen gemischt. Dabei wird die Emulsion gebrochen, das heißt das Bitumen fällt aus und verklebt die Gesteinskörnungen miteinander. Sie bilden zum Beispiel die Grundlage für die Spritzbegrünung an Hängen im GaLaBau.

Wo liegen die Anwendungsgebiete des Bitumens?

Bitumen beziehungsweise Bitumenprodukte werden im Bauwesen in die Bereiche Straßenbau, Hoch- und Wasserbau eingeteilt. Der GaLaBau spielt eine untergeordnete Rolle, da für ihn Anwendungsgebiete aus allen drei Bereichen in Frage kommen.

Im Straßenbau findet Bitumen Anwendung als Bindemittel für:

• Oberflächenschutzschichten
• Kompressionsbeläge (Beläge, die durch fortschreitende Verdichtung, zum Beispiel aus dem Verkehr eine Festigkeitssteigerung erlangen)
• Kornstabile Beläge (nach dem Betonprinzip)
• Tragschichten aus Bitumengesteinskörnungsgemischen

Im Hoch- und Wasserbau findet Bitumen auf folgenden Gebieten Verwendung:

• als Kleb-, Tränk- und Deckmasse für Bitumen-Dachbahnen und -Dichtungsbahnen
• als Fugenvergussmassen
• als Korrosionsschutzmittel für Metalle
• als Bindemittel für Estriche und Fußbodenbeläge

Bitumenemulsionen finden im Straßenbau Verwendung bei Bauweisen im Spritz- und im Mischverfahren. Sie werden häufig bei Oberflächenbehandlungen und fast ausschließlich bei dünnen Schichten im Kalteinbau eingesetzt. Außerdem wird es zur Beschichtung von Dichtungsbahnen und Produktion von Fugenvergussmassen benutzt.

Fugenvergussmassen sind von großer Bedeutung für die Dauerhaftigkeit der Konstruktionen, in denen sie eingesetzt werden. Die Fugenvergussmassen haben die Aufgabe, das Eindringen von Oberflächenwasser in untere Lagen zu verhindern und darüber hinaus horizontale Bewegungen, zum Beispiel von Betonplatten, spannungsfrei auszugleichen und ein Eindringen von Schmutz zu verhindern. Fugenvergussmassen sind heiß einzubauende, thermoplastische Massen mit Bitumen als Bindemittel. Fugenvergussmassen werden auch kraftstoffresistent hergestellt.

Wie sieht es mit der Umweltverträglichkeit von Bitumen aus?

Bitumen wird durch "schonende" Destillation aus Erdöl gewonnen. Es handelt sich um eine reine physikalische Herstellungsmethode, bei der nur die Auswirkungen von Temperatur- und Druckänderungen während des Produktionsprozesses ausgenutzt werden. Das unterscheidet Bitumen vom Teer! Eine Gegenüberstellung beider Produkte ist in einer nebenstehenden Grafik dargestellt. Bitumen wird im Rahmen der Wasserschutzverordnung als ein allgemein nicht wassergefährdender Stoff in die Wassergefährdungsklasse 0 eingeordnet. Die Verwendung von Asphalt in Wassergewinnungsgebieten ist ausdrücklich erlaubt. Werden in diesen Gebieten Baustoffe verwendet, die Bestandteile enthalten, die ausgewaschen werden können, so sind diese mit Heißbitumen zu ummanteln. Bitumen ist ein umweltfreundlicher Baustoff, der weder bei der Herstellung in der Raffinerie, bei der Herstellung des Asphaltmischgutes und dem Einbau auf der Straße, noch im Gebrauchszustand als Straßen- oder Hangbefestigung Umwelt belastend ist. Besonders wichtig ist auch, dass Asphalt ohne Probleme dem Recyclingprozess zugeführt werden kann.

Und was ist nun Asphalt?

Ohne Bitumen kein Asphalt! Seine Eigenschaften werden durch die Härte und Menge des Bitumens und durch die Art und die Zusammensetzung der Gesteinskörnung beeinflussen. Dabei wird zwischen den Eigenschaften des frischen Asphaltes während des Einbaus und des eingebauten Asphaltes unterschieden. Die wichtigste Eigenschaft während des Einbaus ist die Verarbeitbarkeit. Sie ist abhängig von der Zusammensetzung und der Temperatur.

Die Verarbeitungsfrist gibt diejenige Zeitspanne der guten Verarbeitbarkeit an. Sie wird durch die Bitumensorte, die Einbaudicke und die Witterung bestimmt.

Die wichtigsten Gebrauchseigenschaften von Asphalt sind: Standfestigkeit, Risssicherheit, Hohlraumgehalt, Dichtigkeit, Verschleißfestigkeit, Griffigkeit und Recyclingfähigkeit.

Anwendungsgebiete im Bauwesen

Asphalte werden ausschließlich im Straßen- und Verkehrsflächenbau eingesetzt und finden dabei ihre Anwendung in Straßenbefestigungen (hohe Verkehrslasten), Parkflächen (hohe statische Lasten), Rad- und Gehwegen (geringe Belastung, Kostengünstig), Sportplatzflächen (hohe Dämpfung und Elastizität), Flugplätzen (hohe Einzelradlasten, ausreichende Griffigkeit), Landwirtschaftlichen Wegen (hohe Achslasten, geringe Verkehrsmenge).

Die Anforderungen an den Asphalt sind je nach Verwendung recht unterschiedlich, so dass die Asphaltzusammensetzung zum Beispiel auf die verschiedenen Konstruktionsschichten, wie Asphalttragschicht, Binderschicht, Deckschicht, Tragdeckschicht und Sonderkonstruktionen (wasserdurchlässige Konstruktionen oder ähnliches) abgestimmt sein muss.

Wie wird Asphalt hergestellt?

Der Einsatz von Naturasphalten (natürliche Mischungen aus Bitumen und Gesteinskörnungen) spielt in der heutigen Zeit kaum noch eine Rolle. Asphalte werden fast ausschließlich technisch durch Mischen von körnigen Gesteinskörnungen mit Bitumen hergestellt. Die Herstellung erfolgt in stationären Mischanlagen oder bei Großbaustellen auch in mobilen Anlagen.

Das Bitumen und die Gesteinskörnung gehen bei der Asphaltherstellung eine Verbindung ein. Je nach Art des Bitumens und der Gesteinskörnung können unterschiedliche Eigenschaften eingestellt werden. Die Gesteinskörnung ist der Hauptbestandteil in Asphalten. Es werden natürliche Gesteinskörnung in ungebrochener (Kies, Natursand) und gebrochener Form (Schotter, Splitt, Brechsand und Füller) eingesetzt. Weiterhin finden industrielle Nebenprodukte wie Hochofenschlacke und Müllverbrennungsschlacke als Gesteinskörnungen Anwendung.

Dabei müssen die eingesetzten Gesteinskörnungen müssen folgende Anforderungen erfüllen:

• witterungs- und frostbeständig, hitzebeständig
• schlag- und druckfest, polierresistent
• gedrungene Kornform
• Affinität zu Bitumen

Asphalt-Recycling möglich oder nicht?

Ja natürlich. Ausgebauter Asphalt wird an der Asphaltmischanlage angeliefert, nach teerhaltigen Bestandteilen untersucht und zwischengelagert. Der Asphalt wird zu Granulat bestimmter Größe gebrochen. Werden verschiedene Granulatgrößen hergestellt, werden sie getrennt gelagert.

Anwendungsgebiete von Asphalt

Ein wichtiger Anwendungsbereich von Asphalt sind Landbahnen der Flugplätze, wo gerade in der Aufsetzzone hohe statische und dynamische Lasten schadlos abgeleitet werden müssen. Die Oberfläche der Asphaltbefestigung muss dort dauerhaft griffig, resistent gegenüber Auftaumitteln und beständig gegen Treibstoff sein.

Ein klassisches Anwendungsgebiet von Asphalt ist der Wasserbau. Hier werden Asphaltschichten als Oberflächenschutzschichten oder als Dichtungsschichten in Dämmen verwendet. Für den Einsatz als Abdichtung im Deponiebau ist die Zusammensetzung der Asphalte der aus dem Wasserbau bekannten Zusammensetzung sehr ähnlich.

Im Hochbau wird Gussasphalt wegen seiner besonderen Vorzüge als Fußbodenestrich in Wohn- und Lagerräumen, als Hallenbelag oder als Abdichtungs- und Verkehrsschicht auf Balkonen, Terrassen und Flachdächern genutzt. Im Gegensatz zu anderen Estrichen ist der Gussasphalt sofort nach dem Abkühlen begeh- und benutzbar und es wird durch diesen keine zusätzliche Feuchtigkeit in das Gebäude gebracht. Als schwimmender Estrich auf geeigneten Dämmschichten entspricht der direkt begehbare oder unter Parkett, Teppichboden oder ähnliches in Wohnräumen verlegte Gussasphalt allen Anforderungen des Wärme- und Schallschutzes.

Literatur: Univ.-Prof. Dr.-Ing. K.-Ch. Thienel, "Werkstoffe des Bauwesens - Bituminöse Baustoffe", Institut für Werkstoffe des Bauwesens, Fakultät für Bauingenieur- und Vermessungswesen.

Uwe Bienert