Image
empa-bindfaden-asphalt-quer.jpeg
Foto: Empa
Der Roboterarm legt das „Strickmuster“ aus, mit dem der Schotter verbunden wird

Forschung

Neue Masche für den Straßenbau

Empa-Wissenschaftler entwickelten einen Asphalt, der mit einem Roboter und einige Laufmeter Bindfaden und Schotter erstellt wird.

Ein Roboterarm legt einen Bindfaden in einem Mandala-ähnlichen Muster auf ein Schotterbett. Was wie eine zeitgenössische Kunstperformance wirkt, ist Grundlagenforschung, die neue Wege für den Straßenbau erkundet. Einerseits werden roboterunterstützte Bautechniken für den Straßenbau erprobt, die bisher so nur im Hochbau angewendet wurden. Andererseits soll eine neue Art von mechanischer Verstärkung den typischen Aufbau des Straßenbelages verändern und so helfen, künftig wertvolle Ressourcen zu sparen oder Straßenbeläge gar vollständig zu recyklieren.

Forschungsidee aus dem Hochbau

Die Idee stammt aus einem Projekt des Gramazio Kohler Research Labs der ETH Zürich. Hier wurde das Projekt tatsächlich als Kunst- und Forschungsprojekt aufgezogen. Rein aus Bindfaden und Schotter aufgetürmte Stelen bewiesen damals, wie enorme Stabilität nur durch die Verzahnung und Verspannung des Schotters mit einem eingewobenen Faden erreicht werden kann – ganz ohne Zement. Der Test im Labor zeigte, dass Schotterstehlen mit einer Höhe von 80 cm und einem Durchmesser von 33 cm einem Druck von 200 kN standhalten, was einer Belastung mit 20 t entspricht.

Auch Asphalt besteht aus Gestein verschiedener Größe und dem Bindemittel Bitumen. Und so übertrugen die beiden Empa-Forscher Martin Arraigada und Saeed Abbasion aus der Abteilung „Concrete & Asphalt“ dieses Konzept auf den Straßenbau: „Wir wollen herausfinden, wie man einen recyclingfähigen Belag in Zukunft herstellen könnte. Dabei setzen wir auch erstmalig digitalisierte Bauweisen im Straßenbau ein“, erklärt Arraigada.

Ein schnurverstärkter Straßenbelag, der ohne Bitumen auskommt, verspricht einige Vorteile. Denn Bitumen wird aus Erdöl gewonnen, wobei bei der Herstellung und auch später beim Gebrauch Emissionen freigesetzt werden. Außerdem macht es Asphalt anfällig für Risse und Verformungen und noch dazu undurchlässig für Regenwasser – auch das könnte so überwunden werden. Denkbar wäre für die Forscher auch, dass Gestein zum Einsatz kommen, das sonst für den Straßenbau nicht geeignet ist, dafür aber weniger rar sind. Nicht zuletzt macht das Verfahren einen ausrollbaren und recyclingfähigen Belag denkbar.

Ein Bindfaden und loser Schotter

Lösungen für die genannten Aspekte überprüfen die beiden Empa-Forscher anhand verschiedener Tests. Der Roboterarm spielt eine entscheidende Rolle. Er legt den Bindfaden in einem bestimmten einprogrammierten Muster auf die übereinander geschichteten Schotterlagen.

Für die mechanischen Tests werden 5 dieser Schichten aus Schotter und Fadengewebe in einer Versuchsbox übereinandergelegt, wobei der Boden der Box mit einer Gummimatte ausgelegt ist, die das ganze Paket auf dem Untergrund fixiert. Sie simuliert das verformbare Bett, auf das der Straßenbelag aufgebracht wird. Dass es sich bei dem Bindfaden um genau denjenigen handelt, den jeder Schweizer und jede Schweizerin fürs Papierbündeln verwendet, zeigt, dass die Empa-Forscher hier völlig neue (und kostengünstige) Wege beschreiten.

Mechanische Tests und Modellierung

Das Schotter-Bindfaden-Paket wird dann mit einer rotierenden Platte und mit Druck belastet. Dieser Belastungstest zeigt: Durch die Verstrickung der einzelnen Steine mit dem Faden hält das Paket einem Druck von 5 kN stand – also eine halbe Tonne –, ohne dass sich die Steine stark verschieben. Normalerweise übernimmt der Bitumen diese Aufgabe im Asphalt.

Parallel zu ihren Laborversuchen modellieren die Forscher alles im Computer in 3D mittels „Discrete Element Method“ (DEM). Hier soll sich die Verschiebung der einzelnen Steine zeigen und welche Zugkräfte auf den Faden einwirken – etwas, das im Labor nicht untersucht werden kann. Daneben werden auch verschiedene Muster und Maschenweiten sowie deren Auswirkungen auf die Stabilität des Belags näher untersucht.

Diese Grundlagenarbeit liefert viel Innovationspotenzial, um mit einfachen Mitteln einem rezyklier- und vielleicht ausrollbaren Straßenbelag näher zu kommen.

Foto: HTW Dresden

Forschung und Lehre

Amtsübergabe: Professur für Straßenbau in Dresden

Im März übergab Prof. Dr.-Ing. Volker Rauschenbach in einem festlichen Rahmen den Lehrstuhl für Straßenbau der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden an Prof. Dr.-Ing. Ines Dragon.

Foto: Empa/Sara Keller

Forschung

Empa verstärkt Forschung für Beton und Asphalt

Seit Anfang März verstärkt die neue Abteilung „Beton und Asphalt“ die Forschung der schweizerischen Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) im Bereich der Baumaterialien.

Foto: Universität von Oklahoma

Forschung

Kacke im Teer

Aus den Teergruben mitten in Los Angeles, den La Brea Tar Pits, wurden Koprolithen – fossile Fäkalien – gefunden und ausgewertet. Es sind die ersten, die jemals in einer Asphalt- oder Teergrube entdeckt wurden.

Forschung

Pech - das längste Laborexperiment der Welt

An der Universität von Queensland wird schon sehr lange ermittelt, wie schnell – oder langsam – Pechtropfen fallen. Dies trug dem Versuch als das längste Laborexperiment einen Eintrag ins Guinness-Buch der Rekorde ein.

Wir haben noch mehr für Sie!

Aktuelle Entwicklungen in der Branche, neue Maschinen und Anlagen, Tipps zur Betriebsführung und Erfahrungsberichte gibt es alle 14 Tage aus unseren Fachredaktionen direkt ins Postfach: nützlich, übersichtlich und auf den Punkt.
Melden Sie sich jetzt für unsere Newsletter an - schnell und kostenlos!
Asphalt & Bitumen Newsletter
 
Straßen- und Tiefbau Newsletter
 
Steinbruch und Sandgrube Newsletter
 
DSB – Die Schweizer Baustoffindustrie Newsletter
 
Wir geben Ihre Daten nicht an Dritte weiter. Die Übermittlung erfolgt verschlüsselt. Zu statistischen Zwecken führen wir ein anonymisiertes Link-Tracking durch.