HighRAP Asphaltrecycling Phase 2 (Highly Recycled Asphalt Pavement, Phase 2)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 594.06.19

Schlüsselwörter (Deutsch)

Asphalt, Recycling, RAP, Beläge, Mischungsverhältnis, gesetzliche Bestimmungen

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Mengen an ausgebautem Asphalt steigen und müssen zwischengelagert werden. RAP (Recycled Asphalt Pavement) wird nur in begrenzten Mengen in Asphaltbelägen eingesetzt. Grund dafür sind einerseits die gesetzlichen Bestimmungen, die für verschiedene Strassenschichten und -nutzungen maximale RAP-Gehalte zulassen. Andererseits ist das Wissen um die optimale Aufbereitung, die benötigten RAP-Qualitäten für unterschiedliche Verwendungen und die Wahl von geeigneten Mischungsverhältnissen noch ungenügend und in der Praxis wenig verbreitet. Dieses Wissen soll im vorliegenden Projekt erarbeitet werden.

Das Projekt ist das Folgeprojekt von UTF 489.19.14, in dem eine Asphaltmischung im Labormassstab aus 100% RAP hergestellt wurde. Mit verschiedenen Tests konnte gezeigt werden, dass es mit einer entsprechenden Veränderung der verschiedenen Mischungs-Kennwerte möglich ist, Deckschichten aus 100% RAP mit ähnlicher Performance zu entwickeln wie konventionelle Beläge, zumindest für wenig befahrene Strassen. Die Eigenschaften des ausgebauten Asphalts als Ausgangsmaterial spielen dabei eine zentrale Rolle.

In einer zweiten Phase sollen nun Methoden für die Charakterisierung von ausgebautem Asphalt, geeignete Verfahren für den Asphaltausbau und die Produktion von Asphaltbelägen sowie ein Design für Mischungen mit unterschiedlichen Qualitäten entwickelt werden, um so Asphalt mit einem möglichst grossen Anteil RAP herzustellen («HighRAP»). Um dessen Funktionstauglichkeit nachzuweisen, wird die Produktequalität auf Versuchsstrecken und mit einem Fahrzeugsimulator getestet.

Die Ergebnisse werden von der Empa veröffentlicht und in eine Form gebracht, dass sie direkt von Asphaltproduzenten und –abnehmern aber auch von öffentlichen Körperschaften für ihre Ausschreibungen (Kantone, Gemeinden) verwendet werden können.

Das Projektteam aus Wissenschaftlern der Empa, verschiedenen Akteuren aus der Asphaltproduktion und –verarbeitung und Vertretern der öffentlichen Hand garantiert, dass die Resultate den Bedürfnissen der Praxis entsprechen und möglichst rasch in die Praxis umgesetzt werden. Das ASTRA unterstützt das Projekt ebenfalls mit CHF190’080.-. Die aufaddierten Beiträge von BAFU und ASTRA decken weniger als 50% der gesamten Projektkosten.

 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 25.10.2018 an der Sitzung der Koko UT vom 29.11.2018 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. RAP-Charakterisierung: eine einfache Methode zur Beurteilung der Homogenität des RAP (inkl. Kohäsions- und Fragmentationstests) und der Bewertung von RAP unterschiedlicher Herkunft steht zur Verfügung. Der Gehalt an PAK im RAP wird dabei berücksichtigt. Meilenstein 1

2. RAP Aufbereitung, Mixture aging and Balanced design: Es ist bestimmt, wie Ausbau und Aufbereitung (insbesondere Vermahlung) durchgeführt werden müssen, um möglichst viel hochwertigen RAP zu gewinnen. Der Einfluss der Alterung bei unterschiedlichen Mischungsverhältnissen ist untersucht. Leistungsbezogene Testmethoden für die Herstellung von Mischungen mit unterschiedlichem RAP-Anteil und deren Prüfung für unterschiedliche Verwendungen und unter Berücksichtigung der Alterung sind entwickelt. Es wird festgestellt, dass die entwickelten Mischgute bezüglich Lärm im Vergleich mit herkömmlichen Mischguten keine Nachteile aufweisen. Meilenstein 2

3. Die verschiedenen Mischungen sind im Labor mit dem Fahrzeugsimulator untersucht. Die Mischungen sind im Praxisversuch auf mindestens einer Teststrecke des ASTRA oder den Kantonen Graubünden oder Zürich getestet. Meilenstein 3

4. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus1. bis 3. und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben. Der Schlussbericht enthält auch die Planung, wie die Ergebnisse in die Praxis implementiert werden sollen (training modules, website, articles).

5. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.

6. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung ist dem BAFU abgegeben und kann auf Nachfrage beim BAFU vorgetragen werden.

Projektziele (Deutsch)

Praxisnahe Grundlagen und Empfehlungen für die Verwendung eines möglichst hohen Anteils an RAP in Asphaltbelägen liegen vor. Die mit RAP produzierten Mischungen weisen Produkteeigenschaften auf, die mit denen von Primärmaterial vergleichbar sind.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Im Rahmen des HighRAP-Projekts wurden Empfehlungen zur Erhöhung des Anteils von Ausbauasphalt bei der Asphaltherstellung erarbeitet. Es wurden drei Hauptthemen behandelt:

 

Thema 1: RAP-Materialien. Die Auswirkung der Zerkleinerung und Verarbeitung von Asphalt wurde in grosstechnischen Versuchen ermittelt. Es wurde eine Methode zur quantitativen Optimierung des Brech- und Siebverfahrens für RAP entwickelt, die eine maximale Verwendung von RAP in der Produktion ermöglicht.

 

Thema 2: Mischgutdesign. Es wurde eine leistungsbasierte Mischgutdesignmethodik zwischen 30 % und 85 % entwickelt und an 7 Mischgutvarianten überprüft. Die vorgeschlagene Methodik enthält Kriterien für leistungsorientierte Mischgutprüfungen und ein Alterungsprotokoll von Bindemitteln. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Auswahl von Verjüngungsmitteln und zur Optimierung der Dosierung vorgeschlagen.

 

Thema 3: Leistungsfähigkeit. Zwei Testabschnitte wurden mit den im Rahmen des Projekts entwickelten Mischgüter gebaut: In Uster wurde eine stark befahrene Strasse mit polymermodifiziertem Bindemittel asphaltiert und am Lukmanierpass wurde der Belag auf einer Höhe von 1.900 m über dem Meeresspiegel eingebaut.

Es konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, polymermodifiziertes Mischgut mit einem RAP-Gehalt von 30 bis 50 % herzustellen, das eine ähnliche Leistungsfähigkeit aufweist wie ein Referenzmischgut mit geringerem RAP-Gehalt. Für die Mischgüter in Höhenlagen wurde gezeigt, dass bis zu 85 % RAP in Fundationsschichten und bis zu 70 % RAP in Tragschichten mit vergleichbarer Leistung zu den Referenzmischungen verwendet werden können.

Beschreibung der Resultate (Englisch)

HighRAP project resulted in recommendations for increasing the reclaimed asphalt content in asphalt production. Three main topics were addressed:

 

Topic 1: RAP Materials. The effect of asphalt milling and processing was established during full-scale experiments. A method was developed for quantitative optimization of RAP crushing and screening procedure that allows to maximize RAP use in production.

 

Topic 2: Mix Design. A performance-based mixture design methodology was used to design seven different mixtures with RAP contents ranging from 30 % to 85 %. A methodology was proposed for balanced mixture design, including criteria for performance-tests, and aging protocol. In addition, a procedure is offered for rejuvenator selection and dosage optimization.

 

Topic 3: Performance.Two test sections were paved using the mixtures designed during the project: in Uster a high-traffic street was paved using polymer-modified binder and in Lukmanierpass the pavement was paved at an altitude of 1,900 m above sea level.

It was demonstrated that it is possible to produce polymer-modified mixtures with RAP content of 30 % to 50 % with performance similar to reference mixtures with lower RAP content. For the high-altitude mixtures, it was demonstrated that up to 85 % RAP can be used in foundation course mixtures and up to 70 % RAP - in base course mixtures, with a similar performance to the reference mixtures.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die erarbeiteten Empfehlungen können von Asphaltherstellern und Strassenbesitzern genutzt werden, um sicherzustellen, dass die mit hohem RAP-Anteil hergestellten Mischguten die erwartete Leistung und Dauerhaftigkeit aufweisen. Die Empfehlungen umfassen Kriterien für ein ausgewogenes Mischgutdesign, entsprechende Prüfverfahren, sowie Höchstgehalte an RAP für Mischguten. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Optimierung der Zerkleinerung und Siebung von RAP sowie ein Ansatz zur Auswahl von Verjüngungsmitteln vorgeschlagen. Um die Umsetzung der Empfehlungen zu unterstützen, werden auf der Projektwebsite folgende Ressourcen zur Verfügung gestellt: der Projektbericht und eine erweiterte Zusammenfassung in drei Sprachen (DE, FR, EN), eine einseitige Zusammenfassung der Ergebnisse, vier Excel-basierte Berechnungstools, frei zugängliche wissenschaftliche Veröffentlichungen, Artikel aus Fachzeitschriften, eine Präsentation und ein Video. Diese Ressourcen sind auf der Projekt-Website https://www.empa.ch/web/s308/highrap zusammengefasst.

Umsetzung und Anwendungen (Englisch)

The developed recommendations can be used by the asphalt producers and road owners to help ensuring that the mixtures produced with high content of RAP have the expected performance and longevity. The recommendations include criteria for balanced mix design, preferred performance-based test methods, recommended maximum RAP content in for mixtures paved at high altitude and for mixtures where polymer-modified bitumen is used. In addition, a procedure for optimizing the crushing and screening of RAP, and an approach for selection of rejuvenator are proposed. To aid in implementation of the recommendations the following resources are made available in the project website: the project report, and extended summary in three languages (DE, FR, EN), a one-page summary of the results, four spreadhseet-based calculators, open-access scientific publications, industry magazine articles, a presentation, and a video. These resources are summarized in the project website: https://www.empa.ch/web/s308/highrap.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die empfohlenen Verfahren können von Strassenbesitzern und Asphaltherstellern nach einer Validierungsphase an die örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Weiterer Forschungsbedarf besteht in der Entwicklung einer schnellen Charakterisierungsmethode für RAP, in Ansätzen zur Erhöhung des RAP-Gehalts in polymermodifizierten Mischguten und in der Standardisierung von Methoden zum ausgewogenen Mischgutdesign.

Weiteres Vorgehen (Englisch)

The recommended procedures can be adapted by road owners and asphalt producers after a validation period in local circumstances. Further research needs include development of a quick characterisation method for RAP, approaches to increase RAP content in polymer-modified mixtures, and standardisation of methods for balanced mixture design.