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Asphalt

Mischung aus Gesteinskörnungen und Bitumen, häufiger Straßenbelag

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Asphalt ist eine natürliche oder technisch hergestellte Mischung aus dem Bindemittel Bitumen und Gesteinskörnungen, die im Straßenbau für Fahrbahnbefestigungen, im Hochbau für Bodenbeläge, im Wasserbau und seltener im Deponiebau zur Abdichtung verwendet wird. Aus technischen und wirtschaftlichen Gründen sind Asphaltbefestigungen in verschiedenartige Schichten unterteilt. Hierbei werden Asphalttrag-, Asphaltbinder- und Asphaltdeckschichten unterschieden. Je nach Dicke und Lage liefern sie ihren Anteil zur Tragfähigkeit der Gesamtkonstruktion, sofern alle Schichten zu einem kompakten Baukörper verbunden sind. Asphalt verhält sich chemisch nahezu inert (träges Reaktionsverhalten) und weist ein thermoplastisches Verhalten auf.

Das Wort leitet sich von altgriechisch ἄσφαλτος ásphaltos („Asphalt, Erdharz“) ab, das seinerseits ein mittels Alpha privativum negiertes Verbalsubstantiv von σφάλλεσθαι sphállesthai („zum Fallen bringen“) ist. Dies geht vermutlich darauf zurück, dass Asphalt ursprünglich als Bindemittel im Mauerbau verwendet wurde und die Mauern vor dem Umgestoßenwerden (Umfallen) schützte. Die Römer nannten den Stoff pix tumens („schwellendes oder aufwallendes Pech“); daraus entstand dann der Begriff Bitumen. Asphalt und Bitumen hielt man früher für zur Einbalsamierung von Leichen verwendete Substanzen. Eine arabische Bezeichnung dafür ist deshalb „mum“, abgeleitet vom persischen mûm, môm für Wachs; latinisiert wurde daraus Mumia (vgl. auch „Mumijo“). Man unterschied zudem Bitumen asphaltum (auch aspaltum) und Bitumen iudaicum bzw. Bitumen judaicum (Asphalt vom Toten Meer).

Der Baustoff Asphalt wird landläufig fälschlicherweise mit Teer gleichgesetzt. Anders als Asphalt, dessen Bindemittel Bitumen aus Erdöl gewonnen wird, entsteht das Bindemittel Teer jedoch durch Pyrolyse von Holz oder Kohle. Teer gilt als gesundheitsgefährdend und seine Verwendung ist in der Bundesrepublik Deutschland im Straßenbau seit 1984 verboten. Festgeschrieben ist dieser Sachverhalt in Technische Regeln für Gefahrstoffe 551. In der Zeit vor seinem Verbot war Teer ein häufig verwendeter Baustoff im Bauwesen, z. B. bei der sogenannten Staubfreimachung.

Äußerlich unterscheiden sich die beiden Stoffe durch Geruch und Aussehen geringfügig. So besitzt Bitumen einen neutralen Geruch und eine schwarze Farbe, Teer dagegen riecht leicht süßlich und besitzt eine leichte Braunfärbung.

Auch bei der Wiederverwertung muss teerhaltiges Material gesondert entsorgt werden. Der EU-weit geltende Abfallartenkatalog, in Deutschland über die Abfallverzeichnis-Verordnung umgesetzt, stuft teerhaltige Abfallstoffe als gefährlichen Abfall ein. Ausgebaute Asphalte dagegen können ohne Bedenken wiederverwertet werden.

Die Festigkeit von Asphalt wird von den Temperaturverhältnissen bestimmt. Bei tiefen Temperaturen (Winter) verhält er sich elastisch, bei hohen Temperaturen (Sommer) dagegen viskoelastisch. Dieses Temperaturverhalten hat unmittelbaren Einfluss auf Elastizitäts- und Schubmodul des Asphalts. Der Elastizitätsmodul beschreibt die Spannung im Asphalt, die infolge einer lastbedingten Verformung auftritt. Er schwankt zwischen 1000 N/mm² im Sommer und 9000 N/mm² im Winter. Der Schubmodul gibt die Spannungen wieder, die infolge von Schubverformungen im Asphalt erzeugt werden.

Die Werkstoffkennwerte von Asphalt sind abhängig von dem Mischungsverhältnis und den Eigenschaften der beiden Bestandteile Bitumen und Gesteinskörnung. Das Mischungsverhältnis liegt grob bei 95 % Gesteinskörnung und 5 % Bitumen, dieses Verhältnis kann jedoch nach oben oder unten geringfügig verändert werden. Die beigegebene Menge (sogenannter Bindemittelgehalt) und die Härte (also die Bindemittelsorte) des Bitumens verändern das Materialverhalten wesentlich. Die Bindemittelsorte bestimmt weiter auch den Erweichungspunkt, welcher mit dem Ring- und Kugelversuch nachgewiesen werden kann, die Bindemittelhärte wird mit der Nadelpenetration ermittelt.

Die Gesteinskörnung übernimmt die Stützfunktion im Asphalt und muss in ihrer Korngrößenzusammensetzung, der sogenannten Sieblinie, auf die Belastung abgestimmt werden. Fehlen gewisse Korngrößen, also Kornanteile, in der Sieblinie, wie beispielsweise im offenporigen- oder Splittmastixasphalt, so spricht man von einer Ausfallkörnung.

Um ein gutes Tragverhalten zu erzielen, ist die Kornzusammensetzung so einzustellen, dass eine möglichst dichte Gesteinsmischung entsteht. Zusammen mit einer sachgemäßen Verdichtung beim Einbau wird so ein hohlraumarmer Asphalt erstellt (Ausnahme offenporiger Asphalt). Des Weiteren müssen die Gesteinskörnungen frostbeständig und im Falle einer Asphaltdeckschicht polierresistent sein.

Asphalt ist wasserundurchlässig, wenn der Hohlraumgehalt ≤ 2–3 Vol.-% ist. Asphalte zeigen auch, wenn sie durchströmt werden, keine Erosionserscheinungen; die Adhäsion zwischen Mineralstoff und Bitumen sowie die Kohäsion des Bitumens verhindern dies.

Der Baustoff Asphalt trägt heutzutage den wesentlichen Anteil an den Baustoffen für die Fahrbahnoberfläche von Straßen. So waren nach Angaben aus dem Jahr 2005 beispielsweise in der Bundesrepublik Deutschland 95 % aller befestigten Straßen mit einer Deckschicht aus Asphalt versehen. Bei genauerer Betrachtung erkennt man, dass dort ungefähr 75 % der Gemeinde- und Stadtstraßen sowie der Bundesautobahnen eine Fahrbahnoberfläche aus Asphalt haben. Die übrigen 25 % besitzen eine Pflaster- oder Betondecke. Auf deutschen Bundesstraßen wird fast ausschließlich Asphalt verwendet.

Im Jahr 2016 wurden in Deutschland 41 Mio. Tonnen Asphaltmischgut produziert. Davon waren 26,6 % Ausbauasphalt, der wiederverwertet wurde.

In Österreich beläuft sich die Asphaltmischgutproduktion auf 7 Mio. Tonnen jährlich.

Aufgrund von archäologischen Ausgrabungen lässt sich feststellen, dass bereits in der frühen Antike (um 1200 v. Chr.) natürlicher Asphalt verwendet wurde, um Waffen und Geräte herzustellen sowie Schmuck und Skulpturen farbig zu gestalten. Speziell in der Region Mesopotamien fand das Material häufig Verwendung, da hier Naturasphaltvorkommen vorlagen. So fertigten die dort lebenden Völker, beispielsweise die Sumerer, Gefäße und Schilfboote (Guffa), die mit Asphalt abgedichtet wurden. Des Weiteren nutzten sie das Material als Mörtel für Lehmziegel. Einen solchen Hinweis findet man auch in Gen 11,3 beim Turmbau zu Babel, der nach streng biblischer Chronologie in die Zeit von ca. 2300–2200 v. Chr. einzuordnen ist.

Über die Jahrtausende erweiterten sich die Einsatzfelder, so dass um 2000 v. Chr. neben Mesopotamien auch in Indien und Europa Naturasphalt als Dichtungsmaterial für Bäder, Boote, Kanäle, Toiletten und Uferböschungen verwendet wurde. In Mohenjo-Daro, einem der beiden Hauptzentren der Induskultur in Pakistan, wurde ein 12 Meter mal 7 Meter großes Badebecken mit einer dicken Schicht Asphalt abgedichtet. Etwa 2100 v. Chr. ließ sich König Gudea von Lagasch, einem Stadtstaat in Südmesopotamien, über hundert Tonnen Asphalt per Schiff anliefern. Es scheint also, dass ein schwunghafter Handel mit Erdölprodukten kein Privileg der Neuzeit ist. Um 2050 v. Chr. entstand die Nanna-Zikkurat von Ur, ein dreistufiger Turm mit in Asphalt verlegten Brandziegeln und großflächigen, mit Asphalt bedeckten Terrassen. Im 7. Jahrhundert v. Chr. kam Asphalt im assyrischen und babylonischen Reich bereits im Straßenbau zum Einsatz. Er diente dort als Fugenmaterial oder als Mörtelbett von Prachtstraßen (Aibur-Schabu). Ferner wurde Asphalt zur Abdichtung der Hängenden Gärten der Semiramis herangezogen. Ende der 1980er Jahre wurde nachgewiesen, dass die Ägypter Erdölasphalt aus dem Gebiet des Toten Meeres („Judenpech“, „Judenleim“, bitumen judaicum, „Erdpech“) zur Einbalsamierung ihrer Pharaonen eingesetzt hatten, was Historiker bis dahin ausgeschlossen hatten. Während der Zeit des Römischen Reichs diente er um 100 v. Chr. als Fugenmörtel von römischen Straßen in Pompeji. Ausgehend von Plinius dem Älteren erhielt Asphalt den Namen Bitumen Iudaicum „Judenpech“. Die Römer, als die großen Straßenbauer der Antike, verwendeten Bitumen kaum, sie benutzten vor allem Holzteerpech.

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