Viele WetterschädenDeutschland hinkt beim hitzefesten Straßenbau hinterher
Kaum herrschen Temperaturen von mehr als 30 Grad, machen Deutschlands Autobahnen schlapp. Forscher wollen Straßen auch bei 40 Grad und mehr befahrbar machen. Doch eine schnelle Lösung zeichnet sich nicht ab.
Die letzte Hitzewelle hat gezeigt, wie anfällig Deutschlands Infrastruktur bei hohen Temperaturen ist: Es kam zu sogenannten Blow-ups auf Autobahnen, im Straßenverkehr entstanden Spurrinnen, Fugenmasse quoll aus Spalten heraus. In der Folge mussten mehrere Autobahnen gesperrt werden und in zwei Städten kam der Straßenbahnverkehr zum Erliegen. Stellenweise wurden kleinere Sperrungen eingerichtet, um die Schäden ausbessern zu können. Doch jetzt steht die nächste Hitzewelle an – und alles könnte sich wiederholen.
„Wir sind mit unserem Klima ein bisschen in der Zwickmühle“, sagt Dr.-Ing. Johannes Büchner, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität Braunschweig. Straßenbeläge „müssen mit minus 20 Grad im Winter, aber auch mit plus 60 Grad im Sommer klarkommen – das ist für uns eigentlich das große Problem“, so Büchner, der in der Bitumenforschung tätig ist. Bitumen ist das Bindemittel in Asphaltstraßen, der Stoff dient aber beispielsweise auch zum Abdichten von Straßenbahngleisen oder Dächern.
Fast 99 Prozent aller deutschen Bundes- und Landstraßen seien asphaltiert, erklärt Büchner im Gespräch mit ntv.de. „Wenn es zu warm ist (etwa 40 Grad Lufttemperatur, Anm. d. Red.), kann sich so eine Straße schon mal auf 50, 60 Grad erhitzen. Und da kommt man eben in den Problembereich. Das Bitumen wird langsam weicher und wir überschreiten an der Stelle tatsächlich den im Labor ermittelten Erweichungspunkt des Materials.“ Der Stoff, der die Steine im Asphalt zusammenhalten soll, wird „fließfähig“, wie es der Ingenieur sagt. Die Straße fließt nicht sofort weg, kann bei hohen Verkehrsbelastungen jedoch nachgeben.
Das Phänomen ist etwa an asphaltierten Bushaltestellen zu beobachten: Wo die schweren Fahrzeuge immer fahren und anhalten, hat sich die Straße teils sichtbar abgesenkt und den Asphalt verdrängt. Hügelartig erhebt sich die Fahrbahn an den Rändern und zwischen den sogenannten Spurrinnen. Auch auf – vor allem schmalen – Autobahnabschnitten kann das hin und wieder aufgrund der gleichmäßig hohen Belastung durch den vielen Verkehr passieren.
Auf Autobahnen kommen oft Betonplatten anstelle von Asphalt zum Einsatz, bei knapp einem Drittel der deutschen Autobahnen ist das laut Autobahn GmbH so. Diese Platten sind typischerweise sechs mal vier Meter groß und etwa 30 Zentimeter tief. Der Beton hat eine höhere Haltbarkeit (rund 50 Jahre) als Asphalt (etwa 15 Jahre) und wird deshalb besonders häufig auf Autobahnen verbaut. Während der vergangenen Hitzetage kam es jedoch auf verschiedenen Schnellstraßen zu sogenannten Blow-ups. Die Platten schienen regelrecht aufgebrochen zu sein.
Büchner erklärt, das Problem liege an den hohen Temperaturen. „Die Betonplatten dehnen sich aus, zwischen den Platten gibt es jedoch kaum Platz dafür“, sagt der Straßenbauexperte. „Sie drücken aneinander, weil sie versuchen, sich auszudehnen, haben aber wenig Platz dafür. Und dann brechen die eben so auf mit diesem Blow-up.“
Lösungen nicht einfach umsetzbar
Schäden an der Fahrbahn wirke man eigentlich entgegen, indem man beim Einbau Fugen als Sollbruchstellen in die Betonplatten schneide. Jedoch: „Sie wird nur auf etwa 30 Prozent der Dicke eingeschnitten und der Rest reißt dann“, so Büchner. „An dieser Stelle liegt ein Dübel, der quasi die Kraft zwischen diesen beiden Platten überträgt, weil die Platten dann ja voneinander getrennt sind.“ Aber eine Sollbruchstelle ersetzt keinen Spalt: „Es ist einfach wenig Platz für Ausdehnungen, weil in den unteren zwei Dritteln keine Ausdehnungsfuge ist.“ Und so kommt es, dass die Betonplatten gegeneinanderdrücken, bis sie in die einzig verfügbare Richtung – also nach oben – wegbrechen.
Um Platz für die Ausdehnung von Betonplatten vorzusehen, können im Betonstraßenbau sogenannte Raumfugen eingebaut werden. Diese trennen die Betonplatten über die komplette Dicke mit einer Breite von etwa 18 Millimetern voneinander. Für den Verschluss und die Abdichtung der Fugen sind jedoch hochwertige elastische Vergussmassen aus Bitumen notwendig, die die entsprechenden Längenänderungen der Betonplatten ausgleichen.
Erprobt wird jetzt, ein Stahlgeflecht in den Beton einzubauen. Die Rede ist dann von durchgehend bewehrten Betonfahrbahndecken (DBBD). Entstehen Risse quer zur Fahrbahn, nimmt die durchgehende Längsbewehrung diese Kräfte auf. Die Stahlstäbe verteilen die Risse umgehend gleichmäßig in die Längsrichtung und reduzieren deren Breite auf maximal 0,5 Millimeter, erklären Rene Oesterheld, Martin Peck und Stephan Villaret in ihrem Buch „Straßenbau heute – Band 1: Betondecken“. Durch diese Bauweise könne sogar bei den Kosten für Beton gespart werden, da dieser nicht mehr so dick wie bei den herkömmlichen Platten sein muss. In anderen Ländern, etwa den USA, werden Fahrbahnen bereits seit etwa 100 Jahren auf diese Weise gebaut. In Deutschland gibt es bisher nur wenige Versuchsstrecken.
Beim Asphaltstraßenbau ist die Lage noch etwas verzwickter. Schon jetzt wird Bitumen mit Styrol-Butadien-Styrol-Polymeren (SBS) versetzt, damit es in der Hitze besser hält. Bitumen allein wäre bis etwa 50 Grad Oberflächentemperatur in einem festen Zustand. Mit den Polymeren erhöht sich der Hitze-Spielraum bis auf 60, teils 70 Grad, erklärt Büchner. „Das ist das, was gebräuchlich ist und was man immer mehr nutzt, um diese Probleme mit den Spurrinnen in den letzten Jahren sehr gut in den Griff zu bekommen.“
Doch der Stoff geht ins Geld und ist nicht nachhaltig. Wie Bitumen selbst ist SBS ein Nebenprodukt aus der Erdölindustrie. „Man versucht, immer nachhaltiger zu werden. Da stellt sich die Frage, inwiefern die Auftraggeber bereit sind, mehr Geld auszugeben und dann auch in Kauf zu nehmen, dass die Nachhaltigkeit darunter leidet, wenn man da mehr Polymere reingibt?“
Hitze bleibt trotz Forschung ein Problem
Asphalt-Experte Büchner gibt zu bedenken, dass die Probleme nicht zwangsläufig am Material liegen müssen. „Es liegt oft auch an dem Einbau und dem Transport. Da können viele Fehler passieren“, sagt er zu ntv.de. „Ein übliches Problem ist etwa, dass der Asphalt bei zu tiefen Temperaturen oder im Regen eingebaut wurde.“ Da leide der Verdichtungsprozess, was zu Mängeln an der Straße führen könne. „Schlaglöcher können ein Anzeichen dafür sein. Das muss nicht zwingend durch das Material kommen. Warum sollte es punktuell plötzlich anders sein? Das sind dann eher Verdichtungsprobleme und lokale Problemstellen von vor dem Einbau.“
An Alternativen zum Bitumeneinsatz werde bereits geforscht. Im Wesentlichen gibt es zwei Hoffnungsträger: Zum einen werden Erprobungsstrecken mit Lignin, einem pflanzlichen Rohstoff, der ein Abfallprodukt in der Papier- und Zellstoffindustrie ist, gebaut. Zum anderen wird es mit Tallöl, das ebenfalls aus der Papier- und Zellstoffindustrie kommt, probiert. Doch es gibt ein Problem: Zwar wird damit die Nachhaltigkeit gesteigert, nicht aber die Hitzebeständigkeit. „Da braucht es derzeit weiter die Polymere“, sagt Büchner.
„Wir sind in Europa am Forschen und Gucken: Was ist der Kompromiss zwischen Nachhaltigkeit, Dauerhaftigkeit und Klimawandel. Irgendwie muss man das alles unter einen Hut bringen.“ Bis eine Lösung gefunden wird, bleiben Straßen vorerst anfällig bei ausgiebigen Hitzewellen.
