Mit dem MOBA PAVE-IR™ Scan System wird die Temperatur während des Einbaus flächendeckend gemessen. Anhand dieser Daten lassen sich Rückschlüsse auf mögliche Schwachstellen der Straße ziehen.
Immer mehr Fahrzeuge rollen über deutsche Autobahnen und beanspruchen die Verkehrswege zunehmend. Durch diese hohen Belastungen und durch Baumängel werden Straßen oft schon nach wenigen Jahren rissig, es treten Schlaglöcher und Spurrinnen auf. Das bedeutet auch einen Mehraufwand für Neubau- und Erhaltungsmaßnahmen. Auch die Zahl der Staus steigt und damit entstehen zusätzlich immense wirtschaftliche Sekundärkosten. Gleichzeitig stiegen die Kosten für den Straßenbau alleine seit 2005 um rund ein Viertel. Umso wichtiger ist es für die zuständigen Behörden, beim Bau und der Sanierung von Straßen optimale Ergebnisse zu erreichen, um die Langlebigkeit der Verkehrswege zu erhöhen und frühzeitige Reparaturarbeiten und damit zusätzliche Kosten zu vermeiden. Das gilt auch für die Landesstraßenbaubehörde (LSBB) Sachsen-Anhalt, in deren Verantwortungsbereich der Bau und die Instandhaltung von Verkehrswegen in Sachsen-Anhalt fallen. Deshalb testete die LSBB in Kooperation mit dem ausführenden Bauunternehmen Matthäi erstmals das Qualitätskontrollsystem PAVE-IR™ Scan zur Temperaturerfassung beim Asphalteinbau.
Die Herausforderung
Da die LSBB nicht nur für die Ausschreibung von Baumaßnahmen, sondern auch für die Kontrolle während der Bauarbeiten verantwortlich ist, überprüft sie bei allen Projekten die Baustoffe, den Einbauprozess und die fertiggestellte Straße. Die Ergebnisse der Kontrollen sind entscheidend für Abnahme, Abrechnung und Gewährleistung, für die das ausführende Bauunternehmen zum Beispiel beim Einbau fehlerhaften Materials eintreten muss.
Neben Kontrollen des Asphaltmischguts während des Einbaus werden nach Projektabschluss punktuell Bohrproben entnommen. An diesen Bohrkernen werden unter anderem die Verdichtung und der Hohlraumgehalt der eingebauten Schichten ermittelt und so die Qualität der Straße geprüft.
Eine flächendeckende Temperaturkontrolle während des Asphalteinbaus zur Qualitätssteuerung war bisher nicht möglich. Nun testete die LSBB erstmals ein neues Qualitätskontrollsystem, das die Temperatur des eingebauten Asphalts während des Einbauprozesses flächendeckend misst und aufzeichnet. Anhand dieses Temperaturprofils kann der Einbauprozess kontrolliert, dokumentiert und Rückschlüsse auf die Gleichmäßigkeit des Asphalteinbaus gezogen werden.
Das Projekt
Als erste Landesbaubehörde in Deutschland setzte die LSBB das MOBA Temperatur-Messsystem PAVE-IR™ Scan bei einer Baustelle auf der A14 bei Magdeburg ein. Täglich rollen dort rund 15.000 Kraftfahrzeuge über die in die Jahre gekommene Autobahn. In einem ersten Abschnitt wurde die Fahrbahn in Fahrtrichtung Norden saniert. Die Betondecke wurde auf einer Strecke von rund einem Kilometer und einer Breite von etwa 8,50 Meter abgefräst, um anschließend eine neue Asphaltbinder- und Asphaltdeckschicht einzubauen. Das beauftragte Bauunternehmen Matthäi realisierte dies mit einem heiß-auf-heiß Einbau, bei dem zwei direkt hintereinander fahrende Fertiger die Binder- und Deckschicht als Kompakt-Asphalt einbauten. Am Deckschichtfertiger wurden die Komponenten des PAVE-IR™ Scan Systems installiert. Zusätzlich wurde die Temperatur der Binderschicht erfasst. Beim zweiten Bauabschnitt erfolgte der Einbau auf einer Breite von 10,50 Metern.
Die Funktionsweise
PAVE-IR™ Scan besteht aus einem Temperatur-Scanner, einer GNSS-Antenne zur genauen Positionsbestimmung und einem Bordcomputer. Weitere optionale Sensorik, wie beispielsweise eine Wetterstation oder Einzeltemperatur-Sensoren, kann eingebunden werden. Zu Beginn des Projekts gibt der Anwender die Projektdaten wie den Startort und die Kilometrierung über den Bordcomputer ein. Die Temperatur der Deckschicht wird über die komplette Einbaubreite hinweg von dem Infrarotscanner gemessen. Dazu scannt der Sensor alle 25 Zentimeter die eingebaute Asphalttemperatur mit einer Genauigkeit von plus/minus zwei Grad Celsius.
„Bisher konnte man nur stichpunktartig die Temperatur messen. Mit dem System ist das flächendeckend und kontinuierlich für das gesamte Projekt möglich“, erläutert Ingenieur Guido Schwabe, der im Auftrag der LSBB das Bauprojekt überwachte. Die aktuellen Positionsdaten wie auch die Wegdaten erfasst das System via GNSS-Antenne, kann diese aber auch durch Maschinendaten ergänzen. Alle Temperaturdaten werden als Messpunkte zusammen mit den Daten wie Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur und -feuchtigkeit, Positionsdaten, Wegstrecke und Durchschnittsgeschwindigkeit des Fertigers auf dem Bordcomputer angezeigt. Gleichzeitig speichert dieser alle Informationen zur Dokumentation und Auswertung.
Um auf der Baustelle zuverlässig zu funktionieren, sind alle Elektronikkomponenten des Systems speziell für den Außeneinsatz vor dem Eindringen von Staub und Wasser und vor Schäden durch Hitze und Vibrationen geschützt.
Die Ergebnisse
Die gespeicherten Daten wurden nach Abschluss der Bauarbeiten mit der PAVE Project Manager Software ausgewertet. Das Temperaturprofil, welches für die gesamte Baumaßnahme aufgezeichnet wurde, zeigt klar und deutlich, wie heiß der Asphalt beim Einbau an der jeweiligen Position war. Damit können Rückschlüsse auf die Qualität der Straße gezogen werden, da die Temperatur während des Einbaus ein entscheidender Faktor für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis ist. Die Daten und die daraus gewonnenen Erkenntnisse können zur Verbesserung des gesamten Bauprozesses künftiger Baustellen verwendet werden. Beispielsweise kann anhand des Temperaturprofils die Zusammenarbeit zwischen dem Einbauer und dem Asphaltmischwerk besser abgestimmt werden, um die Anlieferung und Verfügbarkeit des Materials zu optimieren. Denn nur wenn alle Prozesse ideal aufeinander abgestimmt sind, kann ein bestmögliches Ergebnis erzielt werden. Durch die visuelle Darstellung des Temperaturprofils in Echtzeit können die Bauleitung und das Personal am Fertiger direkt reagieren, wenn Temperaturen schwanken und das Mischwerk oder die Walzenfahrer informieren.
Die Folgen
Das System bietet eine Möglichkeit, den Asphalteinbau flächendeckend und während des gesamten Projekts zu kontrollieren. Davon profitiert nicht nur die Behörde, sondern auch der Auftragnehmer, das ausführende Bauunternehmen: Anhand der gesammelten Daten können Schwachstellen im Bauprozess erkannt und anschließend optimiert werden. Das betrifft nicht nur die Temperatur des Mischguts, sondern auch andere Faktoren: Beispielsweise ist mit Hilfe des aufgezeichneten Windprofils deutlich erkennbar, welche Auswirkungen Wind auf die Asphalttemperatur hat. Sind auf der windgeschützten Seite die Einbautemperaturen höher, so lässt sich daraus folgern, dass der Wind sowohl das Material als auch die Bohle auf der Windseite abkühlt – das Resultat: Die Asphalttemperatur sinkt. Dem kann beispielsweise durch ein stärkeres Beheizen der betroffenen Bohlen-Seite entgegengewirkt und so eine gleichmäßige Einbautemperatur erreicht werden.
Der Gedanke dahinter ist, durch die direkte Kontrolle und die Prozessoptimierung ein besseres Ergebnis zu erreichen, vorzeitige Schäden zu vermeiden und so Geld, beispielsweise für Ausbesserungsarbeiten, einzusparen. Um Prozesse zu optimieren, müssen diese zunächst gemessen und analysiert werden. Mit dem System ist dies künftig möglich.
Bei der Sanierung einer Bundesstraße wird die LSBB das PAVE-IR™ Scan im kommenden Jahr noch einmal einsetzen und nach diesem zweiten Testprojekt entscheiden, wie diese neue Möglichkeit in Ausschreibungen integriert wird. „Schon der erste Einsatz war sehr positiv. Wir sehen große Vorteile in der Anwendung des Systems, denn so wird erstmals eine flächendeckende Temperaturkontrolle und damit indirekt eine Qualitätskontrolle für ganze Projekte möglich. Was natürlich nicht nur als Kontroll- sondern auch als Optimierungsinstrument genutzt werden kann. Das Temperaturprofil nützt aber nicht nur uns als Behörde, auch dem Auftragnehmer kann es als Beleg für eine gute Arbeit dienen“, so Dittmar Marquordt, Fachgruppenleiter der LSBB Sachsen-Anhalt. „Wir können uns seitens der LSBB gut vorstellen, den Einsatz eines solchen Systems grundsätzlich bei größeren Maßnahmen mit in die Ausschreibung zu integrieren“, fügt Marquordt hinzu.
Nach Abschluss der ersten erfolgreichen Testreihe wird Anfang 2014 eine weitere Testreihe des PAVE-IR™ Scan Systems starten. Das System wird voraussichtlich ab Frühsommer 2014 für den europäischen Markt verfügbar sein.
