Kaum herrschen Temperaturen von mehr als 30 Grad, machen Deutschlands Autobahnen schlapp. Die letzte Hitzewelle führte zu sogenannten Blow-ups auf Autobahnen, Spurrinnen im Straßenverkehr und quellender Fugenmasse. Mehrere Autobahnen mussten gesperrt werden, in zwei Städten kam der Straßenbahnverkehr zum Erliegen. Nun steht die nächste Hitzewelle an – und alles könnte sich wiederholen.
Bitumen wird bei Hitze weich
„Wir sind mit unserem Klima ein bisschen in der Zwickmühle“, sagt Dr.-Ing. Johannes Büchner, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Technischen Universität Braunschweig. Straßenbeläge müssten „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, wird aber auch zum Abdichten von Straßenbahngleisen oder Dächern genutzt.
Fast 99 Prozent aller deutschen Bundes- und Landstraßen seien asphaltiert, erklärt Büchner. „Wenn es zu warm ist (etwa 40 Grad Lufttemperatur), 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 zusammenhält, wird „fließfähig“. Die Straße fließt nicht sofort weg, kann bei hohen Verkehrsbelastungen jedoch nachgeben.
Spurrinnen und Blow-ups auf Autobahnen
Das Phänomen ist etwa an asphaltierten Bushaltestellen zu beobachten: Wo schwere Fahrzeuge fahren und anhalten, hat sich die Straße sichtbar abgesenkt und den Asphalt verdrängt. Hügelartig erhebt sich die Fahrbahn an den Rändern und zwischen den Spurrinnen. Auch auf schmalen Autobahnabschnitten kann das aufgrund der gleichmäßig hohen Belastung passieren.
Auf Autobahnen kommen oft Betonplatten statt Asphalt zum Einsatz, bei knapp einem Drittel der deutschen Autobahnen ist das laut Autobahn GmbH der Fall. Diese Platten sind typischerweise sechs mal vier Meter groß und etwa 30 Zentimeter tief. Beton hat eine höhere Haltbarkeit (rund 50 Jahre) als Asphalt (etwa 15 Jahre). Während der Hitzetage kam es jedoch auf verschiedenen Schnellstraßen zu Blow-ups – die Platten schienen regelrecht aufgebrochen zu sein.
Büchner erklärt: „Die Betonplatten dehnen sich aus, zwischen den Platten gibt es jedoch kaum Platz dafür. 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: Fugen und Stahlgeflecht
Schäden an der Fahrbahn wirkt man entgegen, indem man beim Einbau Fugen als Sollbruchstellen in die Betonplatten schneidet. 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 die Kraft zwischen diesen beiden Platten überträgt.“ Aber eine Sollbruchstelle ersetzt keinen Spalt: „Es ist einfach wenig Platz für Ausdehnungen, weil in den unteren zwei Dritteln keine Ausdehnungsfuge ist.“ So kommt es, dass die Betonplatten gegeneinanderdrücken, bis sie nach oben wegbrechen.
Um Platz für die Ausdehnung zu schaffen, können sogenannte Raumfugen eingebaut werden. Diese trennen die Betonplatten über die komplette Dicke mit einer Breite von etwa 18 Millimetern. Für den Verschluss sind jedoch hochwertige elastische Vergussmassen aus Bitumen nötig.
Erprobt wird zudem der Einbau eines Stahlgeflechts, sogenannte durchgehend bewehrte Betonfahrbahndecken (DBBD). Entstehen Risse quer zur Fahrbahn, nimmt die Längsbewehrung diese Kräfte auf. Die Stahlstäbe verteilen die Risse umgehend gleichmäßig in Längsrichtung und reduzieren deren Breite auf maximal 0,5 Millimeter. In den USA werden Fahrbahnen bereits seit etwa 100 Jahren so gebaut, in Deutschland gibt es bisher nur wenige Versuchsstrecken.
Asphalt: Polymere und Nachhaltigkeit
Beim Asphaltstraßenbau ist die Lage 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 fest. Mit den Polymeren erhöht sich der Spielraum auf bis zu 70 Grad. „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“, erklärt Büchner.
Doch der Stoff geht ins Geld und ist nicht nachhaltig. SBS ist ein Nebenprodukt 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. Büchner gibt zu bedenken: „Es liegt oft auch an dem Einbau und dem Transport. Da können viele Fehler passieren. Ein übliches Problem ist etwa, dass der Asphalt bei zu tiefen Temperaturen oder im Regen eingebaut wurde.“ Dann leide der Verdichtungsprozess, was zu Mängeln wie Schlaglöchern führen könne.
Alternative Bindemittel in der Erprobung
An Alternativen zum Bitumeneinsatz wird geforscht. Es gibt zwei Hoffnungsträger: Lignin, ein pflanzlicher Rohstoff aus der Papier- und Zellstoffindustrie, und Tallöl, ebenfalls aus dieser Industrie. Doch ein Problem: Zwar wird 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.
