Wenn Sie das Wort Asphalt hören, stellen Sie sich wahrscheinlich das schwarze Teerzeug auf Straßen und Autobahnen vor, oder? Das stimmt aber nicht ganz.
"Asphalt ist die Flüssigkeit, die sich auf der Straße befindet", sagt J. Richard Willis, Ph.D., Vizepräsident für Ingenieurwesen, Forschung und Technologie bei der National Asphalt Pavement Association (NAPA), der in Asphaltdesign und -bau promoviert hat . "Es ist das Bindemittel, das die Steine zusammenhält." Asphalt stammt aus Rohöl, Teer aus Kohle.
Asphalt kommt auch auf natürliche Weise in der Erde vor, und es gibt Seen, in denen Öl aus dem Untergrund an die Oberfläche gestiegen ist, wie die La Brea-Teergruben in Los Angeles und der Pitch Lake in Trinidad, die größte natürliche Asphaltlagerstätte in der Erde Welt.
Die häufigste Art, wie das Bindemittel heute hergestellt wird, ist der Ölraffinierungsprozess . Asphalt ist das schwerste Material in einem Barrel Öl. Es ist im Grunde das Abfallprodukt.
"Asphalt ist der schwere Rückstand, der sich am Boden absetzt", sagt Willis. Es kann nicht für Energie verwendet werden, daher nimmt es neues Leben als klebriges Material an, das Materialien zusammenhält. In Kombination mit verschiedenen Mengen und Arten von Gesteinen und anderen Substanzen wird es schließlich zu der Mischung, auf der wir fahren. Die Straße ist wirklich eine Asphaltmischung oder besser als "Asphaltpflaster" bezeichnet.
Die Geschichte des Asphalts
Die ganze Rede von Ölraffinierung mag Asphalt wie eine relativ moderne Erfindung klingen lassen, aber die erste aufgezeichnete Verwendung von Asphalt auf einer Straße fand 615 v. Chr. In Babylon statt. Asphalt und gebrannte Ziegel wurden laut NAPA während der Regierungszeit von König Nabopolassar verwendet, um eine Prozessionsstraße zu pflastern . Die Römer benutzten es, um Strukturen wie Bäder und Aquädukte abzudichten. Als der englische Entdecker Sir Walter Raleigh 1595 am Pitch Lake in Trinidad auftauchte, benutzte er den Asphalt zum Verstemmen seiner Schiffe.
"Es wurde im Laufe der Geschichte in anderen Funktionen außerhalb der Straße eingesetzt", sagt Willis. Die Verwendung als Bindemittel auf Straßen wurde im 19. Jahrhundert immer häufiger. John Loudon McAdam, der den schottischen Turnpike baute, fügte heißen Teer hinzu, um Staub und Wartung auf Straßen zu reduzieren. Diese Methode verbesserte auch die Fahrbedingungen.
In den Vereinigten Staaten tauchten Bitumenmischungen (Asphaltbeton) erstmals in den 1860er Jahren auf, und der erste "echte Asphaltbelag" wurde 1870 in Newark von Edmund J. DeSmedt, einem Belgier, gemäß NAPA verlegt . Es wurde nach einem natürlichen Straßenbelag in Frankreich modelliert. DeSmedt pflasterte dann die Pennsylvania Avenue in Washington, DC, mit Asphalt aus Trinidad, was seine Haltbarkeit weiter unter Beweis stellt.
Unternehmerische Chemiker und Erfinder meldeten bald Patente für verschiedene Mischungen von Asphaltmischungen an, die unter verschiedenen Namen erschienen. Als die Branche wuchs, forderten die Städte Garantien für Verarbeitung und Material. Bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts stammte fast der gesamte Asphalt aus natürlichen Quellen. Mit dem Start der ersten modernen Asphaltanlage in East Cambridge, Massachusetts, im Jahr 1901 und der Zunahme von Automobilen belebten Anfragen nach besseren Straßen die Asphaltindustrie. Bis 1907 wurde die natürliche Asphaltproduktion durch raffinierten Erdölasphalt überholt.
"Die Menschen forderten bessere Transportmittel", erklärt Willis. "Die Straßen, auf denen die Menschen den Asphalt benutzten, um die Felsen zusammenzuhalten, hielten länger als die herkömmliche unbefestigte Straße, an die die Menschen gewöhnt waren." Das Fahren auf einer Schotterstraße im Vergleich zu einer asphaltierten Straße bot ein deutlich anderes Erlebnis. Schließlich half das Federal-Aid Highway Act von 1956 bei der Umgestaltung der Straßen in den Vereinigten Staaten, die immer noch aus gepacktem Schmutz bestehen, und schuf das 78.658 Kilometer lange Interstate-System in den USA
Wie Asphalt heute verwendet wird
Obwohl es am häufigsten mit Straßen in Verbindung gebracht wird, wird Asphalt für viele Zwecke verwendet, obwohl Straßen für seine umfangreichste Nutzung verantwortlich sind. Von den mehr als 4,3 Millionen Kilometern asphaltierten Straßen in den USA sind laut NAPA 94 Prozent mit Asphalt bedeckt .
Interessanterweise beinhaltet all dies eine Mischung aus etwa 95 Prozent Stein, Sand und Kies und nur 5 Prozent Asphaltzement. Asphalt wird auch für Parkplätze, Landebahnen und Rennstrecken verwendet.
"Asphalt ist ein wirklich flexibles und vielseitiges Produkt", erklärt Willis. Es kann zum Auskleiden von Fischteichen und Wasserreservoirs oder für sportliche Zwecke wie Tennisplätze verwendet werden. Vor ein paar Jahren wurde es als Basisfläche für das Feld im Minnesota Vikings-Stadion in Minneapolis ausgewählt.
Seit den Anfängen der Asphaltproduktion hat die Branche laut Willis weiterhin neue Produkte innoviert und ist wissenschaftlicher und strenger geworden.
"Wir haben die Art und Weise geändert, wie wir die Mischungen entwickeln", sagt er. "Wir befinden uns heute in einer Ära, in der sich die Arbeitsweise der Branche und die Funktionsweise der Staaten stark verändern." Mit fortschrittlichen Testmethoden haben Asphaltforscher versucht, die Leistung zu verbessern. Durch die Einbeziehung neuer Materialien, Zusatzstoffe und Technologien möchten sie lernen, wie verschiedene Rezepte bei unterschiedlichen Temperaturen und Klimazonen funktionieren.
Ein wichtiges Update war die Entwicklung von Warm-Mix-Asphalt (WMA), der die Produktionstemperatur von Asphalt in einer Anlage senkt, wodurch der Energieverbrauch gesenkt und Zeit sowohl bei der Produktion als auch beim Straßenbelag gespart wird. WMA verbessert auch die Arbeitsbedingungen bei geringerer Exposition gegenüber Kraftstoffemissionen, Dämpfen und Gerüchen, so die Federal Highway Administration des US-Verkehrsministeriums . WMA ist eine Technologie, die es 2002 in den USA nicht gab und die heute rund 40 Prozent des Marktes ausmacht, sagt Willis.
Kritik an Asphalt
Asphalt ist wahrscheinlich nicht etwas, das Sie für umweltfreundlich halten. Es könnte teilweise Schuld durch Vereinigung sein, weil Asphalt natürlich mit großen Umweltverschmutzern in Einklang gebracht wird - Autofahren und Ölförderung. Und ein Teil der Negativität ist gerechtfertigt: Da Asphalt ein geringes Reflexionsvermögen aufweist, wurde festgestellt, dass es einen wesentlichen Beitrag zum Effekt der städtischen Wärmeinsel (UHI) leistet, schrieben Abbas Mohajerani, Jason Bakaric und Tristan Jeffrey-Bailey in einem Artikel aus dem Jahr 2017 in der " Journal of Environmental Management ." Das kann jeder bezeugen, der an einem heißen Sommertag im Stau der Autobahn gesessen hat.
In Bezug auf die Beiträge von Asphalt zum UHI gibt die Environmental Protection Agency an , dass herkömmliche Asphaltbeläge mit Materialien modifiziert oder nach der Installation behandelt werden können, um das Reflexionsvermögen zu erhöhen. Seit Jahrzehnten wird dies manchmal auf Oberflächen wie Parkplätzen und Autobahnen umgesetzt. Die EPA umfasst porösen Asphalt und gummierten Asphalt als Beispiele für durchlässige Beläge.
Asphalt hat auch schlechte Noten dafür erhalten, dass er undurchlässig ist, für die Gase, die er beim Schmelzen erzeugt, und für die Dämpfe, denen er die Arbeiter beim Pflastern und Überdachen aussetzt. Laut der Arbeitsschutzbehörde (OSHA) können diese Dämpfe zu Kopfschmerzen, Hautausschlag, Müdigkeit und sogar Hautkrebs führen. Während die OSHA-Standards Asphaltdämpfe nicht speziell regeln, empfiehlt die Verwaltung , dass die Kontrolle der Exposition durch "technische Kontrollen, Verwaltungsmaßnahmen und persönliche Schutzausrüstung" erfolgen kann.
Und natürlich gibt es immer noch die Tatsache, dass Asphalt aus Erdöl hergestellt wird. Asphalt hat aber auch positive Ökoqualitäten.
100 Prozent Recyclingaufwand
"Was viele Menschen nicht wissen, sind all die umweltfreundlichen Dinge, die die Asphaltindustrie tatsächlich tut", sagt Willis. Für den Anfang ist Asphalt zu 100 Prozent recycelbar, und was noch wichtiger ist, er wird tatsächlich recycelt. Im Jahr 2018 wurden 82,2 Millionen Tonnen (74,5 Millionen Tonnen) wiedergewonnener Asphaltbelag (RAP) wieder in neue Mischungen gegeben. Das bedeutet, dass jede in den USA hergestellte Asphaltmischung etwa 21 Prozent RAP enthielt. Tatsächlich betrug das Gesamtgewicht aller in den USA jährlich recycelten Artikel - Papier, Kunststoff und Aluminium - einen Bruchteil (etwa 68 Prozent) des Gewichts von RAP, das die Asphaltindustrie jährlich recycelt.
"Das ist nur ein Material, das wir recyceln", sagt Willis. "Wir sind die aktivste Recyclingindustrie des Landes." Es ist auch einer der größten Recycler von Reifengummi, der in einigen Staaten als Modifikator für Gemische verwendet wird. Dachschindeln werden auch zu neuen Asphaltmischungen recycelt, und die Industrie prüft, wie Kunststoff Teil der Diskussion werden könnte. "Wenn Leute uns diese Fragen stellen, versuchen wir, Lösungen zu finden."
Viel Ingenieur- und Materialwissenschaft steckt in dem Bau einer Straße. Heutzutage sind Asphaltstraßen nach dem Konzept des "ewigen Pflasters" oder mindestens 40 Jahre oder länger ausgelegt. Die routinemäßige Wartung besteht darin, die Oberfläche alle 12 bis 20 Jahre zu "fräsen" - etwa den oberen Zoll abzunehmen und durch eine neue Auflage zu ersetzen. Dieser obere Zoll kann recycelt werden, und die regelmäßigen Überlagerungen "verbessern die Fahrqualität und den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen, die auf diesen Straßen fahren, erheblich", so die Asphalt Pavement Alliance .
Asphalt der Zukunft
Bis es Zeit für Schwebeflugautos ist , bleiben Asphaltstraßen wahrscheinlich in der Nähe. Und die Branche plant weitere Innovationen in Produkt und Produktion. Willis beschreibt die jüngsten Durchbrüche wie autonome Walzen und Geräte sowie die zunehmende Nutzung der virtuellen Realität für das Training.
"Ich sehe Technologie als einen großen Teil der Zukunft der Branche", sagt er. Wenn Asphaltexperten besser mit Big Data umgehen können, können sie diese für die Produktion und Platzierung verwenden, um die Effizienz in Echtzeit zu verbessern. Eines Tages konnte er sogar intelligente Bürgersteige mit Nanosensoren auf den Straßen sehen, die Feedback zum Verhalten und zur Dauerhaftigkeit des Pflasters gaben. "Unsere Straßen werden viel intelligenter. Wir haben die Technologie, um das Fahrerlebnis wirklich zu verbessern."
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Der Boston Logan International Airport verfügt über das weltweit erste Terminal, das eine Akkreditierung als führendes Unternehmen im Bereich Energie- und Umweltdesign erhalten hat. Dies ist unter anderem der WMA-asphaltierten Landebahn zu verdanken, die eine Reduzierung der CO2-Emissionen im Baugewerbe um 2.000 Tonnen (1.814 Tonnen) bewirken soll.
