Wasserdurchlässige Radwege mit RC-Material

Urbanisierung führt im Allgemeinen zu einer drastischen Veränderung der lokalen Umwelt und zu einem enormen Ressourcenverbrauch für die Errichtung der für die Mobilität notwendige Infrastruktur. Bodenversiegelungen mit wasserundurchlässigen Baustoffen auf Zement- oder Bitumenbasis sind eine der Hauptursachen für die Störung des Wasser- und Nährstoffkreislaufs: Sie führt weiter zu einem Verlust an Biodiversität und Habitaten für Flora und Fauna, zu einem gestörten Wasserhaushalt mit reduzierter Grundwasserneubildung und geringerer Evapotranspirationsleistung sowie zu einer Änderung des Mikroklimas durch die schnellere Erwärmung der versiegelten Flächen und die fehlende Vegetation (städtischer Wärmeinseleffekt)¹.

Durch den erhöhten Oberflächenabfluss kommt es nach Starkregenereignissen regelmäßig zu Überschwemmungen, die mit einer Überlastung der Kanalisation einhergehen und enorme Auswirkungen auf die Infrastruktur und die Wirtschaft haben können.

Regenwassermanagement in Städten

Stadtplaner schlagen zur Bewältigung der Probleme, die die Versiegelung mit sich führt, eine Kombination von Lösungsstrategien vor, die als "Low Impact Development"²^,³ oder "Schwammstadt"⁴ bekannt ist. Ihr Ziel ist es, die Versickerung und Rückhaltung von Niederschlag vor Ort zu erhöhen und so das städtische Entwässerungssystem zu entlasten und die Spitzenabflüsse zu verringern. Zu den strategischen Maßnahmen gehören unter anderem die Schaffung grüner Infrastrukturen wie "Bioswales", der Erhalt und die Sanierung naturnaher Flächen (z. B. Auenrenaturierung) und der verstärkte Einsatz von durchlässigen Oberflächenbelägen. Neben den positiven Auswirkungen solcher Maßnahmen auf den Wasserhaushalt wird gleichzeitig eine Verbesserung des Mikroklimas erreicht.

Wegebauarten mit wasserdurchlässigen Materialien

Konventionelle Verkehrsinfrastruktur ist trotz der damit verbundenen Bodenversiegelung oft unverzichtbar. Viele Straßen mit Beton- und Asphaltdeckschichten müssen entsprechend den Erfordernissen für den alltäglichen motorisierten Verkehr hoch belastbar sein (Belastungsklassen Bkn nach RStO 12 Bk 0,3 bis 100 in Äquivalente 10 t-Achsübergänge in Mio.) und lassen sich nur durch eine hochverdichtete Bauweise unter Verwendung von Bindemitteln errichten.

Es gibt jedoch eine Reihe von potenziellen Verkehrsinfrastruktureinrichtungen, die keine hohen statischen Belastungen erfahren oder nur mäßig frequentiert werden (Bk0,3), wie zum Beispiel Fußgänger- und Radwege, Wege in Grünanlagen und andere urbane Flächen, bei denen wasserundurchlässige Bauweisen durch wassergebundene Wegdecken aus verdichteten mineralischen Substraten (z. B. Granit, Quarz, Grauwacke oder RC-Material) in vergleichbarer Schichtbauwiese wie im konventionellen Straßenbau substituiert werden können.

Die Tragfähigkeit im wassergebundenen Wegebau wird vor allem durch die Verzahnung der Einzelkörner bei Verdichtung erreicht. Entsprechend dem Verwendungszweck und den damit verbundenen Anforderungen können die Wegdecken aus 1- bis 3-Schichtbauweisen errichtet werden. Die jeweiligen Anforderungen für den speziellen Einsatzzweck können den einschlägigen Richtlinien entnommen werden (ATV DIN 18315, DIN 18035-5, TV SoB-StB, ZTV LW, und FLL 2007⁵).

Stand der Technik wassergebundener Wegedecken ist die 3-Schichtbauweise. Die Tragschicht dient der Lastverteilung. Die Dynamische Schicht ist der korngestufte Übergang zwischen Trag- und Deckschicht, der den Einbau feinkörniger Deckschichten ermöglicht und deren Ebenheit erhöht. Die Deckschicht ist die oberste Schicht, von deren Beschaffenheit insbesondere die Qualität der Befahrbarkeit, die ästhetischen Eigenschaften wie etwa Farbe und Struktur abhängen. Sie ist als Nutz- und Verschleißschicht der am stärksten beanspruchte Teil des Oberbaus.

Potenziale von wasserdurchlässiger Bauweise

In Deutschland hat die wassergebundene Wegebauweise eine lange Tradition im Landschaftsbau und in der Landschaftsarchitektur bei der Gestaltung von Wegen in Grünflächen. Unter Berücksichtigung des gesamten urbanen Wasserhaushaltes eines städtischen Gebietes kann ein vermehrter Einsatz der Bauweise außerhalb von Grünflächen in Verbindung mit weiteren bereits oben genannter Maßnahmen ein Bestandteil einer Lösungsstrategie darstellen, den Oberflächenabfluss gezielt zu reduzieren. Eine lokale, dezentrale Versickerung ist - sofern es die Standortgegebenheiten und technischen Anforderungen erlauben - gegenüber einer zentralen und konzentrierten Versickerung wie in Versickerungsbecken zu bevorzugen. Eine derartige Infrastruktur wirkt sich nicht nur positiv auf den urbanen Wasserhaushalt aus, sie fördert auch unmittelbar die Lebensqualität in der Stadt durch die Verbesserung des Mikroklimas.

Während die Entsiegelung von Flächen und deren Wiederherstellung in wassergebundener Bauweise nur an ausgewählten Standorten in Betracht gezogen werden kann, sollte bei der Planung, Installation oder grundlegenden Sanierung von Infrastruktur die wassergebundene Bauweise, wo immer möglich, gegenüber der konventionellen Bauweise präferiert werden.

Wassergebundene Wege und deren Vorteile

• Verbesserung des Wasserhaushaltes und des Gasaustausches
• Erhöhung des Wasserdargebotes im Bodenraum für die angrenzende Vegetation; geringeres Risiko von Schäden an der Deckschicht durch Vermeidung oberflächennahes Wurzelwachstum
• Speicherung von Niederschlagswasser im Bodenraum und im technischen Bauwerk selbst; Verdunstung von gespeichertem Niederschlagswasser; durch Kapillarwirkung ggf. bei entsprechendem Aufbau Ausschöpfung von in der Dynamischen Schicht gespeichertem Wasser
• Reduzierung möglicher Erosion angrenzender Flächen und Straßenränder durch geringeren Oberflächenabfluss
• Reduzierung von Treibhausgasemissionen bei Verwendung lokaler Baumaterialien und Verzicht von Einsatz von Zement
• bessere Verträglichkeit mit sensiblen Ökosystemen (z. B. in Naturschutzgebieten)
• Reduzierte Adsorption von Strahlungsenergie und geringe Erwärmung der Oberfläche bei Verwendung heller Materialien
• Einfache Installation und Instandhaltung, geringere Kosten

Wassergebundene Wege und deren Nachteile

Wenn die Vorteile und Möglichkeiten von durchlässigen Wegen so zahlreich sind, was spricht dann dagegen?

• geringerer Fahrkomfort im Vergleich zu Asphalt- oder Betonstraßen
• Erosionsgefahr bei starken Steigungen
• Pfützenbildung, Unebenheit und geringer Halt bei lose aufliegender Körnung - Eigenschaften, die auch aus einer mangelhaften Installation oder Instandhaltung resultieren
• Staubfreisetzung unter trockenen Bedingungen
• Verschmutzung angrenzender Flächen durch Materialverschleppung

Dies führt zu einer oftmals geringeren öffentlichen Akzeptanz der wassergebundenen Bauweise.

Um die wassergebundene Wegebauweise diesbezüglich zu verbessern, wurden Baustoffgemische entwickelt, welche durch Beimengung von nicht versiegelnden Bindemitteln eine erhöhte Scherfestigkeit und Ebenheit der Deckschicht erreichen. Das Ergebnis ist eine halbgebundene Wegedecke.

Der Bedarf an einem wirksamen Bindemittel

Aufgrund des losen Korns der Deckschicht hat diese einen höheren Rollwiderstand als Asphaltdecken sowie eine geringere Griffigkeit. Wegen des hohen Feinkornanteils in der Deckschicht kann die Wasserdurchlässigkeit begrenzt sein und sich zunehmend verringern. Bei großen Belastungen oder erosiven Bedingungen kommt es zudem zu lokalen Deckschichtabnutzungen.

Den Komponenten der Deckschicht werden daher je nach Anspruch an die Beschaffenheit der Wege Bindemittel beigemischt. Diese können mineralisch sein, wie Kalk oder Zement, welche jedoch unter anderem bei ihrem energieintensiven Herstellungsprozess hohe CO₂-Emissionen erzeugen. Des Weiteren werden Polymere als Bindemittel eingesetzt. Die gebräuchlichsten sind Polyurethane und Epoxidharze. Die daraus entstehenden kunststoffgebundenen Dränbeläge haben einen relativ hohen Preis, sie können nicht nachgebessert werden, und diese Bindemittel sind zum Teil umweltgefährdend.

Eingesetzt in der Deckschicht werden auch Geotextilen, welche aus künstlichen Fasern wie Polypropylen oder Polyamid bestehen. Da künstlichen Polymere wasserrechtliche und abfallrechtliche Probleme verursachen, rücken seit einiger Zeit Biopolymere und Pflanzenfasern als mögliche Bindemittelkomponente in den Fokus. Polymere können in vier verschiedene Gruppen eingeteilt werden:

• Konventionelle erdölbasierte Polymere
• Polymere, die biologisch abbaubar, aber erdölbasiert sind
• Biobasierte Polymere, die nicht biologisch abbaubar sind
• Biopolymere aus nachwachsenden Rohstoffen, die biologisch abbaubar sind

Bei Letzteren finden sich Vertreter, die durch Wasser stark aufquellen, mit dem Feinkorn der Deckschicht Verbindungen eingehen und so ein stabileres Korngefüge erzeugen. Dadurch werden solche Flächen robuster gegenüber Erosion. Diese Bindung ist wasserabhängig reversibel - das Quellen und Schrumpfen verringern die Wasserdurchlässigkeit durch das Zusetzen der Poren. Weitere Zuschlagstoffe verstärken die Klebewirkung dieser Biopolymere.

Fallstudie: ZIM Projekt BikeLane

Als Reaktion auf die Notwendigkeit, die Oberflächenqualität von durchlässigen Radwegen zu verbessern, wurde ein Projekt in Partnerschaft zwischen der Firma HanseGrand Klimabaustoffe GmbH & Co. KG.⁶ und dem Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP⁷) durchgeführt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert wurde. Ziel des Projektes "BikeLane" war es, unter Verwendung von recycelten Materialien (RC-Materialien) als Ersatz für konventionelle natürliche Materialien und einem biogenen Bindemittel einen Radweg mit einer durchlässigen (? 15 mm/h) und ebenen Deckschicht herzustellen, welche eine hohe Oberflächenscherfestigkeit und Fahrkomfort aufweist.

Für den Bau des Radweges in der 3-Schichtbauweise wurden für die Herstellung der Dynamischen oder der Deckschicht die RC-Materialien Ziegel und Beton sowie Quarzsand und Bruchkorn aus Granit verwendet, während für die Tragschicht der bereits vorhandene Aufbau genutzt wurde. Die funktionalen Anforderungen für wassergebundene Wege entsprechend den Vorschriften FLL 2007, DIN 18035-5:2021-03 und TL SoB-StB galten als Bewertungsmaßstab. Die Materialien mussten erfüllen:

a) Geringer oder nicht mobiler Schadstoffgehalt (bis einschl. Z1 LAGA M20),
b) Verdichtbare Kornform und Widerstandsfähigkeit gegen Frost-Tau-Wechsel sowie Druckfestigkeit,
c) Geringe Kosten und Verfügbarkeit auf dem Markt.

Die Optimierung der Mischungsverhältnisse der o.g. Materialien für die jeweilige Schicht wurde mit der individuellen Korngrößenverteilung jeder Komponente berechnet. Die vielversprechenden Mischungen mit unterschiedlichen Anteilen an RC-Material wurden unter Laborbedingungen auf ihre Wasserdurchlässigkeit und Druckfestigkeit geprüft, um anschließend anhand der erhaltenden Ergebnisse hinsichtlich ihrer Mischungsverhältnis weiter angepasst zu werden. Dem Material der Deckschicht wurde darüber hinaus ein ausgewähltes biogenes Bindemittel zugemischt und dessen Auswirkungen auf Wasserdurchlässigkeit und Druckfestigkeit geprüft. Die aus den Ergebnissen der Laborversuche resultierenden optimalen Mischungen sind in aufgelistet. Die praktische Anwendung der im Labor getesteten Mischungsverhältnisse wurde anhand einer Teststrecke in Lüneburg auf einer Fläche von 375 x 2 Meter untersucht. Folgende Qualitätsanforderungen an die Mischungen waren zu bewerten:

a) Tragfähigkeit (Evd) sowie Verdichtungsgrad der Tragschicht und der Dynamischen Schicht
b) Wasserdurchlässigkeit
c) Oberflächenscherfestigkeit

Darüber hinaus wurde die Einbauqualität visuell bewertet, insbesondere nach Regenereignissen.

Bewertung Teststreck

Die Ergebnisse sind für die meisten Parameter in allen Schichten bemerkenswert gut. Bei den Dynamischen Schichten wurde für alle Mischungsverhältnisse die geforderte Tragfähigkeit deutlich erreicht, die Mischung 2 mit Ziegeln und Beton hatte eine höhere Wasserdurchlässigkeit als die herkömmliche Mischung. Bei den hergestellten Deckschichten wurde bei allen Mischungen die DIN-Anforderung an die Oberflächenscherfestigkeit erfüllt, wobei Mischungen mit Bindemittel höhere Werte im Zustand unmittelbar nach dem Einbau zeigten und den Zielwert erreichten. Die Wasserdurchlässigkeit wurde durch den Einsatz des Bindemittels herabgesetzt, jedoch zeigte sich selbst nach Regenschauern auf den Flächen kein stagnierendes Wasser auf der Oberfläche. Die Mischungen mit Bindemittel wiesen deutlich weniger loses Korn an der Oberfläche auf.

Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass durch die Verwendung von nachhaltigen Materialmischungen unter Beimengung von RC-Materialien sowie einem biogenen Bindemittel gute Oberflächeneigenschaften erreicht werden und der Fahrkomfort verbessert werden kann. Die Oberflächenscherfestigkeit erhöht sich i. d. R. nach der vollständigen Trocknung. Weitere Untersuchungen auf der Teststrecke sind geplant. Optimierungspotenzial liegt hingegen bei der Wasserdurchlässigkeit. Weitere Laborversuche auf Basis der Ergebnisse der Untersuchungen der Teststrecke haben jedoch gezeigt, dass eine Verringerung des Feinkornanteils in den Deckschichtmischungen mit Bindemittel, die Wasserdurchlässigkeit der Deckschicht, die von der FLL 2007 geforderten Werte erreichen können. Zur Schaffung einer dem Klimawandel angepassten Stadtstruktur und zur Verbesserung des urbanen Wasserhaushalts sollte bei Ausschreibungen von Infrastrukturprojekten und Förderprogrammen zur Mobilität in den Städten zukünftig verstärkt auf eine nachhaltige Materialauswahl geachtet werden, denn die Möglichkeit besteht.

Anmerkungen

1 Scalenghe, R. and Marsan, F. A. 2009. The anthropogenic sealing of soils in urban areas, Landsc. Urban Plan., 90, 1-10.

2 Pyke, C., Warren, M.P., Johnson, T., Lagro Jr., J., Scharfenberg, J., Groth, P., Freed, R., Schroeer, W., Main, E. 2011. Assessment of low impact development for managing stormwater with changing precipitation due to climate change. Landscape Urban Plann. 103, 166-173.

3 Brillinger, M., Dehnhardt, A., Schwarze, R., & Albert, C., 2020. Exploring the uptake of nature-based measures in flood risk management: Evidence from German federal states. Environmental Science & Policy, 110, 14-23.

4 Siemer, A. 2022. Klimaanpassung und Schwammstadt als Querschnittsaufgabe der Stadtplanung. In Flächennutzungsmonitoring XIV: Beiträge zu Flächenmanagement, Daten, Methoden und Analysen. Berlin: Rhombos-Verlag, 51-60.

5 AG Wassergebundene Wege. 2007. Fachbericht zu Planung, Bau und Instandhaltung von Wassergebundenen Wegen. Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL). Ausgabe 2007.

6 www.hansegrand.eu

7 www.iasp-berlin.de