Neues Forschungsprojekt zum Winterdienst

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„Wirkmodell Streuung, Räumung, Restsalz“ ist der Titel eines neuen Forschungsprojekts, bei dem Pflugtypen und Schürfleisten wissenschaftlich unter die Lupe genommen worden sind. Weiters wurden neue Erkenntnisse zur Eisbildung und Streusalz gewonnen. Die Ergebnisse sollen in die Winterdienstpraxis einfließen.

Erst seit Kurzem ist der Forschungsbericht „Wirkmodell Streuung, Räumung, Restsalz“ auf der Homepage des Bundesministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (bmk) abrufbar. Von April 2016 bis Dezember 2019 war das Forschungsteam, bestehend aus der TU Wien, Institut für Verkehrswissenschaften, Forschungsbereich Straßenwesen (IVWS) und dem Technischen Büro Hoffmann mit diesem Großprojekt beschäftigt. Beauftragt wurde es von den neun Bundesländern, der ASFiNAG und dem Ministerium. Ziel des Projekts war es zu erforschen, welche Pflüge zur Räumung besonders geeignet sind und wie schnell die Eisbildung vor sich geht. Außerdem wurden die Tauleistungen von Feuchtsalz und die Verweildauer von Salz auf der Fahrbahn, das sogenannte Restsalzverhalten, genauer untersucht.

Eisbildung auf der Straße
Eine wichtige Frage im praktischen Winterdienst ist, wie lange Umlaufzeiten dauern dürfen, ohne dass es zwischen zwei Streufahrten zur Glättebildung kommt. „Diese Frage ist für die Praxis von höchster Relevanz“, erklärt Josef Neuhold, Leiter des Arbeitsausschuss Winterdienst. „Die Frage ist, wann genau und unter welchen Bedingungen verliert die Fahrbahn zufolge Niederschlag an Griffigkeit? Auch das haben wir uns genauer angesehen“, so Neuhold. Zu diesem Zweck wurden wieder Laborversuche angestellt, sowohl mit Wasser als auch mit Kochsalzlösung. Die Forscher konnten feststellen, dass sich der Beginn der Eisbildung mit zunehmender Filmdicke und Solekonzentration verzögert – allerdings nur bis -11 Grad Celsius. Danach ist das Salz relativ unwirksam.

„Im Falle von Reifglätte mit begrenzten Flüssigkeits- bzw. Eismengen haben die Versuche ergeben, dass eine präventive Ausbringung von Feuchtsalz von circa 10 Gramm pro Quadratmeter eine Glättebildung verhindert“, weiß Josef Neuhold. Nach Unterschreiten einer Grenzkonzentration von Salz auf der Fahrbahn steht nur ein kurzes Zeitfenster zur Verfügung, um Glättebildung zu verhindern. „Insbesondere im Fall von Reifglätte mit sehr begrenzten Flüssigkeits- bzw. Eismengen (ca. 50 bis 150 g/m2) reicht dagegen die präventive Ausbringung von Feuchtsalz (ca. 10 g/m2) meist aus, um den Gefrierpunkt unter der Fahrbahntemperatur zu halten und damit Glätte von vornherein zu vermeiden“, fasst Neuhold die Erkenntnisse zusammen. „Die Ergebnisse zeigten weiters, dass nasse Fahrbahnen oder größere Niederschlagsmengen mit höherer Filmdicke zwischen 2 bis 4 mm auch ohne Salz ca. 30 bis 90 Minuten benötigen um vollständig zu gefrieren. Für die Verhinderung von Glätte muss in diesen Fällen bereits ausreichend Restsalz auf der Fahrbahn vorhanden sein und der nächste Streuvorgang vor dem Gefrieren erfolgen.“

Für die Winterdienstpraxis bedeutet dies, dass nach Unterschreitung der Grenzkonzentration für die Umlaufzeiten der Streufahrzeuge die vorhandene Fahrbahntemperatur und Solekonzentration ausschlaggebend ist und hiefür nur ein begrenztes Zeitfenster zur Vermeidung von Glättebildung zur Verfügung stehen kann. Ein durchaus zu berücksichtigender Faktor beim Gefriervorgang ist auch der Verkehrseinfluss, der zu einem Wärmeeintrag in der Fahrbahn führt, und daher höhere Verkehrsmengen den Gefriervorgang verzögern. 1.000 Fahrzeuge pro Stunde erhöhen die Temperatur in der Rollspur um etwa 1,5°C.

Weiterer Forschungsbedarf für Tauleistungsmodelle
Untersucht wurde auch die Tauleistung von Feuchtsalzmischungen FS 30, FS 50 und FS 70. Die Zahlen bezeichnen den Anteil der Sole beim Trockensalz/Solegemisch, FS 30 steht also für 30% Sole und 70% Trockensalz. In die Untersuchung einbezogen wurde auch reine Sole (FS 100) und Trockensalz (FS 0). Dabei wurde ein Tauleistungsmodell für jede Kombination aus Soleanteil, Temperatur und Einwirkdauer entwickelt. „Mit den ausgearbeiteten Abminderungsfaktoren können nun basierend auf die Tauleistung von Trockensalz, die Tauleistungen unter labormäßigen Bedingungen von verschiedensten Feuchtsalzmischungen in Abhängigkeit von Temperatur und der Einwirkzeit errechnet werden. FS30 kann bei -3°C in einer Stunde 1g mehr Eis tauen als FS50, weil ja mehr Natriumchlorid zum Wirken kommt. In die direkte Winterdienstpraxis kann dies allerdings nicht direkt umgesetzt werden, weil im Labor die Salzverluste der verschiedenen Feuchtsalze nicht berücksichtigt sind. Denn höhere Soleanteile habe geringere Salzverluste auf der Fahrbahn, was die labormäßige geringere Tauleistung in der Praxis rasch ausgleicht und sogar überholen kann. Hier wäre in einem dynamischen Tauleistungsmodell ein weiterer Forschungsbedarf gegeben“, so Neuhold.

Rieselfähigkeit von Salz
Bei der Verwendung von Streusalz ist es wichtig, dass es rieselfähig ist und im Streuautomaten nicht klumpt. Dazu wird den Tausalzen ein Antibackmittel hinzugefügt. Doch inwieweit beeinflusst das Antibackmittel die Wirkung von Streusalz? Auch das hat sich das Team der TU Wien angesehen und festgestellt: Gar nicht. Das Antibackmittel verändert die Wirkung des Salzes überhaupt nicht.
Untersucht wurden Steinsalze und Siedesalze mit Zugabe von Natriumferrocyanid, Natriumhexacyanoferrat sowie einem cyanidfreien, biologisch abbaubaren Antibackmittel.

Angeschaut haben sich die Forscher auch die Wirkung der drei unterschiedlichen Antibackmittel. Die beiden Antibackmittel mit Cyanid funktionieren wie erhofft, das Salz blieb rieselfähig, lediglich das biologisch abbaubare Antibackmittel verfehlte seinen Zweck: Das Salz verhielt sich wie Salz ohne Zugabe von Antibackmittel.
Viel Antibackmittel macht eine besonders gute Rieselfähigkeit – diese These wurde ebenfalls widerlegt. „Für Stein- und Siedesalz ergeben sich keine negativen Auswirkungen durch Antibackmittel in Bezug auf Rieselfähigkeit und Tauleistung, weder für Trockenmaterial (FS0), noch für reine Sole (FS100). Zusätzlich lassen sich zwei zentrale Erkenntnisse ableiten: Für Trockensalz FS0 steigt die Taurate bei gröberem Steinsalz mit der Zeit viel stärker an als bei feinem Siedesalz. Weiters ist die Taurate der 20%-NaCl-Sole (FS100) in gelöster Form für beide Salze annähernd konstant“, fasst Josef Neuhold zusammen.

(c) Land NÖ

Schneepflüge und Räumleisten
Die Schneepflüge und Räumleisten wurden besonders gründlich untersucht. Neben einer großangelegten Umfrage unter den Straßen- und Autobahnmeistereien, an der 132 Meistereien mit 1.748 Pflügen teilgenommen haben, wurden auch umfangreiche Feldversuche durchgeführt. „Die Feldversuche waren für das Forschungsteam ein riesiger Aufwand, da sowohl Versuche auf Schnee als auch auf einem Ersatzmaterial – das man erst finden musste, man hat sich dann für Sand entschieden – durchgeführt wurden“, erzählt Josef Neuhold. Dabei zeigte sich, dass Pflüge mit einer Nachräumleiste im Vorteil sind, da sie im Schnitt eine um 15 % höhere Restsandmenge aufnehmen können als Pflüge ohne Nachräumleiste. Aus Sicht der bisherigen Erfahrungen mit Nachräumleisten in der praktischen Schneeräumung erscheint dies als realistische Größenordnung. Bei den Schürfleisten hat sich gezeigt, dass Kombinationsleisten eine längere Lebensdauer aufweisen als jene aus Stahl.

Restsalzmessungen möglich, aber ungenau
Schließlich wurde noch ein Restsalzmessgerät genauer untersucht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass das Gerät die tatsächliche Salzkonzentration etwas niedriger angibt. „Für praktische Messungen ist daher darauf zu achten, dass die Restsalzmenge höher ist als vom Gerät angegeben“, gibt Neuhold zu bedenken. Schließlich haben die Forscher einen Korrekturfaktor für das Gerät errechnet und Feldversuche auf der Straße angestellt. Dabei wurden 5 Gramm pro Quadratmeter Feuchtsalz FS 30 ausgebracht. „Nach vier Stunden und rund 2.700 Fahrzeugen konnten noch 30 Prozent Restsalz festgestellt werden“, erklärt Josef Neuhold. Schließlich wurde das Gerät auch noch mit fixen Glättemeldeanlagen auf der Straße verglichen. Diese registrierten zwar die Salzausbringung, allerdings war eine Detektion nur bei feuchter Fahrbahn möglich. Glättemeldeanlagen registrieren zwar die Glättebildung, kontinuierliche Messungen des Restsalz sind aber mit den Fahrbahnsensoren nicht möglich.

Die Ergebnisse zeigen eines: Technische Hilfsmittel sind zwar hilfreich, sie ersetzen allerdings nicht die Erfahrung des Straßenmeisters. Guter Winterdienst hängt nach wie vor von gut ausgebildeten Mitarbeitern in den Straßenmeistereien ab!

Abzurufen ist der gesamte Forschungsbericht unter: www.bmk.gv.at/themen/strasse/publikationen/winterdienst.html

Drei Forschungsprojekte, die aufeinander aufbauen
Im Bereich der Winterdienstforschung ist in den letzten Jahren sehr viel passiert. Begonnen hat alles im Jahr 2011, als das erste Forschungsprojekt „Optimierung der Feuchtsalzstreuung vorgestellt wurde, das national und international sehr viel Beachtung fand. Dabei fand die TU Wien im Auftrag der neun Bundesländer, der ASFINAG und des Verkehrsministeriums heraus, dass die Salzstreuung mit höheren Soleanteilen tatsächlich Wirkung zeigt. Dieses Projekt war der Startschuss zu moderner Salzstreuung, bei der je nach Situation Trockensalz und Sole variabel gemischt auf der Straße ausgebracht werden. Österreich wurde damit zum europaweiten Vorreiter in Sachen Winterdienst. Erstmals war es möglich, Salz einzusparen und gleichzeitig maximale Sicherheit auf der Straße zu bieten. „Mit diesen Erkenntnissen konnten auch ‚Streugrundsätze für Standardsituationen‘ als auch ‚Streumengenermittlungen in Abhängigkeit von Niederschlag, Fahrbahntemperatur und Verkehr‘ formuliert werden“, erklärt Josef Neuhold, Leiter des Arbeitsausschuss Winterdienst.

Damit war es kein Wunder, dass die Bundesländer, die ASFINAG und das Ministerium weitere Forschungsaufträge an die TU vergaben, um den Winterdienst weiter zu optimieren. Immerhin sind die Kosten für Salz und andere Streumittel doch ein großer Faktor in den Budgets der öffentlichen Haushalte. Fünf Jahre später wurde das nächste Forschungsprojekt „Eignungskriterien für auftauende Streumittel im Winterdienst“ veröffentlicht. Im Zuge dieser Forschungen wurde unter anderem eine Formel erarbeitet, mit der sich Tauleistungen von Streumittel errechnen lassen. Außerdem wurde in der Arbeit auch deutlich darauf hingewiesen, dass der Schneepflug für effizienten Winterdienst immens wichtig ist. Denn Schnee, der geräumt wird, muss nicht mehr weggetaut werden. Der nächste logische Schritt war, sich anzusehen, welche Pflugtypen in Abhängigkeit mit dem Straßenzustand besonders gut den Schnee wegräumen. Dieser Aspekt ist im nun vorgestellten Projekt „Wirkmodell Streuung, Räumung, Restsalz“ enthalten. Darüber hinaus wurden Tauleistungen von Feuchtsalz mit höheren Soleanteilen (FS50 und FS70) sowie die Dauer der Eisbildung bei Präventivstreuung untersucht.