Wenn ein schweres Flugzeug landet, wirken hohe Radlasten auf die Start- und Landebahn. Der Asphalt muss diese Belastungen über viele Jahre verkraften. Hinzu kommen Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und die Beanspruchung durch rollende Flugzeuge. Entstehen Risse, können sie sich unter wiederholter Belastung ausbreiten.
Welche Asphaltmischung besonders widerstandsfähig ist, lässt sich bereits vor dem Einbau im Labor untersuchen. Forschende der University of Illinois Urbana-Champaign haben dafür ein Prüfverfahren entwickelt, das mit einer ungewöhnlich einfachen Veränderung auskommt: Sie bohren ein rundes Loch in die Mitte einer Asphaltprobe. Die Methode heißt DONUT. Die wissenschaftliche Studie erschien im Mai 2026 im International Journal of Pavement Engineering. Am 10. November berichtete die Universität über die Ergebnisse.
Warum ein Loch die Asphaltprüfung verbessert
Bisherige Prüfverfahren für die Rissbeständigkeit von Asphalt haben unterschiedliche Schwächen. Beim verbreiteten IDEAL-CT-Test wird eine runde Asphaltprobe zusammengedrückt. Dabei entstehen Zugspannungen im Inneren, die das Material schließlich zum Reißen bringen.
Allerdings lässt sich der Bruch nicht immer eindeutig charakterisieren. Außerdem reagiert das Verfahren bei bestimmten Asphaltmischungen mit polymermodifiziertem Bitumen nur begrenzt auf Unterschiede in der Materialzusammensetzung.
Das Forschungsteam um Akash Bajaj, Imad Al-Qadi und John Lambros hat den bestehenden Test deshalb an zwei Stellen verändert: Die Probe erhält ein rundes Loch in der Mitte, und die Druckbelastung wird über breitere Streifen eingeleitet.
Die Bohrung sorgt dafür, dass sich die Spannungen gezielt an der Öffnung konzentrieren. Obwohl die Prüfmaschine die Asphaltprobe zusammendrückt, entstehen dort Zugspannungen. Sie können einen Riss auslösen, dessen Entstehung und Ausbreitung sich untersuchen lassen.
„Schnitte mit einer Säge in Asphalt einzubringen, ist unter praktischen Bedingungen schwierig. Eine Bohrmaschine ist viel einfacher zu verwenden“, erklärt John Lambros, Professor für Luft- und Raumfahrttechnik, in einer Mitteilung der University of Illinois vom 10. November.
Die Bohrung schafft damit einen definierten Ausgangspunkt für die Schädigung. Aufwendigere Kerben, wie sie andere Prüfverfahren benötigen, sind nicht erforderlich.
So funktioniert der DONUT-Test
Der Name DONUT steht für Disc with O-Notch for Uniaxial Test. Ausgangspunkt ist ein zylindrischer Asphaltbohrkern mit 150 mm Durchmesser. Daraus schneiden die Forschenden runde Scheiben.
Die Prüfung erfolgt in wenigen Schritten:
- Bohrung: Die Asphaltprobe erhält mittig ein kreisförmiges Loch.
- Belastung: Eine Prüfmaschine drückt die Scheibe zwischen zwei gegenüberliegenden Druckstreifen zusammen.
- Auswertung: Die Forschenden messen die aufgebrachte Kraft und die Verformung der Probe bis zum Bruch.
Aus den Messdaten berechnen sie den sogenannten DONUT-Index. Der Kennwert beschreibt, wie anfällig eine Asphaltmischung unter den festgelegten Prüfbedingungen für Risse ist.
Zusätzlich nutzten die Forschenden eine optische Messmethode, die digitale Bildkorrelation. Dabei werden aufeinanderfolgende Bilder der Probe verglichen. So lässt sich erkennen, wie sich das Material verformt und wo sich ein Riss ausbreitet.
Asphalt von sieben US-Flughäfen untersucht
Ob die Methode zuverlässig funktioniert, untersuchte das Team an insgesamt 15 Asphaltmischungen. Darunter waren eigens hergestellte Laborproben, industriell produzierte Mischungen und Bohrkerne aus bestehenden Verkehrsflächen.
Ein Teil des untersuchten Materials stammte von sieben US-Flughäfen, darunter Chicago O’Hare, San Francisco und Tampa. Weitere Proben wurden unter anderem am Kansas City International Airport entnommen. Die unterschiedlichen Standorte waren wichtig, weil Asphalt je nach Region ganz verschiedenen Bedingungen ausgesetzt ist. Temperaturen, Luftfeuchtigkeit und Verkehrsbelastung unterscheiden sich erheblich.
Wie stark die Temperatur das Verhalten von Asphalt beeinflusst, zeigt auch der Beitrag „Der Asphalt schwitzt: Deutschlands Straßen sind nicht für 40 Grad gebaut“. Bei Hitze wird das bituminöse Bindemittel weicher, bei Kälte steifer. Beides kann die Dauerhaftigkeit eines Straßenbelags beeinflussen.
Der neue Test erkennt rissanfällige Asphaltmischungen
Der entscheidende Nachweis gelang mit Proben aus einer Versuchsanlage der US-Luftfahrtbehörde FAA in New Jersey. Dort werden Fahrbahnbefestigungen unter beschleunigten Belastungsbedingungen untersucht. Die Forschenden verglichen den DONUT-Index mit dem Rissverhalten der Asphaltmischungen in diesen Versuchen. Das Ergebnis: Der neue Kennwert konnte zwischen Asphaltmischungen unterscheiden, die unter Belastung Risse entwickelten, und solchen, die intakt blieben.
Außerdem reagierte der DONUT-Index auf Veränderungen der Bitumensorte und des Bindemittelgehalts. Damit erfasste er Unterschiede, die für die Rissbeständigkeit von Asphalt relevant sind. Die Methode liefert allerdings keine Vorhersage, wann eine bestimmte Landebahn beschädigt wird. Sie ermöglicht vielmehr einen Vergleich der Rissanfälligkeit unterschiedlicher Asphaltmischungen unter definierten Laborbedingungen.
Warum Flughäfen eigene Prüfverfahren benötigen
Die Asphaltprüfung orientiert sich bislang stark an Verfahren aus dem Straßenbau. Dabei unterscheiden sich die Belastungen auf Autobahnen und Flughäfen deutlich.
„Straßen werden kontinuierlich genutzt, und zwar meist entlang derselben Fahrspur. Im Gegensatz dazu ist der Verkehr auf Flughafenflächen geringer, aber die Belastungen können sehr viel höher sein und in unterschiedlichen Konfigurationen auftreten“, erklärt Lambros in der Universitätsmitteilung.
Für die Materialauswahl ist dieser Unterschied entscheidend. Flugzeugfahrwerke können deutlich höhere Radlasten und Reifenfülldrücke auf den Belag übertragen als gewöhnliche Straßenfahrzeuge. Die Bauweise und Zusammensetzung des Asphalts müssen darauf abgestimmt sein.
Stark belastete Verkehrsflächen werden deshalb teilweise auch aus Beton hergestellt. Welche Rolle vorgefertigte Elemente dabei spielen, beschreibt der Beitrag „Ende der Walze? Warum immer mehr Straßen nicht mehr auf der Baustelle entstehen“.
Der DONUT-Test ist Teil eines größeren Forschungsprojekts zur Bewertung von Flughafen-Asphalt. Ein im August 2026 veröffentlichter Bericht des Illinois Center for Transportation untersucht mehrere Prüfverfahren und enthält Empfehlungen für deren möglichen Einsatz bei der Qualitätssicherung.
Wird der DONUT-Test zum neuen Standard?
Die Forschenden haben ihre Ergebnisse bei der Bundesluftfahrtbehörde der Vereinigten Staaten FAA eingereicht. Die Behörde könnte das Verfahren künftig bei der Bewertung von Asphaltmischungen berücksichtigen. Noch ist DONUT allerdings kein offizieller FAA-Prüfstandard. Lambros weist in der Universitätsmitteilung darauf hin, dass vor einer Standardisierung weitere Untersuchungen notwendig seien.
Das Team hat bereits Erfahrung mit der Entwicklung solcher Prüfverfahren. Ein früherer Kennwert zur Bewertung der Rissbeständigkeit von Straßenasphalt wurde im US-Bundesstaat Illinois als Standard übernommen.
Für den neuen Test liegt nun ein erster Vergleich mit real beobachtetem Rissverhalten vor. Damit haben die Forschenden gezeigt, dass bereits eine kleine Veränderung der Probengeometrie zusätzliche Informationen über die Eigenschaften eines Asphaltgemischs liefern kann.
Quellen
- University of Illinois Urbana-Champaign: New crack test protocol for airport runway asphalt, 10. November 2026 – Originalmeldung mit Aussagen der Forschenden und Bildmaterial.
- Bajaj, Al-Qadi und Lambros: A novel fracture-inspired cored Brazil disc test to characterize cracking potential for asphalt concrete, International Journal of Pavement Engineering, 11. Mai 2026 – Wissenschaftliche Originalstudie.
- Illinois Center for Transportation: Balanced Mix Design – Evaluation of Cracking Tests for Airfield Pavements, August 2026 – Forschungsbericht zur Prüfung von Flughafen-Asphalt im Auftrag eines FAA-geförderten Programms.
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