Nieuwe technieken bij asfaltverhardingen

Transcriptie

1 Nieuwe technieken bij asfaltverhardingen Arne Valaert Promotor: prof. Ir. Etienne De Winne Begeleiders: Wouter De Corte, ir. Pieter De Winne Scriptie ingediend tot het behalen van de graad van Master in de ingenieurswetenschappen: bouwkunde Vakgroep Civiele techniek Voorzitter: prof. Dr. Ir. Julien De Rouck Faculteit Ingenieurswetenschappen Academiejaar

2

3 Nieuwe technieken bij asfaltverhardingen Arne Valaert Promotor: prof. Ir. Etienne De Winne Begeleiders: Wouter De Corte, ir. Pieter De Winne Scriptie ingediend tot het behalen van de graad van Master in de ingenieurswetenschappen: bouwkunde Vakgroep Civiele techniek Voorzitter: prof. Dr. Ir. Julien De Rouck Faculteit Ingenieurswetenschappen Academiejaar

4 Voorwoord Sinds het begin van mijn bouwkundige studies heb ik altijd interesse gehad in de wegenbouw. Na mijn studies industrieel ingenieur stond ik voor de keuze: werken of verder studeren. Indien het werken was geweest, had ik zeker en vast gesolliciteerd in de wegenbouw. Nu ik verder studeer heb ik deze interesse verder kunnen ontwikkelen aan de hand van de vakken Materiaal- en milieuaspecten bij wegen en Gespecialiseerde wegenbouw, beiden gedoceerd door mijn promotor Prof. Ir. E. De Winne, en aan de hand van mijn masterproef Nieuwe technieken bij asfaltverhardingen. Dit eindwerk liet me toe de nieuwe horizonten van de wegenbouw te verkennen en de perspectieven voor de toekomst te bestuderen. Aan het einde gekomen van mijn masterproef, kijk ik dan ook terug op een zeer leerrijke ervaring. Verder wil ik enkele mensen bedanken die het mogelijk hebben gemaakt om deze masterproef neer te schrijven. Ik wil mijn promotor Prof. Ir. E. De Winne samen met de begeleiders W. De Corte, P. De Winne en H. De Backer bedanken voor het opvolgen en het bijstaan van deze masterproef. Hun informatie en meegedeelde kennis hebben me op de goede weg gezet. Een zeer speciaal woord van dank wil ik richten tot alle mensen die in de wegenbouw actief zijn die mij gedurende mijn onderzoek te woord hebben gestaan en me hebben geholpen informatie te vinden over de neergeschreven onderwerpen. Het is een lange lijst waarin ik ongetwijfeld nog mensen vergeten ben: Hilde Soenen en Tine Tanghe van Nynas, Tony De Jonghe van Benelux Bitume, Eric van den Kerkhof van Colas, de mensen van Aswebo, Jo Van Monfort van Intron, Dominique De Vijver, Wim Vosch, An Vanelstraete, Lieve Glorie, Claude De Backer, Luc Goubert, Kathleen Denolf van het OCW, en nog vele anderen Tot slot wil ik ook mijn ouders bedanken voor de financiële en morele steun die ze mij geleverd hebben, zodat ik deze masterproef en mijn studies tot een volwaardig einde heb kunnen brengen. En als laatste wens ik mijn vriendin te bedanken voor haar steun en geduld. Arne Valaert Gent, 2 juni 2008

5 Toelating tot bruikleen De auteur geeft de toelating deze masterproef voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de masterproef te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze masterproef. Datum, handtekening, 02/06/2008

6 Overzicht Deze scriptie handelt over Nieuwe technieken bij asfaltverhardingen. Het is in het academiejaar ingediend door Arne Valaert tot het behalen van de graad van Master in de Ingenieurswetenschappen: bouwkunde. Dit behoort tot de vakgroep Civiele techniek onder voorzitter prof. Dr. Ir. Julien De Rouck van de faculteit Ingenieurswetenschappen. De promotor van deze scriptie is prof. Ir. Etienne De Winne, andere begeleiders zijn: Wouter De Corte en Ir. Pieter De Winne. Samenvatting van het werk: In een inleidend hoofdstuk worden eerst de problematiek en de ontwikkelingen binnen de wegenbouw behandeld. Om een goed overzicht te verkrijgen wordt daartoe eerst de samenstelling van de weg besproken. Vervolgens worden de samenstelling, de mengsels, de bereiding, het opslag en transport en de uitvoering van conventioneel asfalt en de ontwikkelingen in de geschiedenis van asfaltverhardingen besproken. Het doel van deze masterproef is de belangrijkste technieken die de laatste jaren ontwikkeld zijn, te bespreken. Deze ontwikkelingen liggen ofwel aan de basis om een meer geluidsreducerend wegdek te produceren, spoorvorming tegen te gaan of uit economische en ecologische redenen. Deze masterproef wordt daarom verder onderverdeeld in deze drie thema s. In het tweede hoofdstuk worden de nieuwe geluidsreducerende technieken behandeld. Hierbij wordt het tweelaagse ZOA, Zeer Stil Asfalt (ZSA) en de (ultra)dunne deklagen besproken. In het volgende hoofdstuk worden nieuwe technieken met een verbeterde weerstand tegen spoorvorming besproken. Hieronder vallen het Asfalt met Verhoogde Stijfheid (AVS of EME) en de gemodificeerde bindmiddelen. In een vierde hoofdstuk worden de economische en ecologische technieken vermeld. Eerst wordt de techniek om energie uit wegverhardingen te halen, besproken waarna de Rollpave of de Hechtweg (al is deze techniek een allegaartje van verbeteringen) behandeld wordt. Uiteindelijk wordt de lage temperatuursasfalt uitgebreid beschreven. Hiertoe wordt eerst een duidelijke opdeling gemaakt tussen de verschillende productie- en aanlegtemperaturen (hot mix, warm mix, half warm mix en cold mix), waarna de voor- en nadelen en de verschillende technieken om half warm mix en warm mix aan te leggen, besproken worden. In een laatste hoofdstuk worden nog enkele besluiten getrokken omtrent de behandelde technieken en worden de perspectieven voor de toekomst besproken. Trefwoorden: spoorvormingreducerend, geluidsreducerend, energiebesparing, ecologie, warm mix asfalt

7 Extended abstract The purpose of this masterproef is to evaluate new techniques on asphalt pavements. These developments are either to limit the noise produced on pavements, to reduce rutting or out of economic and ecologic reasons. The new noise limiting techniques treated are: Zeer Stil Asfalt, twolayer Porous Asphalt and (Ultra)thin layer Asphalt Concrete. The new techniques reviewed to reduce rutting are Rollpave, a prefab pavement, High-modulus Asphalt, a promising binder course, and modified binders. The new economic and ecologic techniques treated are how to get energy out of asphalt pavements and the main topic low temperature asphalt, in which the difference between hot mix, warm mix, half warm mix and cold mix has been described and the pro s and contra s of the different low temperature asphalt techniques are being handled. In the final chapter the conclusions and perspectives for the future are being drawn.

8 Inhoudstafel Voorwoord... Toelating tot bruikleen... Overzicht... Extended abstract... Inhoudstafel... Afkortingen en symbolen... Hoofdstuk 1: Inleiding Probleemstelling Samenstelling weg Bovenlagen (toplagen, slijtlagen) Bindlaag Onderlagen Fundering Samenstelling asfalt Mineraal skelet Bitumen Mengsels Asfaltbeton (AB) Splitmastiekasfalt (SMA) en Zeer open asfalt (ZOA) Bereiding Opslag en transport Uitvoering Voorbereiding Aanleg Walsen Openstelling Geschiedenis Overzicht Jaren twintig: eerste asfaltverhardingen Jaren vijftig-zestig: eerste ontwikkelingen... 11

9 1.9.4 Jaren zeventig: het polymeerbitumen Jaren tachtig: gemodificeerde bitumen en additieven Jaren negentig: speciale bitumen Jaren tweeduizend: meer economische en energiebesparende asfalten Nieuwe technieken Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Inleiding Tweelaagse ZOA Omschrijving Tweelaagse ZOA in België Karakteristieken Onderzoek Conclusies Zeer stil Asfalt (ZSA) Omschrijving Karakteristieken ZSA in België Dunne oppervlaktelagen Omschrijving Karakteristieken Fabricage Aanleg en toepassingen Dunne oppervlaktelagen in België Varianten Voor- en nadelen Conclusies Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Inleiding Gemodificeerde bindmiddelen Polymeer Gemodificeerd Bitumen Chemisch gemodificeerd of multigrade bitumen Bindmiddelen met een verbeterde weerstand tegen minerale brandstof en olie Bitumenverharders Bitumen voor lage temperatuursasfalt... 45

10 3.2.6 Samenvatting Asfalt met Verhoogde Stijfheid (AVS) Omschrijving Karakteristieken Samenstelling EME EME in België: AVS Elders in Europa Béton Bitumineux à Module Elevé (BBME) Conclusies Hoofdstuk 4: Economische en ecologische technieken Inleiding Energie uit wegverhardingen halen Omschrijving Voor- en nadelen Toepassingen Rollpave of de Hechtweg Omschrijving Karakteristieken Fabricage Aanleg en toepassingen Voor- en nadelen Conclusies Recycling in de wegenbouw Omschrijving Recyclagematerialen Perspectieven Conclusies Lage temperatuursasfalt Introductie Terminologie Overzicht van de bestaande warme en half-warme asfaltmengsels Overzicht van de technieken Conclusies Hoofdstuk 5: Conclusies

11 5.1 Geluidsreducerende technieken Spoorvormingsreducerende technieken Ecologische en economische technieken Slotconclusie Bijlage A Bijlage B Bijlage C Bijlage D Bijlage E Referenties

12 Afkortingen en symbolen Afkortingen (in chronologische volgorde) KWS Koolwaterstoffen SB250 Standaardbestek 250 SMA Splitmastiekasfalt ZOA Zeer Open Asfalt AB Asfaltbeton AVS Asfalt met Verhoogde Stijfheid EME Enrobés à Module Elevé BBME Beton Bitumineux à Module Elevé ZSA Zeer Stil Asfalt db Decibel db(a) Decibel (A-filter) OCW Openbaar Centrum voor de Wegenbouw APL lengteprofielanalysator DWC Dwarse Wrijvingscoëfficiënt RSAT Rotating Surface Abrasion Test ZSA-SD Zeer Stil Asfalt Semi-Dicht SBS Styreen-Butadieen-Styreen AC-TL Asphalt Concrete Thin Layer BBM Beton Bitumineux Mince AC-VTL Asphalt Concrete Very Thin Layer BBTM Beton Bitumineux Très Mince UTLAC Ultra Thin Layer Asphalt Concrete BBUM Beton Bitumineux Ultra Mince RMD Revêtement Mince Discontinu RUMG Revêtement Ultra Mince Grenu DAB Dicht Asfaltbeton ARFC Asphalt Rubber Friction Course SB Antimonium EVA Ethyleen Vinyl Acetaat EBA Ethyleen Butyl Acrylaat APP Atactisch PolyPropyleen PE Polyetheen PFZ Polyfosforzuur PI Penetratie-index PMB Polymeer gemodificeerde bitumen GB Grave Bitume Apg Asfaltpuingranulaten ITS Indirect Tensile Strength of indirecte treksterkte pen. Penetratie BBSG Beton Bitumineux Semi Grenu BIB Buizen In Beton BIA Buizen In Asfalt

13 WDA LTVW COP Vlarea NBN EN PTV TRA PAK AVI HMA WMA HWMA CMA WAM LEA LT EBT EBE LEAB WMB DSC Water Door Asfalt Lage Temperatuur Verwarming Coëfficiënt Of Performance Vlaamse Reglementering voor afvalstoffen Belgische Normen Technische Voorschriften Toepassingsreglement Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen Afvalverbrandingsinstallatie Hot Mix Asfalt Warm Mix Asfalt Half Warm Mix Asfalt Cold Mix Asfalt Warm Asphalt Mix Low Energy Asphalt Low Temperature Enrobés à Basse Température Enrobés à Basse Energie Laag Energy Asfalt Beton Wax gemodificeerde Bindmiddelen Differential Scanning Calorimetry Symbolen (in chronologische volgorde) Leq C wegdek γ G K ε G S s Equivalent geluidsniveau Wegdekcorrectie Schijnbare dichtheid van het aggregaat mengsel Module de Richesse Conventioneel specifiek oppervlak Percentage op zeef 6,3 mm Percentage van materiaal door de zeef van 6,3 mm en op de zeef van 300µ m Percentage van materiaal door de zeef van 300µ men op de zeef van 75µ m f Percentage door de zeef van 75 α Factor om bitumenpercentage te berekenen ε Rek

14 Hoofdstuk 1: Inleiding 1 Hoofdstuk 1: Inleiding 1.1 Probleemstelling De laatste jaren is het verkeer in stijgende lijn toegenomen. Niet enkel het aantal voertuigen blijft stijgen, maar ook de gemiddelde aslasten brengen een zwaardere belasting van de bestaande wegen met zich mee. Zo is er onder andere sprake van de komst van supertrucks (25,25 meter lang en 60 ton i.p.v. 18,75 meter en 44 ton). Voorlopig zijn deze supertrucks in België nog verboden, maar in andere landen (Nederland bijvoorbeeld) worden deze langere en zwaardere vrachtwagens wel toegelaten aangezien ze minder brandstof verbruiken. Bovendien neemt ook het gebruik van breedbanden toe. Ook deze evolutie zorgt voor een grotere belasting van de asfaltverhardingen met de bijhorende schadegevallen zoals spoorvorming, rafeling, tot gevolg. De steeds dichtere bebouwing en de bovenvermelde evolutie in het verkeer zorgen voor een grotere geluidsbelasting. De veeleisende maatschappij wenst steeds meer comfort en hiervoor moet de geluidslast die de wegen met zich mee brengen tot een minimum beperkt worden voor de bestuurders zelf en voor de omwonenden. Eveneens moet meer aandacht gespendeerd worden aan het milieu. Deze problematiek is niet weg te slaan uit het nieuws en vandaar moet ook de industrie haar steentje bijdragen. Zo moet de productie en aanleg van wegen gepaard gaan met een zo klein mogelijk energieverbruik en met een zo groot mogelijk gebruik van recycleerbare materialen. Ook de uitstoot van gassen en schadelijke stoffen moet tot een minimum gereduceerd worden net als de vervuiling voor de omgeving. Dit alles zonder in te boeten aan de prestatiekarakteristieken van de wegen. Om deze problematiek te beantwoorden, zijn er nieuwe technieken ontwikkeld. Deze vernieuwingen leveren elk hun bijdrage tot oplossingen binnen een bepaalde problematiek. Om deze nieuwe technieken nader te bestuderen, lijkt het nuttig eerst de samenstelling van een standaard asfaltverharding en de samenstelling van asfalt te bespreken. Vervolgens wordt de geschiedenis van de asfaltverhardingen kort besproken, zodat een inzicht gevormd kan worden in de evolutie in de wegenbouw. Vervolgens worden de behandelde nieuwe technieken kort aangehaald, waarna ze volgens thema in de daaropvolgende hoofdstukken uitgebreid besproken worden. In deze masterproef worden enkel nieuwe technieken bestudeerd. Nieuwe prestatievoorschriften en andere ontwikkelingen op het vlak van regelgeving of contractvormen (bijvoorbeeld de Design - Build - Finance - Maintanance contracten) worden dus verder niet besproken. Ook productverbeteringen worden niet behandeld, zodat het eindwerk zich volledig toespitst op nieuwe technieken.

15 Hoofdstuk 1: Inleiding Samenstelling weg Algemeen bestaat een asfaltverharding uit een toplaag en een onderlaag verbonden door een bindlaag. Daaronder bevindt zich de fundering en de onderfundering. Samen vormen zij het baanlichaam. Onder de onderfundering bevindt zich nog een aardebaan of verbeterde ondergrond. Naast en onder deze weg zit de natuurlijke ondergrond. Figuur 1: Samenstelling weg Bovenlagen (toplagen, slijtlagen) Bij asfaltverhardingen bestaat de toplaag uit een mengsel van materialen met KWS-bindmiddelen omhuld ofwel uit één of meerdere lagen oppervlaktebestrijking (vb. in ontwikkelingslanden en voor wegen met weinig druk verkeer). Aangezien de bovenlagen het wegdek vormen, moeten zij volgende functionele vereisten vertonen; veiligheid door een voldoende stroefheid, vermindering van wateropspatting, geluidsreductie, voldoende rijcomfort door een goede effenheid, ondoorlatendheid en weerstand tegen scheurvorming, vervormingen, veroudering en uitrafeling. Daarom worden voor deze lagen een goede weerstand, geluidsreductie en duurzaamheid vereist. De bovenlagen kunnen bestaan uit een zandskelet (vb. asfaltbeton) of een steenskelet (SMA of ZOA). Het onderscheid tussen beide staat weergegeven in onderstaande figuur. Verder bestaan er ook nog speciale toepassingen (gietasfalt heeft een vulstofskelet, gekleurd asfalt kan zowel in AB als in SMA). Figuur 2: Fijn gegradeerd mengsel met een zandskelet tegenover een SMA gegradeerd mengsel met een steenskelet Bindlaag De bindlaag of hechtlaag bevindt zich tussen de bovenliggende toplaag en de onderliggende onderlaag en bestaat meestal eveneens uit een laag met KWS-bindmiddel omhuld mengsel, of wordt gevormd met een bestrijking die fungeert als hechtvernis. Bindlagen zijn ontwikkeld om te weerstaan aan de hoogste spanningen die verschijnen op ongeveer 50 à 70 mm onder het asfaltoppervlak. De

16 Hoofdstuk 1: Inleiding 3 bindmiddellaag wordt daarom geplaatst tussen de oppervlaktelaag en de onderlaag om spoorvorming te reduceren door stabiliteit en duurzaamheid te combineren. Stabiliteit kan bereikt worden door voldoende contact tussen de stenen en stijve en/of gemodificeerde bindmiddelen. De toplaag en de bindlaag (=oppervlaktelaag) worden rechtstreeks belast door de wielen van de voertuigen Onderlagen Deze is meestal samengesteld uit een mengsel van met KWS-bindmiddel omhulde materialen, gestabiliseerde materialen, schraalbeton of soms steenslag. Naarmate de bovenliggende lagen dunner zijn, is deze laag des te meer aan grotere verticale druk en afschuivingskrachten onderhevig dan de funderingslagen. Een onderlaag heeft een volledig andere functie dan een bovenlaag en moet daardoor ook niet aan dezelfde eisen voldoen. Het ligt voor de hand dat aan een onderlaag in principe geen eisen gesteld worden wat betreft stroefheid terwijl het ook vanzelfsprekend is dat bij de bepaling van de samenstelling van een onderlaag minder rekening gehouden dient te worden met invloed van externe factoren ten gevolge van weersinvloeden (o.a. neerslag) en oppervlakteslijtage of uitrafeling terwijl dit bij een bovenlaag juist wel het geval is. Een onderlaag moet de belastingen waaraan het bloot gesteld wordt opvangen en verdelen waardoor de nadruk op de stabiliteit komt te liggen. Hierdoor komen de funderingslagen niet onder overdreven spanningen en vervormingen. Dit vereist een hoge stijfheid van de onderlaag. Ze zullen dus juist voldoende bindmiddel bevatten om de verschillende bestanddelen (steenslag, zand en vulstof) te binden en samen te houden. De onderlagen kunnen ook gebruikt worden als profileerlagen. Eveneens zorgt de onderlaag voor weerstand tegen de scheurvorming en vervormingen. Een onderlaag heeft een zandskelet Fundering De meest beschadigende krachten moeten verwijderd worden door de bovenliggende lagen omdat de ondergrond en de kruin vaak opgebouwd zijn uit relatief zwakke materialen zoals ongebonden materialen, meestal afkomstig van lokale bronnen, natuurlijke grond, verbrijzelde of onverbrijzelde aggregaten en gerecycleerd materiaal. Het type en de dikte van de ongebonden materialen die gebruikt worden voor deze ongebonden onderlagen hangen af van de verkeerskrachten die terecht komen op de ontworpen structuur en de stijfheid van de onderlaag. Ook economische factoren zoals beschikbaarheid en transportkosten spelen een belangrijke rol op de hoeveelheid ongebonden materiaal vereist in een verharding. 1.3 Samenstelling asfalt Een flexibele verharding wordt verwezenlijkt door het aanbrengen van bitumineuze mengsels in opeenvolgende lagen, waarvan de samenstelling specifiek is voor de opeenvolgende lagen. Algemeen bestaat een asfaltmengsel op het vlak van samenstelling uit twee delen: een mineraal aggregaat en bindmiddelen. Het mineraal aggregaat kan zelf onderverdeeld worden in de steen-, zand- en vulstoffractie.

17 Hoofdstuk 1: Inleiding Mineraal skelet De grotere delen van het mineraal aggregaat vormen samen het mineraal skelet. Dit zorgt voor het dragend vermogen van het asfaltmengsel. Afhankelijk van het soort asfalt wordt het mineraal skelet samengesteld uit steenslag of grind en eventueel aangevuld met zand. De poriën in dat mineraal skelet kunnen opgevuld worden met vulstoffen en bindmiddelen. Het bindmiddel, het bitumen, zorgt samen met de vulstoffen voor de samenhang van het mengsel. De vulling wordt verzorgd door bitumen en vulstof (bijvoorbeeld vliegas), eventueel aangevuld met zand. Een vulling met zand wordt aangeduid als mastiek. Hieronder worden de samenstellende delen van bitumineuze mengsels besproken, gebaseerd op het standaardbestek Zand Bij bitumineuze mengsels is natuurlijk zand 0/1 tot 0/2 en kunstmatig zand 0/2 tot 0/4 toegelaten. Als schelpzand gebruikt wordt, mag het gehalte aan kalkachtige stoffen niet meer dan 20% bedragen. Voor zeer open asfalt (ZOA) en splitmastiekasfalt (SMA) wordt enkel brekerzand 0/2 of 0/2,5 gebruikt. Voor asfaltbeton wordt een mengeling van brekerzand en natuurlijk zand gebruikt. De korrelverdelingsgrenzen van het zandgedeelte tussen 0,063 mm en 2 mm zijn deze van het type grof zand volgens de norm NBN B Steenslag Natuursteenslag, gebroken hoogovenslak en niet-teerhoudend gebroken asfaltpuin zijn toegelaten als steenslag. De doorval door de zeef van 0,063 mm is kleiner of gelijk aan 2% voor de korrelmaten 2/4, 2/7, 4/7 en kleiner of gelijk aan 1% voor de grotere korrelmaten. Daarnaast zijn er nog eisen op het vlak van de vorm en de statische druksterkte afhankelijk van het soort mengsel Vulstof Vulstof voor bitumineuze mengsels voor asfaltverhardingen is een poedervormig aggregaat. Het is een mengsel van aanvoervulstof en teruggewonnen vulstof. Bij de aanvoervulstof wordt bij de fabricage poederkoolvliegas toegelaten net zoals AVI-vliegas (afkomstig uit rookgassen van verbrandingsinstallaties voor huishoudelijk afval) of SVI-vliegas (afkomstig uit rookgassen van verbrandingsinstallaties voor slib), beiden tot 20%. De teruggewonnen vulstof is samengesteld uit bouwzand en steenslag, beiden gebruikt voor de fabricage van bitumineuze mengsels. Materialen zoals klei en krijt kunnen schadelijk zijn voor het gebruik en zijn natuurlijk niet toegelaten Toevoegsels Met toevoegsels wordt vooral de afdruipremmers bedoeld die aan het mengsel (voor ZOA en SMA) worden toegevoegd om te vermijden dat de mastiek gedurende het bereiden, stockeren, vervoer, plaatsen of het spreiden afdruipt van het steenskelet. Het zijn bijgevolg antisegregatiemiddelen die voor een betere verwerking moeten zorgen. Bij toevoeging van de afdruipremmers wordt een duidelijk merkbare verhoging van de mastiekviscositeit bekomen. Dit komt omdat ze het bindmiddel absorberen (vezels) of met het bindmiddel een gel vormen (elastomeren of plastomeren). De

18 Hoofdstuk 1: Inleiding 5 tegenwoordig meest gebruikte afdruipremmers zijn cellulosevezels. Het standaardbestek stelt bepaalde eisen voor de cellulosevezels: een minimum cellulosegehalte van 75% en een PH tussen 6 en 8,5. In de literatuur worden ook minerale vezels (rotswol) als toevoegsels vermeld maar deze zijn veel minder absorberend Bitumen Hoewel bitumen de kleinste massa bezit binnen het asfaltmengsel, is het gebruik van bitumen kenmerkend voor asfaltverhardingen zoals cement voor beton. Bitumen is een viskeuze vloeistof die natuurlijk voorkomt in ruwe aardolie. Na fractionele destillatie kan het van andere bestanddelen zoals nafta, benzine of diesel gescheiden worden en blijft het als zwaarste bestanddeel achter. Bitumen hecht zeer goed en is dun vloeibaar als het verwarmd wordt. Bij een korte belastingstijd gedraagt het zich elastisch, maar bij langdurige belasting gedraagt het zich plastisch. De fysieke kwaliteit van het bitumen wordt bepaald door interne en externe factoren die gelijktijdig maar onafhankelijk een rol spelen. Externe factoren zijn de mengselsoort en de plaats ervan in de wegdekstructuur, de belastingstijd- en intensiteit van het verkeer, de omgevingstemperatuur, de temperaturen, thermische geschiedenis en de leeftijd van de verharding. Interne factoren worden vooral bepaald door het type bitumen (polymeer of chemisch gemodificeerd of niet). 1.4 Mengsels Asfaltbeton (AB) Deze klassieke bitumineuze mengsels zijn dicht en continu gegradeerd. Ze worden zowel in België als in andere landen in vraag gesteld omwille van hun spoorvormingsgedrag op lange termijn. Voordelen zijn hun duurzaamheid en ondoorlatendheid die sommigen er toch toe aanzetten om ze aan te wenden. Ze moeten dan wel verbeterd worden door het gebruik van gemodificeerde bindmiddelen, hogere steenpercentages, vezels, wapeningen, Het gunstig effect van deze ingrepen is bevestigd in de praktijk maar er zijn wel extra voorzorgen nodig bij de verwerking. Ervaring is zeer belangrijk bij de aanleg van dit mengsel. Het asfaltbeton kan in verschillende samenstellingen voorkomen. Ze kunnen gebruikt worden als onderlaag of toplaag afhankelijk van hun samenstelling. De verschillende mengsels worden weergegeven in bijlage A. Hierbij worden de mengsels AB-3A, AB-3B en AB-3D gebruikt als onderlaag (trouwens de enige onderlagen in het standaardbestek), de rest als toplaag. De zandfractie tussen 0,063 mm en 2,00 mm voor asfaltbeton bevat minimaal 50 procent brekerzand. De hoeveelheid bitumen afkomstig van asfaltpuingranulaat wordt voor de onderlagen van wegen beperkt tot 40% in geval van het homogeen asfaltpuingranulaat, tot 20% voor niethomogeen asfaltpuingranulaat en tot 10% voor de koude toevoeging. Voor de toplagen geldt hetzelfde, bovendien geldt de extra beperking dat het asfaltpuingranulaat enkel warm toegevoegd mag worden. Bij de koude toepassing worden de gerecycleerde materialen bij de nieuwe materialen toegevoegd zonder bijkomende verwarming. Dit gebeurt in de droogtrommel of de menger. Bij de warme toepassing worden de gerecycleerde materialen wel bijkomende verwarmd tot minstens 110 C alvorens in contact te komen met de nieuwe materialen.

19 Hoofdstuk 1: Inleiding Splitmastiekasfalt (SMA) en Zeer open asfalt (ZOA) Dit zijn stabielere, sterk discontinue mengsels die gebruik maken van de wrijvingskrachten tussen de grovere aggregaten. Beiden zijn steenskeletmengsels. Er ontstaan veel holle ruimten tussen de grove korrels bij deze mengsels doordat voornamelijk het grofste deel van de steenfractie aanwezig is. Het mortelgehalte van SMA ligt een pak hoger dan dat van ZOA. Bijgevolg is het percentage holle ruimte na verwerking kleiner bij SMA als bij ZOA. Het splitmastiekasfalt bevat 3 à 7 % holle ruimten tegenover 19 à 25% holle ruimten bij het zeer open asfalt. In bijlage A zijn de samenstellingen weergegeven. Deze mengsels worden voornamelijk gebruikt als toplagen. De zandfractie tussen 0,063 mm tot 2,00 mm is voor beide types brekerzand. Het gehalte aan deeltjes fijner dan 0,063mm in dit brekerzand wordt beperkt tot 8%. Het gebruik van asfaltpuingranulaat is verboden voor beide mengsels Voor- en nadelen SMA Het SMA heeft een goede doorlatendheid, textuur en draagvermogen. De bovenste zone zorgt voor een drainerende werking en hierbij horend minder opspattend water en minder gevaar voor watergladheid. De textuur zorgt voor een geluidsreductie van 3 à 4 db(a) ten opzichte van het klassieke asfaltbeton. Er wordt een goed draagvermogen en een goede weerstand tegen vervorming bekomen door het steenskelet en het kan daardoor als volwaardige dunne laag toegepast worden. Door haar hoog mortelgehalte is SMA een duurzaam mengsel vergeleken met ZOA. Het kan tot 20 jaar meegaan. Hiertegenover staat wel dat SMA moeilijk handmatig te verwerken is, vooral als gemodificeerde bindmiddelen gebruikt worden. Het is eveneens een zeer gevoelig mengsel. Er zal snel spoorvorming optreden als er overvulling van het steenskelet is Voor- en nadelen ZOA ZOA bezit eveneens een goede doorlatendheid, textuur en draagvermogen. Ook hier zorgt de bovenste zone voor een drainerende werking, minder opspattend water en minder gevaar voor watergladheid. De textuur zorgt voor een even grote geluidsreductie en het steenskelet zorgt ook hier voor een goed draagvermogen en een goede weerstand tegen vervorming. ZOA kent wel een snelle veroudering van het bindmiddel door blootstelling aan zuurstof over de volledige dikte. Bovendien is er minder bindmiddel aanwezig dan bij klassiek asfaltbeton. Daarom worden enkel gemodificeerde bindmiddelen gebruikt. Ook het onderhoud van ZOA stelt problemen. Het behouden van de holle ruimten is namelijk niet evident. Verder is het wintergedrag kenmerkend als nadeel, de ijzelbestrijding stelt problemen door de hoge hoeveelheid holle ruimten. Op te merken valt dat het zelfreinigend effect van het verkeer op de autosnelwegen niet werkt op de pechstrook, net die zone naar waar het hele wegdek afwatert. Door de bindmiddelfilm op de bovenste stenen is de aanvangsstroefheid minder. Na een tijdje in het verkeer wordt deze wel hersteld. Door de grove structuur van het zeer open asfalt is de kans op mechanische beschadiging bij wringend verkeer of bij een ongeval groter.

20 Hoofdstuk 1: Inleiding Bereiding De aanvoer van de verschillende materialen en de benodigde producten moet zo worden georganiseerd dat de menginstallatie continu en regelmatig kan doorwerken. Een voorraad van enkele dagen voor de aggregaten en een voorraad van ongeveer een dagproductie voor de vulstoffen en de bindmiddelen lijken aangewezen hoeveelheden. Er kan een onderscheid gemaakt worden tussen twee verschillende types van installaties. Dit zijn de discontinue installaties (batchmixer) en de continue installaties (drummixer). Deze laatste zijn niet aangewezen voor een productie waarbij de dosering zeer goed onder controle dient gehouden te worden zoals voor splitmastiekasfalt en zeer open asfalt. Bij dit type kan enkel de voordosering gecontroleerd worden. Al deze mengcentrales werken volledig automatisch van de voordosering tot aan de aflevering. Na de voordosering worden de aggregaten gedroogd. De temperatuur en de droogtijd van de materialen moeten aangepast worden aan het watergehalte. Zand vergt de hoogste warmtecapaciteit en dus zal de brander lager moeten ingesteld worden voor SMA en ZOA. Door een te sterke verhitting zal de omhulling van de stenen immers tegengewerkt worden en het ontmengen bevorderd worden. Voor ZOA en SMA wordt een temperatuur tussen 150 en 170 C aanbevolen aan de uitgang van de trommel. Vervolgens is er de ontstoffing van de aggregaten, die ervoor moet zorgen dat het gehalte aan residuele vulstof maximaal 3% van het mengsel van steen en zand bedraagt. Dan gebeurt de zeving en de dosering waarbij de aggregaten, de vulstof, het bindmiddel en eventueel de toevoegsels samengevoegd worden. Bij het gebruik van de toevoegsels moeten deze ingebracht worden tijdens de inbreng van de minerale aggregaten en zeker voordat het bindmiddel in de mengbak wordt gedoseerd. Er moet ook worden voorgemengd (de aggregaten en de toevoegsels) volgens de voorschriften van de fabrikant en volgens het soort mengsel. De mengtemperatuur en de mengtijd worden aangepast zodat een homogeen gemengd, volledig omhuld en droog eindproduct wordt verkregen. De mengtemperaturen bevinden zich tussen de volgende grenzen; tussen 155 en 180 C voor B35/50, tussen 150 en 175 C voor B50/70 en tussen 145 en 170 C voor B70/100. De leveranciers van het gemodificeerde bitumen geven de gewenste mengtemperatuur mee. Voor SMA ligt de aanbevolen mengtemperatuur tussen 150 en 170 C. Voor ZOA is dat tussen 160 en 180 C. Bovendien dient er opgemerkt te worden dat sommige elastomeren en cellulosevezels vanaf 180 C degraderen. Voor de droge mengtijd (met mineralen, toevoegsels en vulstof) wordt een periode van ongeveer 10 tot 15 seconden opgegeven. De natte mengtijd (met bindmiddel) duurt bij ZOA (tussen 20 en 35 sec) en SMA (tussen 15 en 35 sec) langer dan bij de klassieke mengsels om het relatief laag bindmiddelgehalte optimaal te kunnen vermengen met de mineralen en om een optimale bindmiddelfilm te realiseren. Tot slot kan opgemerkt worden dat enkel door een onafhankelijke instantie gecertificeerde mengsels uitgereikt worden.

21 Hoofdstuk 1: Inleiding Opslag en transport Het is verboden zand of fijn steengruis te gebruiken als antikleeflaag op de wanden van de silo s of vrachtwagens. Alleen de pulverisatie van een geschikt antikleefmiddel in een zeer dunne laag is toegelaten. Het asfalt wordt opgeslagen zodat het bijna niet ontmengt, zodat het homogeen van temperatuur blijft en zodat het bindmiddel nauwelijks oxideert. Daar ZOA- en SMA-mengsels gevoelig zijn voor het afdruipen en omdat de temperatuur in wachtsilo s serieus kan stijgen, wordt de ontmenging zeer sterk gereduceerd indien de wachttijd in de silo s verminderd kan worden. Van SMA of ZOA worden dus nooit meer dan twee vrachten in de wachtsilo s gestockeerd. De productie en de verwerking dienen dus op elkaar afgestemd te worden. Dezelfde voorzorgen gelden voor het transport. Er dient gebruik gemaakt te worden van warmte-isolerende kipbakken en behoorlijk aangebrachte dekzeilen en de transporttijd moet beperkt worden zodat er geen ontmenging is bij aankomst op de bouwplaats. 1.7 Uitvoering Voorbereiding Ook hier moet de onderliggende laag effen en zuiver zijn. Plassen, stof en losliggende delen moeten dus verwijderd worden. Ook beschadigingen moeten eerst hersteld worden, anders kunnen deze beschadigingen zich gaan manifesteren in de vernieuwde toplaag. Met ZOA kunnen geen beperkte, lokale oneffenheden weggewerkt worden, met SMA is dit wel mogelijk. Een kleeflaag wordt aangebracht vlak voor het aanbrengen van de laag. Ze moet worden aangebracht op de bestaande verhardingen. Deze laag wordt verkregen door het gelijkmatig open spreiden van een product, waarvan minstens 200 g/m² (300 g/m³ voor SMA en ZOA) van het bindmiddel, van dezelfde aard als die van het te verwerken bitumineus mengsel, achterblijft Aanleg De bitumineuze mengsels worden verwerkt met de spreid- en afwerkmachines welke voorzien zijn van de nodige middelen voor het spreiden, verdelen en voorverdichten van de bitumineuze mengsels over een breedte die ten minste gelijk is aan die van een rijstrook. Bij rijstroken met een veranderlijke werkbreedte zijn machines met hydraulisch uitschuifbare verbredingstukken zeer praktisch en tijdsbesparend. Voor grotere vaste werkbreedten zijn verbredingstukken met een bepaalde lengte en schroefvormige spreidwormen, voor een gelijkmatige verdeling te bekomen, het meest aangewezen. Voor de toplaag is een automatische geleiding (met ski of uitwendige geleiding) niet verplicht en wordt het best gewerkt met een vaste stelschroef (een vaste hoogte boven het ondervlak van de rupsen). Het zelfnivellerend effect van een machine op rupsen wordt dan ook het meest toegepast. Afwerkmachines op banden worden vooral gebruikt wegens de betere manoeuvreerbaarheid en de snellere verplaatsing. De standaardwerkbreedte bedraagt meestal tussen 2,5 en 3 meter. Er bestaan echter ook machines met een kleinere werkbreedte waarmee asfaltlagen van smalle wegen, fietspaden en

22 Hoofdstuk 1: Inleiding 9 wegverbredingen kunnen worden aangelegd, maar dan mag de breedte van het machineframe niet uit het oog verloren worden. Voor de toplaag wordt het aantal spreid- en afwerkmachines bepaald zodat een gelijktijdige en evenwijdige uitvoering mogelijk is van ten minste twee rijstroken, behalve wanneer het verkeer dit niet mogelijk maakt. De spreid- en afwerkmachine wordt permanent bevoorraad. Indien er een onvermijdbare stilstand is van meer dan 10 minuten, moet de afwerkmachine doorrijden om de verdichting van de aangelegde mengsels mogelijk te maken. Er wordt dan een dwarse stortnaad bekomen. De snelheid van de machine wordt volledig bepaald door de aanvoer van het asfaltmengsel. Toch wordt de snelheid begrensd (ongeveer 8m/minuut) om de nodige voorverdichting te verwezenlijken. De snelheid wordt best zo constant mogelijk gehouden te worden om de effenheid van het oppervlak te garanderen. Er moet ook voldoende aandacht besteed worden aan de naden en voegen. Voor de stortnaden wordt een naadklever (een vezelversterkt polymeerbitumen) aangewend en voor de voegen wordt gebruik gemaakt van, na het aanbrengen van kleefvernis, (zelfklevende) voorgevormde bitumineuze of ter plaatse warm geëxtrudeerde voegbanden. De nabehandeling van de voegen en naden van AB en SMA gebeurt met behulp van een kationische emulsie. Het dichtmaken van de voegen en de stortnaden in ZOA is echter verboden. Bij het aanleggen moet ook steeds een minimale luchttemperatuur aanwezig zijn. Deze bevindt zich tussen 5 en 10 C, dit afhankelijk van het type laag. Deze temperaturen worden opgelegd omdat er voldoende tijd nodig is om de voorziene walsovergangen uit te voeren alvorens de laag is afgekoeld. Bovendien spelen nog een heleboel andere factoren een rol zoals windsnelheid, dikte en begintemperatuur van de aangelegde laag. Zo kunnen temperatuursbeperkingen op koudere, windstille dagen de aanleg van asfaltverhardingen verbieden en op warme dagen met sterke wind wel toelaten, wat niet effectief is. Als vuistregel wordt aangereikt dat voor de aanleg van zeer open asfalt en splitmastiekasfalt de luchttemperatuur (in C) hoger moet zijn dan de windsnelheid (in m/s). Er dient ook nog opgemerkt worden dat een te hoge temperatuur ook niet gewenst is omdat een te trage afkoeling het afwalsen onmogelijk kan maken, hierbij zal een snelle openstelling dan ook niet mogelijk zijn. Bij neerslag zal de aannemer de werken uit eigen beweging stil leggen Walsen Onmiddellijk na het vlak maken, wordt de verharding gewalst. Hierbij worden een aantal walsen, dat nooit minder is dan twee per spreid- en afwerkmachine, voor asfaltbeton gebruikt. Voor ZOA wordt gewalst met één enkele gladde, niet-trillende wals en op het werk zelf wordt nog één reservewals klaar gehouden. Bij SMA moet per afwerkmachine ten minste twee niet-trillende walsen worden voorzien voor de verdichting. Voor zeer open asfalt en splitmastiekasfalt is het gebruik van bandenwalsen verboden. Er worden watersproeiers voorzien op de wielen om het kleven van asfalt aan de rollen tegen te gaan.

23 Hoofdstuk 1: Inleiding Openstelling Het wegdek mag pas voor het verkeer (inclusief de machines en vrachtwagens van de aannemer) worden opengesteld wanneer het inwendig zodanig is afgekoeld dat er geen gevaar meer bestaat voor vroegtijdige blijvende vervorming. Dit is zeer belangrijk voor de toplaag omdat een eventuele vervorming niet kan worden goedgemaakt door de volgende laag. Het is raadzaam het verkeer slechts na één overnachting toe te laten. Er wordt aangenomen dat de volledige laag afgekoeld moet zijn tot minder dan 20 C. Bij een snelle openstelling zullen tijdens de eerste uren enkele voorzorgen moeten genomen worden. Zo kan gekanaliseerd verkeer vermeden worden door kegels te verplaatsen en vervorming van de randen voorkomen worden door er planken op te leggen. Deze regels kunnen echter niet altijd evenzeer nageleefd worden. Om een snellere afkoeling van het asfalt te bekomen kan het oppervlak van de toplaag met water besproeid worden na volledige afwalsing. In de praktijk heeft dit minder goede resultaten opgeleverd bij SMA, wel goede bij ZOA. Voor begrind asfaltbeton worden bijkomende eisen gesteld voor het verkeer zoals bezemen en een snelheidsbeperking. Het is zo dat de verkeersdrukte een vervroegde openstelling kan vragen, waardoor de verharding onvoldoende afgekoeld is en er vroegtijdig blijvende vervorming optreedt. Daardoor wordt de levensduur van een herstelling natuurlijk sterk gereduceerd en kan de hinder voor het verkeer een steeds wederkerend fenomeen worden. Dit hangt volledig af van het gebruikte bindmiddel waardoor gemodificeerde bindmiddelen als oplossing gebruikt kunnen worden. 1.9 Geschiedenis Overzicht Dit overzicht van de geschiedenis geeft kort een duidelijk beeld van de evolutie van de technieken in de wegenbouw. Aangezien de ontwikkelingen niet op één dag gebeuren, maar het werk vormen van meerdere jaren ontwikkelen, beproeven in het labo en proefvakken aanleggen, vormen de voorgestelde data dus meer een richtwaarde voor de ontwikkeling, dan een feit. Deze geschiedenis beschrijft evoluties wereldwijd, die zich dus grof geschetst net iets sneller hebben voorgedaan elders dan in België. Jaren 20: eerste asfaltverhardingen Jaren 50-60: eerste ontwikkelingen Jaren 70: polymeerbitumen o Thermoplastische elastomeren tegen scheurvorming o Weerstandbiedende afdichtingslagen tegen variabele temperaturen Jaren 80: gemodificeerde bitumen en additieven o De splitmastiekasfalt (SMA) o Zeer Open Asfalt (ZOA) o Afdichtingslagen Jaren 90: speciale bitumen o De dunne technieken o Twee-laagse ZOA

24 Hoofdstuk 1: Inleiding 11 o Asfalt Verhoogde stijfheid (AVS) en Beton Bitumineux à Module Elevé (BBME) o Gekleurd asfalt Jaren 2000: meer economische en energiebesparende asfalten o Koudasfalt o De warme en half-warme asfalten o Rollpave o Energie uit wegverhardingen halen Jaren twintig: eerste asfaltverhardingen De kennis en het gebruik van bitumen stamt af uit de oudheid. Archeologisch onderzoek heeft bevestigd dat mensen uit het Midden-Oosten reeds 6000 jaar geleden gebruik maakten van natuurlijk asfalt. Volgens geschriften werd asfalt reeds gebruikt als wegdek in 625 V.C. in Babylon. Ook de Romeinen gebruikten asfalt voor hun waterreservoirs en aquaducten. Vanaf de 20 e eeuw wordt asfalt gebruikt in asfaltbeton dat als wegdek moet dienen. Het was uiteindelijk een Belgische chemicus, Edmund J. Desmedt, die was geëmigreerd naar de Verenigde Staten, die het product ontwikkelde Jaren vijftig-zestig: eerste ontwikkelingen De bekleding van het Belgische wegennet werd uitgevoerd in asfalt vanaf de jaren 50. Het onderzoek naar verbetering van de eigenschappen van het bitumen door middel van modificatie van haar structuur of door toevoeging van additieven is echter al van deze tijd. Op het einde van de jaren 50 werd in de V.S. reeds asfalt met gemodificeerd bitumen met verwerkt rubber onder de vorm van latex gemaakt. In Europa geschiedden gelijkaardige operaties, deze vonden plaats in Frankrijk in Maar deze experimenten werden meestal niet goedgekeurd. Daarom gebeurde de uitvoering van het asfalt nog steeds met puur bitumen Jaren zeventig: het polymeerbitumen Omstreeks 1965 werden octrooien neergelegd om het gebruik van zwavel, toegevoegd in belangrijke hoeveelheden in het bitumen, te promoten. Deze ontwikkelingen werden hernomen in 1973 op het moment van de eerste petroleumcrisis die volgde op de belangrijke prijsverhoging van het bitumen in die tijd. Deze lieten toe om asfalt te realiseren met een even grote stijfheid vertrekkende van granulaten van secundaire kwaliteit. Dit procedé zou niet economisch leefbaar geweest zijn zonder de kost van het zwavel welke op zijn minst tweemaal lager ligt dan die van het bitumen. De opmerkelijke ontwikkeling van de gemodificeerde bindmiddelen of bindmiddelen met additieven, aan de hand van geïndustrialiseerde processen, kan gesitueerd worden in de jaren 70. In Europa, en specifiek in Duitsland, geschiedden de eerste asfalttoepassingen met polymeerbitumen zich omstreeks In Oostenrijk en nadien in Italië, verschenen nieuwe bitumineuze wegbedekkingen op basis van polyethyleen welke op het niveau van de mengmachine toegevoegd wordt.

25 Hoofdstuk 1: Inleiding Thermoplastische elastomeren tegen scheurvorming De verbetering van de veiligheid op kruispunten tengevolge van de rem- en optrekkrachten vormden de drijfveer voor verder onderzoek. De oppervlaktelagen vertonen aldus meerdere mankementen, zoals het vaak scheuren, het kwetsbaar zijn in de winter, het ondergaan van een veroudering en vooral het weinig resistent zijn tegen het gebruik onder zwaar verkeer. Door onderzoek konden de gemodificeerde bitumen op punt gesteld worden voor het gebruik in de wegenindustrie aan de hand van de nieuwe polymeren, de thermoplastische elastomeren Weerstandbiedende afdichtingslagen tegen temperatuursvariaties Tegelijkertijd was de afdichtingindustrie geïnteresseerd in het gebruik van polymeerbitumen, zij het wel gemodificeerd: elastomeren in Frankrijk en Duitsland en plastomeren vooral in België en Italië. Het ging hem er dus over om lagen te construeren die de dilatatie en contractiebewegingen ten gevolge van het thermische isolatiemateriaal kunnen opvangen. De gemodificeerde bindmiddelen laten bovendien toe éénlaagssystemen te construeren (die veel economischer zijn) ter vervanging van de meerlaagse systemen op basis van geoxideerde bitumen Jaren tachtig: gemodificeerde bitumen en additieven De stijging van de agressiviteit van het verkeer en de petroleumcrisissen in 1973 en 1979 zijn essentiële factoren geweest in de ontwikkeling van gemodificeerde bindmiddelen Splitmastiekasfalt (SMA) Door het gebruik van de gemodificeerde bindmiddelen en additieven kon het bindmiddelgehalte verhoogd worden zonder scheurvorming om zo de gewenste cohesie aan het mengsel toe te wijzen en om de ondoorlatendheid te verzekeren. Tijdens dezelfde periode, werd splitmastiekasfalt ontwikkeld, eerst in Duitsland, daarna in andere landen Zeer Open Asfalt (ZOA) Terwijl de eerste realisaties van zeer open asfalt voornamelijk geschieden met pure bitumen in talrijke landen voor gematigd verkeer, wordt het gemodificeerd bitumen (rubberbitumen of polymeerbitumen) vooral toegepast op ronde punten en autosnelwegen Afdichtingslagen Ook in antischeurlagen en afdichtingslagen worden gemodificeerde bindmiddelen toegepast. Om de scheuren te herstellen die verschijnen op de wegen waarvan de aangelegde lagen behandeld zijn met hydraulische bindmiddelen. De gemodificeerde bindmiddelen worden momenteel gebruikt in een brede waaier van toepassingen voor de aanleg van dunne tussenlagen en membranen die de scheurvorming moeten beperken.

26 Hoofdstuk 1: Inleiding Jaren negentig: speciale bitumen Dunne overlagingen De ontwikkeling van de gemodificeerde bitumen door middel van polymeren en het gebruik van additieven ligt aan de basis van de ontwikkeling van nieuwe formules voor de omhulling van oppervlaktelagen met een verfijndere dikte, welke betere prestaties leveren op het vlak van kwaliteit en duurzaamheid. Deze dunne deklagen kunnen opgedeeld worden naargelang de dikte: De thin white toppings of dunne overlagingen (3 à 4 cm) welke tot stand zijn gekomen door middel van de gemodificeerde bitumen. De very thin white toppings of zeer dunne overlagingen (2 à 3 cm) stammen af van het onderzoek naar het onderhoud van de kleinst mogelijke oppervlaktelagen op nieuwe wegen of op reeds herstelde wegen in goede staat, aangepast aan het zwaar verhoogde verkeer. De ultra thin white toppings of ultra dunne overlagingen (1 à 2 cm) volgen uit de very thin white toppings, waarbij een verbinding tussen de verschillende oppervlaktelagen en de asfaltlagen verzekerd wordt Twee-laagse Zeer Open Asfalt Het combineert de vele voordelen van klassiek zeer open asfalt (akoestische eigenschappen, waterafvoerend vermogen, stroefheid, weerstand tegen spoorvorming) en beperkt tegelijk de nadelen (wintergedrag, clogging en duurzaamheid) ervan. Tweelaagse zeer open asfalt bestaat uit een onderlaag van klassiek zeer open asfalt en een dunne toplaag zeer open asfalt met fijner toeslagmateriaal. De toplaag vervult in dit systeem de rol van filter, die verstopping tegengaat en een beter wintergedrag mogelijk maakt. De onderlaag neemt de normale rol van het poreuze asfalt op zich. Het geheel bezit ook een groter waterafvoerend vermogen en betere akoestische eigenschappen Asfalt met Verhoogde Stijfheid (AVS of EME) en Beton Bitumineux à Module Elevé (BBME) Het gebruik van gemodificeerd bindmiddel heeft geleid tot een verbetering van de weerstand tegen vermoeidheid. Maar het economisch voordeel onderzocht door een gevoelige vermindering van de laagdikte heeft geleid tot het gebruik van duurzaam bitumen om een verhoogde stijfheid te bereiken. Deze speciale bitumen (met penetratie 10/20, 15/25, enz. ) zijn beter geschikt voor deze meer economische toepassingen dan de gemodificeerde bitumen ondanks het sterk benodigde bindmiddelgehalte nodig om een goede weerstand tegen vermoeiing te bekomen. Ze hebben ervoor gezorgd om de Asfalt Verhoogde Stijfheid (AVS of EME) en de bitumineuze beton met verhoogde stijfheid (BBME) te construeren. Door het steeds zwaardere en agressievere verkeer werden de multigrade bitumen ontwikkeld om tegemoet te komen tegen de benodigdheden op het vlak van spoorvorming. Deze speciale bitumen hebben een kleinere thermische gevoeligheid dan de pure bitumen met dezelfde penetratie op 25 C, zo bekomen ze een grotere stijfheid bij verhoogde temperaturen en een verminderde kwetsbaarheid bij lage temperaturen dan de pure bitumen.

27 Hoofdstuk 1: Inleiding Gekleurd asfalt In het begin van de jaren 90 werden de synthetische, pigmenteerbare bindmiddelen ontwikkeld die de ontwikkeling van gekleurde wegen toelaten, wat nieuwe mogelijkheden schept voor de stedelijke ordening en voor de veiligheid Jaren tweeduizend: meer economische en energiebesparende asfalten Vanaf 2000 verscheen de tendens naar onderzoek op het vlak van economische asfalten Koudasfalt Dit type asfalt is speciaal ontwikkeld voor de aanleg van dunne overlagingen op wegen met weinig tot matig verkeer. Het standaard gebruiksdomein is het gebruik in één laag bij herprofilering of aanleg met een gemiddelde dikte van 3 à 4 cm. Het wordt gekarakteriseerd door de granulometrie 0/10. De aanleg moet vrijwel direct na fabricatie gebeuren Warme en half-warme asfalten Het asfalt met verlaagde temperatuur worden gefabriceerd op een temperatuur van 125 C, 40 C lager dan de klassieke fabricatietemperatuur van de asfalt. Ze worden aangelegd op een temperatuur van 120 C en de verdichting gebeurt op ongeveer 100 C. Deze reductie van 40 C zorgt verder ook nog voor een erg grote reductie in de emissies Rollpave Rollpave bestaat uit een prefab asfaltmat op de rol die door middel van een innovatief switch-on/off hechtsysteem op basis van microgolven snel aan de onderliggende laag kan worden gehecht én onthecht. Na aanleg kan deze meteen door het verkeer in gebruik worden genomen. De prefabricage garandeert een constante, hoge kwaliteit van het eindproduct en biedt de mogelijkheid om verschillende varianten te produceren al naar gelang de prestatie-eisen (geluidsreductie, levensduur, stroefheid e.d.) Energie uit wegverhardingen halen In het energiewinningsconcept worden de wegverhardingen gebruikt als zonnecollector. De gewonnen energie wordt dan opgeslagen in bepaalde energie-opslagsystemen. De energie uit de systemen kan gebruikt worden als input voor lage temperatuur verwarmingssystemen, eventueel in combinatie met warmtepompen voor de klimaatbeheersing (verwarming en koeling) van woningen, bedrijfsruimten, openbare gebouwen,... Hierbij wordt het verbruik van fossiele brandstoffen en daarmee de CO₂-uitstoot teruggedrongen.

28 Hoofdstuk 1: Inleiding Nieuwe technieken In de inleiding werden de ontwikkelingen binnen de wegenbouw reeds behandeld. Het doel van deze masterproef is de belangrijkste technieken die de laatste jaren ontwikkeld zijn, te bespreken. Deze ontwikkelingen liggen ofwel aan de basis om een meer geluidsreducerend wegdek te produceren, spoorvorming tegen te gaan of uit economische en ecologische redenen. Deze masterproef wordt daarom verder onderverdeeld in deze drie thema s. In het tweede hoofdstuk worden de nieuwe geluidsreducerende technieken behandeld. Hierbij wordt het tweelaagse ZOA, Zeer Stil Asfalt (ZSA) en de (ultra)dunne deklagen besproken. In het volgende hoofdstuk worden nieuwe technieken met een verbeterde weerstand tegen spoorvorming besproken. Hieronder vallen de Asfalt Verhoogde Stijfheid (AVS of EME) en de gemodificeerde bindmiddelen. In een vierde hoofdstuk worden de economische en ecologische technieken vermeld. Eerst wordt de techniek om energie uit wegverhardingen te halen, besproken waarna de Rollpave en uiteindelijk de lage temperatuursasfalt uitgebreid behandeld wordt. Op de volgende bladzijde wordt een overzicht gegeven van de te behandelen technieken. In een laatste hoofdstuk worden nog enkele besluiten getrokken voor de toekomst. Aannemers en producten zijn nu nog elke dag bezig met de ontwikkeling van nieuwe producten om bestaande procedés aan te passen of bepaalde karakteristieken te verbeteren. Sommige verbeteringen zijn echter zeer miniscuul of onbelangrijk op grote schaal. Vandaar is gekozen om enkel de belangrijkste of de meest uit het oog springende nieuwe technieken bij asfaltverhardingen te bespreken.

29 Hoofdstuk 1: Inleiding 16 Het onderstaande schema geeft een duidelijk beeld weer van de besproken technieken in deze masterproef. De drie hoofdthema s kunnen duidelijk onderscheiden worden, waarin telkens een nieuwe onderverdeling wordt gemaakt met de toepasselijke technieken. Tweelaagse ZOAB Geluidsreducerende technieken ZSA Dunne asfaltdeklagen Nieuwe technieken bij asfaltverhardingen Spoorvormingsreducerende technieken Nieuwe technieken bij bindmiddelen AVS Energie uit wegverhardingen halen Economische en ecologische technieken Rollpave Recyclage Lage temperatuursasfalt Figuur 3: Overzicht nieuwe technieken

30 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 17 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 2.1 Inleiding Door de hoge bevolkingsdichtheid en de zeer verspreide bebouwing heeft Vlaanderen een zeer dicht wegennet. Dit heeft een op vele plaatsen ondraaglijk geworden verkeerslawaai tot gevolg. Om deze overlast tot een minimum te beperken, kunnen geluidsschermen geplaatst worden, aanpassingen uitgevoerd worden aan de voertuigen of geluidsreducerende asfaltdeklagen aangelegd worden. Deze masterproef handelt enkel over nieuwe technieken bij asfaltverhardingen. Zo zijn er de laatste jaren nieuwe geluidsreducerende wegdekken ontwikkeld, die grotere geluidsreducties bekomen als SMA en ZOA en betere karakteristieken vertonen. Dit leidt er toe dat er meer verzoeken bij de wegbeheerder binnenkomen om ook bij grote onderhoudswerkzaamheden over te gaan tot het aanbrengen van geluidsreducerende materialen. Eerst wordt het tweelaagse zeer open asfalt behandeld. Deze heeft een klassieke ZOA als onderlaag en een ZOA met fijnere gradering als bovenlaag. Het behoudt de voordelen van ZOA en reduceert de nadelen ervan. Verder wordt wat dieper ingegaan op de geluidsreducerende asfalt of het Zeer Stil Asfalt. Dit is een dichte (in tegenstelling tot ZOA, SMA en tweelaagse ZOA), geluidsreducerende laag. Het kent voorlopig nog weinig toepassingen in België. Uiteindelijk worden ook de dunne asfaltverhardingen behandeld. Deze kunnen opgedeeld worden in dunne, erg dunne en ultradunne deklagen naargelang de dikte. Ze vormen zo ook dichte geluidsreducerende lagen met goede prestaties. Er bestaan ook nog andere geluidsreducerende lagen, zoals Konwé Stil en Konwé Grip, deze reduceren het weggeluid minder, maar zijn goedkoper. Aangezien hierover geen toepassingen in België bekend zijn, worden deze technieken niet verder behandeld. Om tot een goed begrip te komen omtrent de geluidsreducties worden hier nog enkele basiszaken aangehaald die tot een beter begrip zullen leiden van de invloed van de geluidsreducerende lagen. Het geluidsniveau wordt gemeten in decibel (db). Om ervoor te zorgen dat de resultaten overeen komen met de werkelijke waarneming in het menselijke oor wordt een A-filter ingevoerd zodat het geluid weergegeven wordt in db(a). Een toename van 1 db(a) is nog net hoorbaar, van 3 db(a) wordt ervaren als een lichte vermeerdering van het geluidsniveau en een toename van 10 db(a) wordt ervaren als een verdubbeling van het geluidsniveau. Meestal is het geluidsniveau echter niet constant, maar fluctueert het in de tijd. Daarom wordt het verkeersgeluid niet geëvalueerd aan de hand van de maximaal voorkomende geluidsniveaus maar wel aan de hand van het gemiddelde geluidsniveau gedurende een zekere tijdspanne, het equivalent geluidsniveau Leqgenoemd. Opmerkelijk is dat bij een verdubbeling van het verkeer, een toename van 3 db(a) gemeten wordt in L eq en bij een vertienvoudiging van het verkeer een toename van 10 db(a) gemeten wordt in L eq.

31 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Tweelaagse ZOA Omschrijving Tweelaagse zeer open asfalt wordt al sinds het begin van de jaren negentig in Nederland toegepast. Sinds het einde van de jaren negentig is ook in andere (meestal Europese) landen tweelaagse ZOA toegepast, en dit uitsluitend in proefvakken. Uit de ervaringen met tweelaagse ZOA op stedelijke en provinciale wegen in Nederland en op vooral plaatselijke en secundaire wegen in andere landen bleken goede resultaten. In 2000 ging in België een experiment van start, waarbij het OCW een proefvak aanlegde te Bambois om na te gaan of het tweelaagse ZOA in de Belgische klimaatomstandigheden haalbaar en efficiënt was. Het experiment vindt zijn oorsprong in de pogingen om voor klassiek zeer open asfalt (éénlaags 0/14) een alternatief te vinden dat de vele voordelen (akoestische eigenschappen, waterafvoerend vermogen, stroefheid, weerstand tegen spoorvorming) van deze wegdeksoort behoudt en tegelijk de nadelen (wintergedrag, clogging en duurzaamheid) ervan beperkt of terugdringt. In het algemeen bestaat tweelaagse zeer open asfalt uit een onderlaag van klassiek zeer open asfalt (gradering 0/14, 4 of 5 cm dik) en een dunne toplaag (2,5 cm) zeer open asfalt met fijner toeslagmateriaal (gradering 0/7). De toplaag vervult hierbij de rol van filter, die verstopping tegengaat en een beter wintergedrag mogelijk maakt. De onderlaag neemt de normale rol van het poreuze asfalt op zich. Het geheel bezit ook een groter waterafvoerend vermogen en betere akoestische eigenschappen. Een voorbeeld van een dergelijk structuur wordt in figuur 4 weergegeven. Toplaag: Onderlaag: Tweelaagse ZOA in België Figuur 4: Structuur van een tweelaagse ZOA In september 2000 werd een eerste proefvak tweelaagse zeer open asfalt aangebracht. In een vak van 500 meter lang (op de N988 van Fosses-la-Ville naar Saint-Gérard) werden de bovenste 7 cm van de bestaande bitumineuze verharding vervangen door tweelaagse ZOA van eenzelfde totale dikte. Gemiddeld passeren er 2100 voertuigen per dag in één enkele richting (waarvan 3% zwaar verkeer). Het proefvak is landelijk gelegen en maakt geen bochten.

32 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 19 In de discontinue korrelverdelingen die waren voorgeschreven, mankeerde voor de onderlaag de fractie 2/10 en voor de toplaag de fractie 2/4. Voorts moest de holle ruimte hoger zijn dan 21% (bepaald met Marshall proefstukken) en diende het massaverlies volgens de Cantabroproef kleiner zijn dan 15%. Behalve het Cantabroverlies van de onderlaag, werden de voorschriften nageleefd. Aangezien het om de onderlaag ging, werd een afwijking toegestaan. Het experiment faalde echter. Na minder dan een jaar had de toplaag last van algemene rafeling. Deze faling was te wijten aan de combinatie van een te laag bindmiddelgehalte (5,2%) met een zeer hoge holle ruimte (30,3%). De schade was zo groot dat besloten werd de toplaag van het tweelaagse zeer open asfalt te vervangen Heraanleg van de eerste verharding In juni 2002 werd de toplaag van de in 2000 aangelegde verharding afgefreesd. Nadat de onderliggende laag met water onder druk was schoon gespoten, werd de toplaag vervangen door een nieuwe laag zeer open asfalt 0/7. In de samenstelling van deze nieuwe laag was rekening gehouden met de oorzaken van de faling. Om betere eigenschappen te bekomen en de rafeling te vermijden werden volgende verbeterde karakteristieken voorgesteld ten opzichte van de eerste toplaag. Tabel 1: Karakteristieken verbeterde tweelaagse ZOA Jaartal % Gesteente % Vulstof % Bindmiddel Bindmiddel % Cantabroverlies % HR ,9% 5,0 5,3% 50/85 8,0 22, ,4% 5,9 5,9% 85/130 4,3 25,1 Zo werd het bindmiddelgehalte verhoogd in 2002 (tot 5,9%), werd het oorspronkelijk bindmiddel vervangen door een bindmiddel met meer elastomeren en werd een deel (2%) van de vulstof vervangen door gebluste kalk, om de hechting te verbeteren. De overige eisen, zoals de korrelverdeling, bleven dezelfde. De aangebrachte wijzigingen reduceerden bovendien het massaverlies in de Cantabroproef. Uit de analyses van de monsters die tijdens de verwerking waren genomen, bleek dat de materialen uit het asfalt voldeden aan de eisen, behalve op vlak van de holle ruimte in de vulstof. Hieruit werd afgeleid dat in plaats van het voorgeschreven type I, een type II-vulstof was gebruikt. De dikten van de verschillende lagen en de holle ruimte in de nieuwe toplaag werden gecontroleerd aan de hand van een tiental boorkernen. De nieuwe toplaag (29,8 mm) is dikker dan die van 2000 (24,1 mm), wat een logisch gevolg is van de aanpassing van de freesdiepte om de beschadigde oude toplaag volledig te verwijderen. De gemiddelde holle ruimte (27%) ligt nog steeds boven de richtwaarden (19 tot 25%) maar is toch al minder dan de vorige laag (30,3%), wat gunstiger is voor de weerstand tegen rafeling. Het profiel van de wegverharding werd gemeten met een lengteprofielanalysator (APL). De vlakheid van het wegdek mag als uitstekend worden beschouwd, behalve in de aansluitingen op de bestaande verharding. Dit wordt geconfirmeerd door het comfortgevoel van weggebruikers die over het proefvak rijden.

33 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Monitoring Na de aanleg in juni 2002 werd de evolutie van het gedrag en de voornaamste kenmerken van het proefvak gemonitord. Dit gebeurde met behulp van visuele inspecties, halfjaarlijkse metingen van het waterafvoerend vermogen en de dichtheid en jaarlijkse metingen van de akoestische eigenschappen, de textuur en de stroefheid. Ook het wintergedrag werd gedurende drie winters systematisch gevolgd. Dit zijn de gegevens die tot nu toe vrijgegeven zijn. Uit de resultaten van deze waarnemingen en metingen bleek dat de verharding in 2003 al tekenen van dichtslibbing vertoonde. Daarom werd besloten de verharding te reinigen. Van de twee aangelegde rijstroken werd er echter maar één gereinigd, om de doeltreffendheid van de behandeling te kunnen beoordelen door deze achteraf te vergelijken met de niet-gereinigde rijstrook. Voor de reiniging werd een spuitmachine met roterende sproeikoppen gebruikt. De waterdruk was hierbij op 85 bar ingesteld. Het effect van de reiniging op het gedrag en de kenmerken van de verharding wordt hierna op vlak van het uitzicht, het watervoerend vermogen, de geluidsreductie en de stroefheid besproken Karakteristieken Uitzicht Uit de eerste drie gebruiksjaren (drie winters en drie zomers) mocht gesteld worden dat de toplaag zich in een vrij behoorlijke staat bevindt. De enige zichtbare schade zijn enkele striemen, veroorzaakt door hoefijzers, en enkele plaatsen met lichte rafeling, waarvan de oorzaak niet geheel duidelijk is. Deze plaatselijke rafeling heeft niets te maken met de algemene rafeling die aanleiding gaf tot vervanging van de originele toplaag aangelegd in De twee lichte gebreken brengen de levensduur van de verharding echter niet in gevaar. De rafeling is trouwens zeer beperkt in omvang, ze omvat minder dan 0,02% van de totale oppervlakte. Op te merken valt dat de reiniging het aantal uitgerafelde plekken in deze rijstrook aanzienlijk heeft doen toenemen ter vergelijking met de nietgereinigde rijstrook. In dit opzicht heeft de reiniging de staat van het wegdek dus nadelig beïnvloed Waterafvoerend vermogen Het waterafvoerend vermogen, dat gemeten wordt met een drainometer, vermindert langzaam sinds de aanbrenging van de nieuwe toplaag. De gemiddelde uitstroomtijd was aanvankelijk uitstekend (slechts 11 s in 2002), maar bedroeg in 2005 reeds tussen de 26 en 36 s. Deze waarden voldoen nog steeds aan de voorschriften, maar benaderen de grenswaarde van 40s. De reiniging heeft geen onmiddellijk effect gehad op het waterafvoerend vermogen, maar het lijkt in de gereinigde rijstrook toch langzamerhand af te nemen (26 s in 2005) dan in de niet-gereinigde (36 s in 2005) Geluidsreductie Het tweelaagse zeer open asfalt te Bambois was aanvankelijk 5 tot 6 db (A) stiller dan AB-1A. Het werd echter vanzelf luidruchtiger, aanvankelijk in een tempo van circa. 1 db (A) per jaar. Bij het reinigen van het wegdek wordt deze toename nagenoeg teniet gedaan. Door het zelfreinigende effect onder het verkeer bleef in de rijsporen de geluidsabsorptie op de aanzienlijke waarden. Dit

34 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 21 effect bleef echter afwezig tussen de rijsporen, waar een aanzienlijke achteruitgang van de geluidsabsorptie werd geconstateerd. Bovendien dient vermeld dat de textuur, die niet veranderde, zoals te verwachten viel geen rol in de toename van het geluidsniveau heeft gespeeld. Het aanvankelijke geluidsniveau ligt voor de vakken met fijn aggregaat (<6mm) in de toplaag iets lager, ongeveer 1,5 db(a), dan voor die met grover aggregaat. Dit niveau was eveneens gecorreleerd met de totale dikte van de twee ZOA-lagen voor de vakken met fijn aggregaat in de toplaag Stroefheid De metingen met zowel de odliograaf als de SCRIM gaven DWC-waarden (dwarse wrijvingscoëfficiënt) voor de stroefheid die zelfs bij 80 km/h ruim boven de opleveringscriteria in de standaardbestekken bleven. De daling van de DWC in de tijd, dus door het verkeer, geschiedt echter vrij snel. In de komende jaren moet verder worden gemonitord of zij tot stilstand komt, en op welk niveau. De daling van de DWC-waarden uit de verschillende reeksen odliograafmetingen duidt op het feit dat het jonge wegdek zich aanvankelijk ongelijkmatig gedroeg. Deze ongelijkmatigheid verdween na verloop van tijd. De DWC-waarden die in 2005 op het tweelaagse zeer open asfalt zijn gemeten, vertonen over het gehele proefvak een goede gelijkmatigheid. De reiniging van het proefvak lijkt de DWC-waarden niet te hebben beïnvloed. Tabel 2: DWC- waarden tweelaagse ZOA DWC-waarden 3/7/2002 9/9/ /9/2004 4/08/2005 Odliograaf SCRIM Grip tester Wintergedrag De metingen van wegdektemperaturen in situ, gegevens van weerstations, strooiparameters en de waarnemingen in situ, die gedurende drie winters zijn verzameld, hebben het mogelijk gemaakt het wintergedrag van het tweelaagse zeer open asfalt te vergelijken met dat van het aangrenzende wegdek van dicht asfaltbeton. Op het tweelaagse zeer open asfalt hebben er zich nooit specifieke gladheidstoestanden voorgedaan die op het aangrenzende dicht asfaltbeton niet voorkwamen. Meer bepaald was de grip van autobanden op het wegdek in alle beschreven situaties met sneeuw op het tweelaagse zeer open asfalt steeds minstens even groot als op het dicht asfaltbeton. Bij lichte sneeuwval (1 tot 2 cm) of een laag natte smeltende sneeuw was de macrotextuur van het zeer open asfalt zelfs meermaals een voordeel doordat zij een beter contact tussen band en toeslagmaterialen mogelijk maakte. Bij de meeste strooiacties tegen winterse gladheid werd droog NaCl gebruikt, in een dosis van 15 g/m². Het vak met zeer open asfalt kreeg dezelfde behandeling als het aangrenzende referentievlak van dicht asfaltbeton. Aan de preventieve zijde mag worden geschat dat op het vak met zeer open asfalt maximaal 20% meer strooiacties zijn uitgevoerd. Deze acties maakten deel uit van plaatselijke preventieve strooibeurten op een aantal weggedeelten die bij droog weer vochtig waren gebleven.

35 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 22 De temperatuurmetingen in situ bevestigden dat tweelaagse zeer open asfalt bijzondere warmte- en vochtgedragingen vertoont, waardoor het zich onderscheidt van dicht asfaltbeton. Het tweelaagse zeer open asfalt bleef 2,3 tot 2,8% van de tijd langer bevroren dan het aangrenzende dicht asfaltbeton. Ook kenmerkend is dat het tweelaagse zeer open asfalt bij afkoeling 24 tot 40 minuten vroeger onder het vriespunt dook dan het dicht asfaltbeton, terwijl het bij opwarming 15 tot 20 min meer tijd nodig had om weer boven het vriespunt te komen Onderzoek De aanleg van het proefvak vormde een gelegenheid om de watergevoeligheid, verdichtbaarheid, weerstand tegen rafeling, ontmenging en veroudering te onderzoeken. De watergevoeligheid werd onderzocht aan de hand van de Cantabroproef. Voor het asfaltmengsel te Bambois wordt deze gevoeligheid op 20% geschat, wat op een bevredigende duurzaamheid van de toplaag duidt. Bij de vervaardiging van Marshall proefstukken (voor de Cantabroproef) uit bulkmengsel dat op de bouwplaats was bemonsterd, bleek dat verhitting van het mengsel de kenmerken van de proefstukken in grote mate beïnvloeden. De conclusie die hieruit getrokken kan worden is dat deze verhitting tot elke prijs vermeden moet worden. De verdichtbaarheid werd geëvalueerd in een gyratorverdichter. Het bleek dat de holle ruimten na honderd omwentelingen in de gyratorverdichter uitstekend overeenkwamen met die van Marshall proefstukken, mits deze op dezelfde manier waren vervaardigd (hier door verhitting van bulkmengsel van op de bouwplaats). Voor de weerstand tegen rafeling werd gebruik gemaakt van de in Nederland bedachte RSATmethode. Omdat de nodige apparatuur in België niet beschikbaar was, vonden de proeven plaats in een laboratorium dat de proef ontwikkelde. Uit de resultaten bleek dat het mengsel te Bambois in vergelijking met veel andere mengsels die eerder waren beproefd, weinig resistent is tegen rafeling. Al de eerder beproefde mengsels waren echter rijker aan bindmiddel. In de praktijk wordt echter vast gesteld dat het bitumen en de bitumenfilmdikte niet altijd gelijkmatig over het ZOA-laag zijn verdeeld. Er kan gesproken worden van ontmenging. Naast gevolgen voor de volumetrische eigenschappen, hebben ontmengingsverschijnselen ook gevolgen op vlak van het lange termijn gedrag van het tweelaagse ZOA. Hierbij kan gedacht worden aan het versneld optreden van materiaalverlies aan het wegdekoppervlak (rafeling) omdat in het bovenste deel van de ZOA-laag niet genoeg bindmiddel aanwezig is. Tevens is er een afname van de geluidsreductie doordat de holle ruimten met uitgezakte mastiek gevuld raken. Tijdens de verwerking van het tweelaagse ZOA, treedt de ontmenging zowel in de verticale als in de horizontale richting op. De horizontale ontmenging is een gevolg van korrelontmenging, de verticale wordt veroorzaakt door het uitzakken van de mastiek in de holle ruimten. Daarnaast zijn er ook andere aspecten geëvalueerd, waaruit enkele conclusies getrokken kunnen worden. Omdat ontmenging niet vermeden kan worden, maar door aanpassingen van het verwerkingsproces wel te reduceren is, worden toetsingsvoorwaarden voor ontmenging van ZOA 0/16 voorgesteld.

36 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 23 Een overschrijding van de onderstaande toetsingsvoorwaarden zouden kortingen in, of verbeteringen van het werk tot gevolg kunnen hebben. Tabel 3: Toepassingsvoorwaarden voor ontmenging van ZOA 0/16 Plaats in het dwarsprofiel Bitumen Steenpercentage percentage Maximaal verschil tussen 0,7% (m/m) Groter dan 2 mm boven en onder in de laag 1,6% (m/m) Maximaal verschil tussen 0,4% (m/m) Groter dan zeef C8 de buitenstroken en de 3,2% (m/m) middenstrook in de totale laag Holle ruimte in het mineraal aggregaat 3,6% (V/V) 4,5%(V/V) Met de monsters (bindmiddelen en boorkernen) die bij de aanleg en de monitoring van het proefvak waren verzameld, kon de veroudering van het asfalt in situ en de simulatie van deze veroudering in het laboratorium onderzocht worden. Dit onderzoek vormde een eerste stap naar een methode om de veroudering in situ van (een- of tweelaags) zeer open asfalt te voorspellen uit een eenvoudige laboratoriumproef (kunstmatige veroudering van het asfalt in een op 60 C afgestelde droogstoof, onder lucht- of eventueel onder zuurstoftoevoer.) Voordat deze methode echter kan worden toegepast, moet zij verbeterd worden en op andere mengsels worden uitgetest. Eén van de voornaamste conclusies uit dit onderzoek is immers dat er nog essentiële informatie ontbreekt voor de uitvoering van deze methode. Het gaat om de activatie-energie van de verouderingsreacties bij polymeergemodificeerde bindmiddelen en in mindere mate de invloed van vocht Conclusies Huidige situatie Het tweelaagse zeer open asfalt van het proefvak te Bambois levert totnogtoe bevredigende resultaten: de huidige staat van het wegdek laat een tevreden stellende duurzaamheid verhopen en in de winter gedraagt het zich tot dusver gelijkaardig aan klassiek dicht asfaltbeton, al heeft het wellicht een klein aantal extra strooiacties (20%) nodig om alle risico s uit te sluiten. Voorts behoudt of verbetert het tweelaagse zeer open asfalt de specifieke eigenschappen van klassiek (éénlaags) zeer open asfalt. Zo bezit het uitstekende akoestische eigenschappen, een goed waterafvoerend vermogen en een goede stroefheid. Het spreekt vanzelf dat deze positieve balans nog niet voldoende is. De periode voor het monitoren was zeer kort, vooral voor het wintergedrag (in drie jaar tijd kunnen niet alle mogelijke winterse omstandigheden zich voordoen). Ook de schade die bij een mogelijke dichtslibbing kan optreden kon nog niet worden ingeschat. Besluiten op het vlak van de technische levensduur van het tweelaagse ZOA konden alleen uit de gegevens van de vervangen Nederlandse vakken worden getrokken, omdat enkel in Nederland gegevens zijn gevonden over wegvakken die na een volledige levensduur waren vervangen. De gemiddelde levensduur van de vervangen vakken bedroeg 7 jaar, maar de bestaande vakken die het einde van hun levensduur naderen zijn duurzamer, ze gaan nu gemiddeld al meer dan 9 jaar mee.

37 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 24 Een interessant gegeven is bovendien dat Nederland een aantal vakken liggen heeft die al meer dan tien jaar oud zijn en nog in goede staat verkeren. Verwacht mag dus worden dat de huidige generatie wegvakken met tweelaagse ZOA een betere duurzaamheid zal bereiken dan de 7 jaar oude vakken die inmiddels zijn vervangen. Uit toepassingen blijken ook enkele nadelen. Zo is het tweelaagse ZOA niet wenselijk als er veel wringend verkeer aanwezig is (vb. kruisingsvlakken, scherpe bochten, op- en afritten) waardoor de levensduur van ZOA beperkt wordt of waar de verkeersintensiteit laag (minder zuigende en pompende werking van de banden) is waardoor ten eerste een extra kans op wintergladheid aanwezig is en ten tweede de geluidsreductie sneller achter uit gaat. Het wordt ook best niet toegepast waar de snelheid 60 km/h of lager is waardoor de geluidsreductie van ZOA gering is of waar de aangrenzende gebieden (vb. landbouw, duinen) de weg vervuilen waardoor meer budget voor onderhoud nodig is. Dit leidt ook tot extra verkeershinder. Het wordt best aangelegd waar de breedte van de weg voldoende is waardoor het reinigen van het ZOA er niet toe leidt dat het verkeer omgeleid moet worden Toekomst Het lijkt nuttig de komende jaren een aantal waarnemingen en metingen op de locatie van Bambois voort te zetten. Zowel visuele waarnemingen, doorlatendheids-, geluid- en stroefheidsmetingen als het volgen van het wintergedrag. Bovendien zouden gezien de positieve resultaten van het experiment te Bambois op andere plaatsen nieuwe proefvakken aan moeten gelegd worden. Dit zou de opportuniteit bieden de techniek onder andere klimaatomstandigheden, onder een ander verkeersbelasting en met andere mengselsamenstellingen te beproeven. Uit de resultaten met de RSAT-machine volgen enkele bedenkingen. Zijn dit de juiste mengselsamenstellingen die in het tweelaagse zeer open asfalt van dit eerste proefvak zijn toegepast? Zou het bindmiddelgehalte van de toplaag niet nog meer moeten worden verhoogd, allicht ten koste van de holle ruimte, om de weerstand tegen rafeling en bijgevolg de duurzaamheid bijkomend te vergroten? Hier is verder onderzoek nodig. Om een beter inzicht in het ijzelgedrag te verkrijgen, zou het interessant zijn op het bevroren wegdek regensimulaties uit te voeren. Deze proeven kunnen echter pas onder welbepaalde omstandigheden uitgevoerd worden: lange periode met grondvorst, droog weer, geen recente preventieve behandeling, en randvoorwaarden voor de organisatie en de veiligheid. Voor het monitoren van de gladheid van het wegdek zijn primitieve middelen gebruikt (visuele inspectie, remproef). Apparatuur waarmee de stroefheid kwantitatief kan worden bepaald (vb. de Grip-Tester), zou hier een meerwaarde kunnen betekenen. Deze metingen zouden dan tijdens de eerder vermelde regensimulaties kunnen plaats vinden. Een vergelijkend onderzoek naar de reactie van het wegdek op verschillende behandelingen tegen winterse gladheid (NaCl in kristallen van 0/3 mm, met of zonder pekel) zou eveneens nuttig zijn. Een aantal aspecten in verband met reiniging moet nog worden uitgewerkt: wanneer, hoe vaak, met welke middelen, hoe de doeltreffendheid evalueren, welke invloed heeft reinigen op de kenmerken en meer bepaald de duurzaamheid van het asfalt? Op al deze vragen is er tot nu toe gaan duidelijk antwoord.

38 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Zeer stil Asfalt (ZSA) Omschrijving Er is een nieuwe geluidsreducerende deklaag ontwikkeld, die het verkeerslawaai meer dan halveert: Zeer Stil Asfalt (ZSA) of voluit Zeer Stil Asfalt Semi-Dicht (ZSA-SD). Dit wegdek vormt een dichte, duurzamere variant van het reeds langer bestaande ZOA. De geluidsreductie van ZSA komt overeen met het tweelaagse ZOA. Maar daarmee houdt de gelijkenis op. De korrelopbouw is anders en er wordt een speciaal SBS-gemodificeerd bindmiddel gebruikt. In ZSA zitten dezelfde toeslagstoffen als in de éénlaagse ZOA. Beide mengsels zijn ook gebaseerd op een 2/6 gradering. Het verschil zit hem in het steengehalte: bij ZOA bedraagt deze 80% en bij het ZSA 74%. Dat heeft consequenties voor het percentage holle ruimte. Bij ZOA is dat circa 23%, bij ZSA ongeveer 13%. Het heeft dus minder holle ruimte. Daardoor is het duurzamer en treedt er minder rafeling op. Het wordt meestal uitgevoerd in één gang in een dikte van 2,5 cm Karakteristieken Geluidsreductie Het gebruik van ZSA levert een hoge geluidsreductie op. Hiertoe worden de wegdekcorrecties uitgezet voor ZSA. De wegdekcorrectie of C wegdek is het verschil in geluidemissie tussen het referentiewegdek (dicht asfaltbeton) en het ZSA. De wegdekcorrectie is afhankelijk van de verkeerscategorie en de snelheid zoals weergegeven in onderstaande tabel. Tabel 4: C wegdek bij verschillende snelheden C wegdek in db(a) 40 km/h 50 km/h 60 km/h Lichte motorvoertuigen -3,9-4,6-5,2 Middelzware en zware motorvoertuigen -4,3-4,3-4,3 Voor zware motorvoertuigen, zoals vrachtwagens bedraagt de geluidsreductie bij 50 km per uur 4,3 db(a) en voor lichte motorvoertuigen, bijvoorbeeld personenwagens, bedraagt dit bij 50 km per uur 4,6 db(a). Dit komt neer op een vermindering van het weggeluid met ruim de helft. Het is onduidelijk of de geluidsreductie blijvend is. Verwacht wordt dat na 3 jaar een vermindering van 1 db(a) kan worden aangehouden. Het valt aan te nemen dat na 4 à 5 jaar deze waarden nog iets verder zullen toenemen. Monitoring op lange termijn moet hierover uitsluitsel geven Levensduur ZSA is beter bestand tegen rafeling en duurzamer dan het ZOA, maar minder duurzaam dan SMA. Afhankelijk van de gebruiksomstandigheden wordt de levensduur van het ZOA op circa tien jaar geschat. Op dit moment wordt ervan uitgegaan dat ZSA een levensduur heeft van 12 jaar tegen gemiddeld 15 tot 18 jaar bij SMA. Om de kosten van de kortere vervangingstermijn van een nieuwe geluidsreducerende deklaag te bekostigen, moet er over een groter budget beschikt worden. ZSA is bestand tegen belastingen van zwaar verkeer en biedt bovendien goed weerstand tegen wringend verkeer.

39 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Stroefheid Remproeven op ZSA volgens tonen aan dat het zeer stroef is. Ze behalen een remvertraging van 6,7 en 8,0 m/s na respectievelijk een maand en een jaar gebruik. Deze waarden voldoen ruimschoots aan de minimale eis van 5,0 m/s remvertraging. Door de bijzondere oppervlaktextuur liggen de stroefheidswaarden aanzienlijk hoger dan bij standaard ZOA het geval is. Hierdoor wordt slipgevaar voorkomen Voorzieningen Om de voordelen goed tot hun recht te laten komen, moet ZOA in een homogene laagdikte worden aangebracht. Dat kan in sommige gevallen alleen als de weg met een tussenlaag op het vereiste profiel wordt gebracht. Bij ZSA-SD is variatie in laagdikte minder kritisch. ZSA moet zoveel mogelijk machinaal en naadloos worden aangebracht. Daarom is het soms nodig om meer afwerkmachines naast elkaar in te zetten. Door de geschikte dikte van de ZSA-deklaag, zijn er in stedelijk gebied veelal geen speciale voorzieningen voor waterafvoer nodig. Het kan gewoon worden opgesloten met goottegels of -klinkers, net zoals bij dicht asfaltbeton. Ook de aansluitende verhardingen, trottoirs of groenstroken hoeven dan niet of nauwelijks aangepast te worden Reparaties en onderhoud Kleine tussentijdse reparaties kunnen uitgevoerd worden met een speciale variant van warm bereid koudasfalt. Aan het einde van de levensduur kan de ZSA-deklaag eenvoudig worden vervangen. De uitkomende materialen kunnen volledig worden hergebruikt in asfaltbeton. Bij ZSA is extra reinigen niet nodig, omdat het een min of meer dichte deklaag is. Het onderhoud kan meelopen in het reguliere onderhouds- en reinigingsprogramma van de wegbeheerder. Ook bij de gladheidsbestrijding kan uitgegaan worden van wat gebruikelijk is bij dicht asfaltbeton Aanleg en toepassingen Het dunne geluidsreducerende asfalt heeft een gering warmtehoudend vermogen. Het koelt daardoor snel af waardoor de laag kort na het aanbrengen van het asfalt verdicht (afgewalst) moet worden. Bij een lage buitentemperatuur koelt het asfalt uiteraard nog sneller af, waardoor het verdichtingstraject nog korter wordt. Het risico van te extreme afkoeling voordat de gewenste verdichting is bereikt is te groot, wat een negatieve invloed heeft op de levensduur van het asfalt. Bijgevolg kan geluidsreducerend asfalt slechts in een beperkte periode aangebracht worden. Geluidsreducerende deklagen aanbrengen in de maanden oktober en november (wat bij SMA meestal nog mogelijk is) brengt bepaalde risico s met zich mee. Het lijkt het veiligst enkel in de zomermaanden aan te leggen. Het wordt best toegepast op hoofdwegen of provinciale wegen. ZSA is in mindere mate toepasbaar op rotondes en kruispunten. Dit blijkt uit Nederlandse ervaringen. Op bepaalde plaatsen moeten enkele geluidsarme deklaagvakken opnieuw aangelegd worden. De kosten voor het leveren en aanbrengen van het Zeer Stil Asfalt liggen wel ongeveer 15% hoger dan voor het veel gebruikte steenmastiekasfalt. ZSA wordt bij enkele Nederlands firma s beschouwd als de nieuwe standaard. Enkel in constructies waar de toplaag juist waterdoorlatend moet zijn, wordt nog ZOA toegepast.

40 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken ZSA in België Binnen het bestemmingsplan De Brabander in Antwerpen moest op basis van een nieuw aan te leggen weg (Nieuwe Overloonseweg) een geluidsafname van ten minste 3 db (A) worden bereikt. Om dit te realiseren werd er gekozen voor ZSA. Ook gedeelten van de Beekweg en de Noordsingel zijn, als plangrenzen voor dit gebied, voorzien van dit asfalt. De aanleg hiervan gebeurde in Voor het overige zijn nog geen toepassingen bekend daar het procedé voornamelijk in Nederland wordt toegepast.

41 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Dunne oppervlaktelagen Omschrijving Het tweelaagse ZOA is erg kosteneffectief om geluid te reduceren op stedelijke wegen maar nog steeds duurder dan normale verhardingen en daarom waren er goedkopere types van geluidreducerende verhardingen nodig. Vooral bij afritten wringen de autobanden te snel steentjes los uit de deklaag, het zogenoemde rafelen door veelvuldig optrekkend of remmend verkeer. Door dit rafelen blijkt de levensduur van het tweelaagse ZOA op sommige plaatsen terug te lopen van twaalf jaar tot nog maar zeven jaar. Dit is zeer kostelijk, door de vele reparaties. Meestal komen deze neer op het aanbrengen van een nieuwe toplaag na het eerst wegfrezen van 5 cm wegdek. Verhardingen moeten qua kosten kunnen competeren met de normale verhardingen en toch een geluidsreducerende capaciteit bezitten, zelfs al is deze niet zo reducerend als bij tweelaagse ZOA. Vanuit dat opzicht zijn de dunne asfaltverhardingen ontwikkeld. Niettegenstaande een echte definitie van de dikte van dunne of ultradunne lagen in België nog niet beschikbaar is, gaat het hier en in de meeste Europese landen doorgaans over hot mix asfaltlagen met een maximale dikte van 3 cm. Er kan een onderscheid gemaakt worden naar de dikte van de lagen: Dunne SMA of Thin Layer Asphalt Concrete (AC-TL) met een dikte van 25 tot 40 à 50 mm, naargelang het type. In Frankrijk BBM (Beton Bitumineux Mince) genaamd. Erg dunne laag asfaltbeton of Very Thin Layer Asphalt Concrete (AC-VTL) met een dikte van 20 tot 30 mm. Dit is een polymeer gemodificeerd asfaltbeton verbonden met de onderlaag door een kleeflaag. In Frankrijk BBTM (Beton Bitumineux Très Mince) genaamd. Ultradunne laag asfaltbeton of Ultra Thin Layer Asphalt Concrete (UTLAC) met een dikte van 10 tot 20 mm. Er worden verschillende varianten van deze laag gebruikt om een goede, geluidsreducerende oppervlaktelaag aan te leggen. In Frankrijk BBUM (Beton Bitumineux Ultra Mince) genaamd. De Franse firma Screg ontwikkelde al een ultradunne asfaltdeklaag in Ze zijn samengesteld uit een ondoorlatende laag met granulaten 0/6 of 0/10 (heel uitzonderlijk 0/14) bovenop een klevende emulsielaag. De granulometrische kromme van de erg dunne asfaltdeklagen 0/6 of 0/10 is sterk discontinu, met een zwak gehalte aan zand, rond 20%. Bij de dunne asfaltdeklagen is de laag samengesteld met granulaten 0/10 of 0/14 met een sterk discontinue granulometrische kromme (2/6,3)1. Het zand is een gebroken 0/2 of 0/3. Indien nodig wordt nog vulstof bijgevoegd. Het bitumen is een puur bitumen 50/70 of 70/100, zelden een 180/220 (enkel voor zwak verkeer in koude landen) of een 35/50 (voor warme landen) dat aan ongeveer 5% wordt toegevoegd. Een polymeerbitumen kan gerechtvaardigd zijn bij bepaalde zeer strenge belastingen (zeer zwaar verkeer, belangrijke tangentiële krachten, ). De gedetailleerde samenstelling van de verschillende lagen wordt verder behandeld aan de hand van de lagen die in België toegepast worden. 1 De verschillende granulometrische krommes staan weergegeven in bijlage B

42 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Karakteristieken Algemeen zijn de dunne open verhardingen alleen open aan het bovenste deel van de verharding met holtes die een diepte hebben, kleiner dan de maximale afmeting van de steenslag. Het basisconcept voor de geluidsreductie is om en wegverharding te creëren, met zo groot mogelijke holtes aan de oppervlakte om het geluid te reduceren voortkomende van het air pumping effect. Tegelijkertijd moet het een vlak oppervlak verzekeren om het geluid voortgebracht door de vibraties van de banden te reduceren. Onderstaande figuur geeft het verschil weer in structuur tussen een gewoon asfaltbeton AB, een splitmastiekasfalt SMA, een dunne laag AC-TL en een ZOA. De grote hoeveelheid mastiek en open oppervlaktestructuur kan hierbij opgemerkt worden. AB SMA AC-TL ZOA Figuur 5: Verschil in structuur tussen AB, SMA, AC-TL en ZOA Door hun kleinere korrelmaat en een meestal open oppervlaktetextuur zijn deze lagen geluidsreducerend. In een algemeen wegenbeleid waarbij bovendien moet worden gestreefd om veiligheid en comfort van wegen op peil te houden, maar waar tegelijkertijd beperkte budgetten beschikbaar zijn, is het overlagen met dunne lagen een economische oplossing, op voorwaarde dat duurzame oplossingen kunnen geboden worden en de onderliggende structuur draagkrachtig (en dus van voldoende dikte) en duurzaam is. Deze dunne laag is dus een oppervlaktelaag en wordt aangelegd op een hechtingslaag. Bovendien mag niet worden vergeten dat bij de aanleg van dunne lagen minder materiaal nodig is en dat deze oplossing bijgevolg vanuit ecologisch standpunt interessant is. Bovendien worden deze lagen vaak gebruikt voor het herstellen en het onderhoud van bestaande wegen. Er is een model opgesteld voor de dunne lagen om een zo groot mogelijke geluidsreductie te bekomen. Het weergeven van het model zou te ver leiden, daarom worden enkel de conclusies weergegeven. Dit gebeurt aan de hand van de onderstaande figuur, dat schematisch een wegoppervlak weergeeft: Figuur 6: Model wegoppervlak

43 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 30 De grootste geluidsreducties worden bekomen als volgende regels nageleefd worden: De hoogste punten van het wegoppervlak moeten dezelfde hoogte hebben (X zo klein mogelijk). De afstand tussen deze punten moet zo klein mogelijk zijn (H zo klein mogelijk). De gaten tussen de toppunten moeten zo diep mogelijk zijn (MPD zo hoog mogelijk). Deze modellering kan gebruikt worden als ontwerpcriteria voor de ontwikkeling van de dunne geluidsreducerende oppervlakken. Samengevat levert dit een groot aantal positieve kenmerken voor de dunne deklagen op. Ze bezitten een hoge stroefheid en een goede macrotextuur ( 0,6 mm voor 0/6 en 0,8 mm voor 0/10) wat de veiligheid van de bestuurders ten goede komt. Bij een goede hechting met de onderliggende laag kunnen de wring- en spanningskrachten overgebracht worden naar de onderlaag. Hierdoor worden de toepassingsmogelijkheden groter zodat de deklagen ook op parkeerplaatsen, kruispunten of ronde punten aangelegd kunnen worden. Het vertoont een goede afdichting zodat de doorgang van water naar de onderlaag beperkt wordt. De deklagen hebben zo ook een verminderde watergevoeligheid. Het vormt een voldoende weerstand tegen de verouderingseffecten van water zoals cohesieverlies en reductie van stijfheid. Eveneens heeft het een goede weerstand tegen vervorming en vermoeiing. Aan de hand van deze karakteristieken wordt de levensduur verwacht tussen 8 en 13 jaar. De ultradunne lagen beperken bovendien het rolgeluid ten opzichte van de normale asfaltbeton. Deze geluidsreductie is op het niveau van nieuw aangelegd ZOA Fabricage Deze dunne deklagen worden voornamelijk gebruikt voor onderhoud van wegen waarbij de aanhechting en ondoorlatendheid verbeterd moet worden, maar het kan ook gebruikt worden voor het aanleggen van nieuwe wegen Nieuwe wegen Het asfalt kan zowel in continue als discontinue asfaltcentrales geproduceerd worden volgens de traditionele middelen. De fabricagetemperaturen en de plaatsing zijn klassiek voor de klasse van het gebruikte bitumen. Bij de dunne asfaltdeklagen (AC-TL) worden echter wel licht verhoogde fabricatieen aanlegtemperaturen voorgeschreven. Bij de ultradunne asfaltlagen kan de simultane toepassing van het bindmiddel van de tussenliggende laag en de granulaten gebeuren aan de hand van twee machines: speciale afwerkingsmachines en finishers. Op de volgende bladzijde wordt een dergelijke speciale afwerkingsmachine afgebeeld en worden de verschillende onderdelen benoemd.

44 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 31 B C D D A E F G Figuur 7: Speciale afwerkingsmachine Deze speciale afwerkingsmachines bevatten volgende componenten: - A. Een ontvangbak voor de materialen - B. Een transportband - C. Een geïsoleerd compartiment voor de opslag van het asfalt - D. Een geïsoleerd reservoir voor de opslag van de emulsie - E. Een uitschuifbare helling voor het uitstrooien van de emulsie - F. Twee vijzels voor de laterale verdeling van de materialen - G. Een verwarmde en uitschuifbare tafel Het debiet van de producten kan aangepast worden aan de voortgangssnelheid. Bovendien wordt er nog een tweede soort machines gebruikt, namelijk de finishers. Deze machines bevatten alle componenten van een klassieke finisher en de nodige elementen voor het uitstrooien van de emulsie die fungeert als hechtingslaag. De plaatsing is mogelijk op een licht vochtige ondergrond, maar niet bij regen. De temperatuur van de onderliggende laag moet hoger liggen dan 5 C. De plaatsing gebeurt bij hoge snelheid: 12 tot 25 m/min met de speciale machines en 8 tot 15 m/min met de finishers. De uitstrooiing van het bindmiddel, de herverdeling van het asfaltmengsel en de afvlakking gebeuren op enkele seconden tijd. Na het aanbrengen en afwalsen kan de laag onmiddellijk door het verkeer worden betreden Onderhoud van wegen Hier wordt het herstellen van een bepaalde verharding door een dunne asfaltoverlaging besproken. In één werkgang wordt met de gespecialiseerde afwerkingsmachine een speciale emulsie en een ultra dunne deklaag met een laagdikte van 1 tot 2,5 cm op het ZOA aangebracht. Het geheim van het renovatiesysteem schuilt voor een groot deel in de speciale emulsie die de overlaging onlosmakelijk verbindt met de oude deklaag. De tot 70 C verwarmde emulsie dringt voor een groot deel door in de aangetaste ZOA-laag en omhult het oude steenskelet. Van groot belang is dat daarbij de waterdoorlatendheid van de totale constructie gewaarborgd blijft. Figuren 8 en 9 op de volgende bladzijde beelden het proces duidelijk af.

45 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 32 Figuur 8: Methode overlaging ZOA(1) Vervolgens wordt over dit vernieuwde steenskelet een dunne laag aangebracht, in onderstaand voorbeeld met de productnaam Microville. Uiteindelijk breekt de emulsie en hecht de dunne overlaging aan het ZOA-laag. Nadien wordt er over gereden met een gladde wals en is de verharding hersteld en klaar voor gebruik. Figuur 9: Methode overlaging ZOA (2) Minstens zo belangrijk voor wegbeheerder én automobilist is de korte reparatietijd. Enerzijds hoeft het oude wegdek niet meer (of minimaal) te hoeven weggefreesd, anderzijds kan de overlaging zeer snel (ten minste 15 meter per minuut) worden aangebracht.

46 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Aanleg en toepassingen De dunne deklagen (dikte 30 tot 40 mm) worden voornamelijk gebruikt bij vervormbare ondersteuningen (met sterke deflectie, geplaveide wegen), plaatsen met sterke sollicitatie (bochten, lussen, parkeerplaatsen) of wegen met sterk gekanaliseerd verkeer onderhevig aan spoorvorming. Ze leveren dus verhoogde prestaties onder agressief verkeer. De erg dunne deklagen (dikte 20 tot 30 mm) vormen een polyvalente deklaag met een ruim gebruiksdomein op vlak van wegen (autosnelwegen, provinciale,stedelijke en landelijke wegen) en op vlak van verkeer (alle verkeer). Ze leveren goede oppervlaktekenmerken, namelijk een uitstekende stroefheid en oppervlaktedrainage, en een goede hechting bij propere, weinig vervormde structuren. De ultradunne asfaltlagen kunnen worden gebruikt voor alle soorten verkeer en op alle wegen. Door haar zeer kleine dikte, heeft het geen structureel effect en is het niet geschikt voor ondergedimensioneerde of erg gedegradeerde wegen. Het kan enkel toegepast worden op correct geprofileerde onderlagen. Er moet een herprofilering voorzien worden als de vervormingen (onder een regel van 3 meter) in het geval van algemene spoorvorming groter dan 1 cm bedraagt of in het geval van deuken of andere plaatselijke vervormingen meer dan 1,5 cm tot 3 cm bedraagt afhankelijk van het type verkeer. Het kan gebruikt worden voor nieuwe lagen, maar wordt vooral gebruikt als renovatielaag. Deze ultradunne laag eist ook een uitstekende uitvoering van de kleeflaag die een goede kleving, aanhechting en ondoorlatendheid van de onderlaag verzekert. Al deze dunne deklagen kunnen gebruikt worden voor het aanleggen van nieuwe wegen, maar worden voornamelijk gebruikt voor onderhoud van wegen waarvan de aanhechting en ondoorlatendheid verbeterd moet worden. Zo is door de inzet van een speciale emulsie en de bijhorende sproei/asfalteermachine van enkellaags ZOA met een vrij dunne overlaging een duurzaam en tevens goed waterdoorlatend dubbellaags ZOA te maken. De wegbeheerder bespaart niet alleen op reparatiekosten, maar krijgt als eindresultaat tevens een dubbellaags ZOA met minimaal dezelfde eigenschappen als de oorspronkelijke deklaag. De procedure staat weergegeven bij onderhoud van wegen Dunne oppervlaktelagen in België In België vallen de splimastiekmengsels SMA-C (met nominale dikte 30 tot 40 mm) en SMA-D (met nominale dikte 25 tot 30 mm) onder de dunne lagen of AC-TL. De in Wallonië toegepaste mengsels van het type RMD (Revêtement Mince Discontinu) worden ondergedeeld onder de erg dunne lagen of AC-VTL. De ultradunne laag RUMG (Revêtement Ultra Mince Grenu) die ook in Wallonië wordt toegepast valt onder de categorie UTLAC. In Vlaanderen zijn zijn nog geen ultradunne lagen voorzien, maar is er wel sterke interesse om dit te doen. De samenstelling van deze mengsels staat weergegeven in bijlage C.

47 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Varianten In Frankrijk worden de ultradunne deklagen toegepast bij Screg onder de naam Euroduit, in het Verenigd Koninkrijk onder de naam SafePave en elders onder Novachip. In Nederland heeft de firma Bituned ook enkele andere dunne asfaltlagen ontwikkeld, namelijk Microville, Safedress en Deciville. Deze producten bestaan uit een laag polymeergemodificeerde bitumenemulsie met daarop een zeer dunne laag steen- en bitumenrijk warm asfalt, dat wordt samengesteld uit de meest hoogwaardige bouwstoffen. Deze producten kunnen als varianten op de UTLAC beschouwd worden met licht gewijzigde samenstellingen, karakteristieken en toepassingen. De varianten worden hieronder besproken. Microville kent dezelfde toepassingen als UTLAC, maar kent een aanzienlijk hogere geluidsreductie. Bij een snelheid van 50 km/h levert het een geluidsreductie van meer dan 3,8 db(a). Bij snelheden boven de 100 km/h kan dit zelfs oplopen tot boven de 4 db(a). Het is speciaal geschikt voor stadswegen, provinciale wegen en snelwegen. Het steenskelet van Microville bestaat uit electrooven (staal) slakken met een polijstgetal van minimaal 60 en het bindmiddel is Sealoflex polymeer gemodificeerde bitumen. Safedress is als onderhoudsmaatregel een uitstekend alternatief voor een oppervlaktebehandeling. Het wordt nog dunner aangebracht dan UTLAC en is sterk geluidsreducerend ten opzichte van traditionele oppervlaktebehandelingen (ca. 6 db(a) bij 50 km/h). Het is snel aan te brengen en is budgettair concurrerend. Schade aan verkeer wordt beperkt vanwege het feit dat Safedress niet afgestrooid hoeft te worden. Het heeft een laagdikte van 10 à 15 mm. Deciville is een dunne deklaag die volledig tegemoet komt aan de vraag naar superstille semi-dichte asfaltdeklagen. Het steenskelet bestaat uit een steenslag B met een polijstgetal van minimaal 58, het bindmiddel is Sealoflex polymeer gemodificeerd bitumen. Zowel de structurele als de functionele levensduur zijn daardoor zeer lang. De geluidsreductie bedraagt 4 db(a) bij 50 km/h en voldoet daarmee aan de hoogste normen voor geluidsreducerende wegdekken. De verschillende geluidsreducties staan in onderstaande figuur weergegeven, vergeleken met een referentiemengsel, namelijk een dicht asfaltbeton (DAB). Geluidsniveaus t.o.v DAB Geluidsniveau db(a) Snelheid km/h Deciville Safedress Novachip Microville DAB Figuur 10: Geluidsniveaus ten opzichte van DAB

48 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 35 Verder valt er nog te vermelden dat in de Verenigde Staten ook al dunne lagen asfaltbeton met rubber verwerkt, aangelegd worden bovenop betonverhardingen. Deze wegverhardingen worden Asphalt Rubber Friction Course (ARFC) genoemd en hebben een dikte van ongeveer 15 mm. Ook hier is de bedoeling om het geproduceerde geluid zo veel mogelijk te reduceren. Er werd een geluidsreductie van 4 à 5 db gemeten vergeleken met een beton wegdek. In wat volgt, worden de voor- en nadelen van het ultradunne asfaltbeton besproken Voor- en nadelen Economische en ecologische voordelen De beperkte dikte van de bekleding en de prestaties van de specifieke machines zorgen voor een sterk verhoogd rendement. De laag zelf en de signalering kunnen zeer snel aangelegd worden waardoor de werf snel opengesteld kan worden. Verder is de techniek spaarzaam met primaire materialen, er kan tot 70% recyclage materiaal verwerkt worden in deze lagen. Bovendien ook economisch voordelig doordat bij de aanleg van dunne lagen minder materiaal nodig is. Door het gemak van het plaatsen is het toepassingsgebied waarin deze dunne asfaltlagen en herstellingen uitgevoerd kunnen worden, verruimd. Na het plaatsen is dan ook geen vervuiling van de nabijgelegen wegen door het uitrijden van de emulsie. Bovendien hoeft met de dunne deklagen het oude wegdek niet meer (of minimaal) te hoeven weggefreesd, anderzijds kan de overlaging zeer snel worden aangebracht, wat tot een korte reparatietijd leidt. Hierdoor bespaart de wegbeheerder op reparatiekosten Algemene nadelen De samenstelling van het mengsel is een precisiewerk, er zijn hoge eisen voor de kwaliteit van de componenten. De onderliggende laag voldoende stabiel zijn en de hechting met de onderliggende laag veroorzaakt vaak problemen. Zo ook is het probleem van interne cohesie van het mengsel soms oorzaak van vroegtijdige schade aan wegdekken. Door de aanwezigheid van een dikke bindmiddelfilm kan de skid weerstand gedurende de eerste maanden na de opening voor verkeer verminderd zijn. Doordat er een hoge stroefheid vereist wordt, maken dunne oppervlaktelagen gebruik van dure, zeldzame aggregaten die lange afstanden moeten overbruggen tot de site. Afhankelijk van het feit dat het bitumen gemodificeerd wordt door polymeren of niet en de natuur van de modificatie, kan de veelvuldige recyclage leiden tot bijkomende gezondheid en veiligheidsrisico s.

49 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken Conclusies De verwachting is dat de maatschappij steeds nadrukkelijker zal vragen om geluidsreducerende maatregelen. Op grond van de Europese regelgeving moeten provincies in de komende jaren geluidskaarten maken van drukke wegen. De Europese norm voor drukke wegen wordt eind 2008 gelegd op 8000 verkeersbewegingen per etmaal (3 miljoen per jaar). Daarom moeten deze technieken verder ontwikkeld worden door meer proefvakken aan te leggen en deze te monitoren. Intussen kunnen volgende besluiten reeds getrokken worden: De geluidsreducties van de dunne oppervlaktelagen liggen op hetzelfde niveau als die van het tweelaagse ZOA, de wegdekcorrectie is ongeveer 5 à 6 db(a). Het wordt echter vanzelf luidruchtiger, aanvankelijk in een tempo van circa. 1 db (A) per jaar. Bij het reinigen van het wegdek wordt deze toename nagenoeg teniet gedaan. De C wegdek van ZSA ligt iets lager, namelijk tussen 4 en 5,5 db(a). Er wordt wel slechts een vermindering in reductie van 1 db(a) per 3 jaar verwacht. De gemiddelde levensduur van het tweelaagse ZOA bedroeg 7 jaar, maar de bestaande vakken die het einde van hun levensduur naderen zijn duurzamer, ze gaan nu gemiddeld al meer dan 9 jaar mee. ZSA is net als de dunne deklagen duurzamer dan het tweelaagse ZOA, maar minder duurzaam dan SMA. Op dit moment wordt ervan uitgegaan dat ZSA een levensduur heeft van 12 jaar, de dunne deklagen tussen 8 en 13 jaar tegen gemiddeld 15 tot 18 jaar bij SMA. Ze behalen allen een goede stroefheid en een goede waterafdichting al is de aanvangsstroefheid bij de dunne deklagen toch verminderd door de dikke bindmiddelfilm. Anderzijds behalen zij een hogere weerstand tegen vermoeiing en vervorming. In tegenstelling tot het ZSA en de dunne deklagen vereist het tweelaagse ZOA een jaarlijkse reiniging om het dichtslibben tegen te gaan. Ook zijn er iets meer strooiacties nodig dan bij de andere asfaltverhardingen. Het wintergedrag van het tweelaagse ZOA is verbeterd ten opzichte van de standaard ZOA, maar moet nog steeds onderdoen voor de andere geluidsreducerende lagen. Anderzijds liggen de eisen om dunne deklagen aan te leggen wel een pak hoger dan de andere geluidsreducerende wegdekken. Zo vergen de samenstelling en de afwerking van de onderlaag een vergrote precisie. Voorlopig liggen de kosten voor het leveren en aanbrengen van het tweelaagse ZOA en het ZSA nog een stuk hoger dan de gebruikelijke wegdekken. Ze maken dus pas een echte kans voor veelvuldig gebruik indien subsidies worden aangereikt. Bij toepassing van de dunne oppervlaktelagen, kan tot 70% gerecycleerde materialen verwerkt worden en is in het geheel minder materiaal nodig bij de aanleg. Zij vormen zo een geluidsreducerend wegdek dat kan concurreren met het gewone asfaltbeton. Zowel het tweelaagse ZOA als het ZSA is niet wenselijk als er veel wringend verkeer aanwezig is, zoals kruispunten, rotondes, scherpe bochten en op- en afritten. Ze worden best toegepast op hoofdwegen of provinciale wegen. het tweelaagse ZOA wordt ook best niet toegepast waar de snelheid 60 km/h of lager is waardoor de geluidsreductie van ZOA gering is of waar de aangrenzende gebieden (bijvoorbeeld landbouw, duinen) de weg vervuilen waardoor meer budget voor onderhoud nodig is. Eveneens wordt een voldoende wegbreedte vereist. Bij een goede hechting met de

50 Hoofdstuk 2: Geluidsreducerende technieken 37 onderliggende laag kunnen de wring- en spanningskrachten overgebracht worden naar de onderlaag bij de dunne oppervlaktelagen. Daarom bieden ze een volwaardig alternatief voor de toepassingen bij wringend verkeer. Door de geringe dikte van het ZSA, maar vooral van de dunne asfaltdeklagen, koelen deze lagen veel sneller af waardoor de voorwaarden voor aanleg strenger zijn dan bij het tweelaagse ZOA. Afhankelijk van de vereisten bij aanleg van een geluidsreducerend wegdek, kunnen de diverse wegdekken hun diensten bewijzen. Het lijkt vooral dat de dunne asfaltdeklagen door de belangrijkste factor, de kosten, in samenhang met de andere goede karakteristieken de beste perspectieven bieden voor de toekomst. Door de strenge eisen hierbij, kan het ZSA in bepaalde situaties gerechtvaardigd zijn. In constructies waar de toplaag juist waterdoorlatend moet zijn, wordt best het tweelaagse ZOA toegepast. Aangezien deze technieken in hun kinderschoenen staan, zijn de meeste aannemers en bouwheren niet happig om deze geluidsreducerende lagen toe te passen. Verder onderzoek en vooral het aanleggen en monitoren van meerdere proefvakken gedurende lange tijd, kan de kennis omtrent de eigenschappen, aanleg- en toepassingsvoorwaarden alleen maar verbeteren. Hierdoor kunnen de toepassingen in de komende jaren sterk vermeerderd worden zodat geluidsreducerende asfalt de norm wordt in dichtbewoonde kernen.

51 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 38 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 3.1 Inleiding Aslasten, het aantal belastingsherhalingen en ook de bandendruk waaraan de wegen worden blootgesteld, zijn in de afgelopen 15 jaar drastisch hoger geworden. Het blijkt dat in sommige toepassingen verbeterde bindmiddelen een oplossing kunnen bieden voor een langere levensduur. Bitumen is niet alleen verantwoordelijk voor het gedrag van asfalt. Er is ook geweten dat penetratie bitumen voor sommige toepassingen niet meer voldoet. Voor een verdere technologische ontwikkeling van asfalt is gemodificeerd bitumen niet meer weg te denken. Anderzijds is er een nieuwe onderlaag ontwikkeld welke de verhoogde spanningen die optreden beter kunnen opvangen door een hoge stijfheid, namelijk de Enrobés à Module Elevé (EME) welke in België Asfalt met Verhoogde Stijfheid (AVS) wordt genoemd. Het zijn deze twee vernieuwingen die het onderwerp vormen van dit hoofdstuk. Modificatie van bitumen heeft tot doel één of meer eigenschappen te verbeteren. De behoefte aan modificatie van bitumen komt voort uit de behoefte om de functionele eigenschappen (zoals de oppervlaktekenmerken van deklagen zoals stroefheid, waterdoorlatendheid, rafeling, enz.) of de duurzaamheid van asfaltverhardingen te verbeteren voor specifieke toepassingen. Met zorgvuldige aanpassing van polymeer en bitumen kunnen specifieke producten worden gemaakt om bepaalde eigenschappen zoals aanhechting, verwerkbaarheid, cohesie, weerstand tegen veroudering, weerstand tegen vermoeiing, dikte van de bindmiddelfilm te verbeteren. Naast deze bestaande techniek kan met de toevoeging van additieven zo chemisch gemodificeerd bitumen gevormd worden, ook wel bitumen met een positieve penetratie-index genoemd, welke een verbeterde weerstand tegen temperatuursinwerking en watergevoeligheid met zich meebrengen. Bovendien kan de hoeveelheid polymeer gereduceerd worden, wat economisch een goede zaak is. Naast deze toepassingen is ook een speciaal bitumen ontwikkeld met een verbeterde weerstand tegen minerale brandstoffen. Deze brengt bijzondere eigenschappen met zich mee, waaronder een duidelijk verbeterde treksterkte. Verder wordt ook het gebruik van natuurlijke bindmiddelen zoals Selenizza en Gilsoniet besproken, die bij een toevoeging van 10% de stabiliteit verhogen, zacht bindmiddel uitharden en ook de geur kunnen verminderen. Er kunnen ook additieven aan het bitumen toegevoegd worden, waarbij de fabricatie- en aanlegtemperaturen van het asfalt verlaagd mee kunnen worden, al wordt deze techniek in het vierde hoofdstuk diepgaand behandeld. Vervolgens wordt de nieuwe onderlaag AVS beschreven. De techniek vond zijn ontwikkeling in Frankrijk. Het is dan ook onderzocht naar toepassingen in België, waarna in 2006 op de E19 te Kontich de eerste proefvakken werden aangelegd. Het vertoont door de grotere stijfheid een verbeterde weerstand tegen vermoeiing en spoorvorming en een verminderde watergevoeligheid. Verder monitoren zal door de recente aanleg aangewezen zijn. Er bestaat ook een soort AVS voor toplagen, welke enkel in Frankrijk een officiële benaming kent.

52 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Gemodificeerde bindmiddelen De gemodificeerde bindmiddelen kunnen opgedeeld worden in de polymeer gemodificeerde bindmiddelen (=kunststoffen) en de chemisch gemodificeerde bindmiddelen (=multigrades of bitumen met positieve penetratie-index). De polymeerbitumen bestaan al lange tijd, de multigrades zijn pas recent ontwikkeld. Voor de volledigheid worden eerst de polymeer bitumen besproken waarna de nieuwe chemische modificatie techniek verder besproken zal worden. Vervolgens wordt bitumen met een verbeterde weerstand tegen hydrocarbonate oplosmiddelen besproken. Daarna komt de toevoeging van natuurlijke bindmiddelen zoals Gilsoniet aan bod, waarna bitumen voor lage temperatuursasfalt beschreven wordt. Uiteindelijk volgt een korte samenvatting Polymeer Gemodificeerd Bitumen Omschrijving Polymeermodificatie van bitumen is in de meeste gevallen een fysische modificatie. Bij fysische modificatie wordt het bitumen chemisch niet veranderd, het effect van de modificatie berust op een fysische beïnvloeding van de bitumeneigenschappen door toevoeging van polymeren. Deze techniek bestaat al sinds de jaren 70 (zie geschiedenis), maar de ontwikkelingen staan niet stil. Figuur 11: Polymeer gemodificeerd bitumen Het polymeer wordt toegevoegd aan het bitumen gedurende een twee uur durende vermenging op 160 à 170 C. Het verhoogt het verwekingspunt van het bindmiddel terwijl de penetratie verlaagd en de viscositeit verhoogd wordt. Het bindmiddel is daardoor minder gevoelig voor de invloed van temperatuur. Het gemodificeerd bindmiddel heeft een hogere stijfheid bij hogere temperaturen en een lagere stijfheid bij lagere temperaturen. Het bezit dus een hoger interval van gebruikstemperaturen Karakteristieken Daarnaast kan tevens worden aangetoond dat een polymeer gemodificeerd bindmiddel bij equivalente stijfheid een grotere elasticiteit heeft dan een conventioneel bindmiddel. Dit wordt op

53 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 40 zijn beurt weerspiegeld in betere praktijkeigenschappen van het polymeer gemodificeerde bindmiddel wat betreft weerstand tegen spoorvorming, scheuren en vermoeiing. Vooral de weerstand tegen spoorvorming veroorzaakt door zwaar, langzaam rijdend verkeer is ruim beter dan een referentiebindmiddel 70/100. Dit wordt ook weergegeven in onderstaande figuur waar de spoordieptes bij verschillende verkeersbelastingen uitgezet zijn. Figuur 12: Spoorvorming bij verschillende verkeersbelastingen Verder kunnen ze de filmdikte verhogen en veroudering voorkomen. Bovendien hebben de polymeer gemodificeerde bindmiddelen hogere piek cohesiewaarden en bredere cohesie bereiken dan conventionele bindmiddelen, wat betekent dat ze beter bestand zijn tegen wrijving over een breder temperatuurbereik. Ze zorgen ook voor een betere adhesie. Kortom, de toevoeging van een polymeer in bitumen verandert de klassieke eigenschappen en zorgt voor een aanzienlijke verbetering van de praktijkeigenschappen van het wegdek. In eenvoudige bewoordingen: polymeer gemodificeerde bindmiddelen kunnen belangrijke verbeteringen brengen in duurzaamheid, flexibiliteit, adhesie en cohesie. Ze zijn taai vergeleken met niet-gemodificeerde bindmiddelen, een factor die erg belangrijk is bij steenmastiekasfalt (SMA) in het algemeen, waar ze het steenskelet bijeen houden, maar vooral bij dunne oppervlakken, waar ze bovendien extreme belastingen weerstaan Elastomeren en plastomeren De gebruikte polymeren kunnen worden ingedeeld in elastomeren en thermoplasten (= plastomeren). Elastomeren (ofwel synthetische rubbers) worden gekenmerkt door een rubberachtig, elastisch gedrag. Dit houdt in dat het materiaal bij uitrekking een sterke neiging heeft om naar zijn oorspronkelijke vorm terug te keren. Simpel gesteld verbeteren elastomeren het elastische herstel van bitumen. Ze reduceren bovendien de temperatuurgevoeligheid, daar ze tot hoge temperaturen elastisch blijven. Voorbeelden: SBS, SB, rubberbitumen,

54 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 41 Thermoplasten vertonen, in vergelijking met elastomeren, in veel mindere mate een elastisch gedrag. (Let wel: sommige thermoplasten vertonen meer elastische terugvering dan sommige elastomeren). Thermoplasten onderscheiden zich van elastomeren door hun smelttraject en een relatief laag moleculair gewicht. Het wordt zacht (viskeus) bij een hogere temperatuur en wordt stijver bij een lage temperatuur. Ze worden gekenmerkt door een gereduceerde temperatuurgevoeligheid over hun werktemperatuurbereik. Voorbeelden: EVA, EBA, APP, PE, Toepassingen Voornamelijk bij wegen met extreme verkeersbelasting (lage snelheid, zwaar verkeer) zoals op kruispunten, rotondes, kruipstroken, bushaltes, maar over het algemeen voor alle toepassingen waarbij een verbeterde weerstand tegen vermoeiing en vervorming vereist is Chemisch gemodificeerd of multigrade bitumen Omschrijving Een chemisch gemodificeerd bitumen is het zogenaamde multigrade bitumen of bitumen met een positieve penetratie-index. Deze techniek werd tien jaar geleden voor het eerst toegepast in de V.S. en wordt meer recent ook toegepast in Latijns-Amerika en Europa, dus ook in België. Chemisch gemodificeerd bitumen is bitumen waarbij een additief wordt toegevoegd die een chemische reactie aangaat met het bitumen zelf waarbij de fysische modificatie van het bitumen in mindere mate kan plaats vinden. Dit in tegenstelling tot bijvoorbeeld hechtverbeteraars en wax, die geen reactie aangaan. Bij een chemische bewerking is het doel de viscositeit van het bitumen over een groter temperatuurtraject constant te houden dan bij de normale bitumen het geval is. De chemische modificatie laat toe om het polymeergehalte drastisch te verlagen en dus ook de kosten, terwijl er verhoogde prestaties bereikt worden met het bitumineus bindmiddel. Het is eveneens gemakkelijk te plaatsen en bezit een grote stabiliteit in de tijd. De meest gebruikte chemische modificatie is de toevoeging van een klein gehalte polyfosforzuur (PFZ) aan het bitumineus bindmiddel, al dan niet in de aanwezigheid van een polymeer van het type elastomeer. Een ander voorbeeld is de toevoeging van een vulkaniseerbaar polymeer in bitumen waarbij een chemisch binding mogelijk is tussen het polymeer en de bitumen Procedé zuiver chemisch gemodificeerd bitumen Bij zuiver chemisch gemodificeerd bitumen komt er geen polymeer gemodificeerd bitumen aan te pas. Het gebruikte zuur is wederom een polyfosforzuur 105 % m/m. Het bevat geen water en wordt ontwikkeld door thermocondensatie van orthofosforzuur. Dit zuur wordt ofwel in de asfaltcentrale ofwel in de fabriek van de bindmiddelen op 160 C onder een traag toerental gedurende 30 min. met het bitumen vermengd. Het gehalte varieert van 0,5 tot 1,2 massaprocent voor een paraffinehoudend bitumen en tot 2 massaprocent voor een nafteenhoudend bitumen. De dynamische viscositeit wordt tijdens de toevoeging slechts weinig gemodificeerd. Het verwerken van de zuiver chemisch gemodificeerde bitumen vraagt geen andere voorzorgsmaatregelen dan de verwerking van normaal wegenbouwbitumen, hierbij vindt de menging plaats bij circa 170 C.

55 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Procedé chemisch gemodificeerd bitumen gemengd met polymeer gemodificeerd bitumen De eigenschappen van de fysisch-chemische bindmiddelen verschillen naargelang de oorsprong van de raffinage. Er bestaan verschillen tussen de bitumen afkomstig uit het Midden-Oosten (paraffinehoudende bitumen)en Venezuela of uit Californië (beiden nafteenhoudende bitumen). Twee types commerciële polymeren worden beschouwd: het elastomeer SBS (styreen-butadieenstyreen) en het plastomeer EVA (ethyleen-vinyl-acetaat). Het additief op basis van polyfosfoorzuur wordt geconcentreerd op 105 massapercent. In bepaalde gevallen worden ook nog een adhesiemiddel of gehydrateerde kalk toegevoegd. De verschillende polymeer gemodificeerde bitumen, zij het met SBS of EVA, en het PFZ additief worden voorbereid in twee fasen: het samenstellen van een polymeermengsel geconcentreerd met 15 gewichtsprocent SBS of EVA en 85 gewichtsprocent van een niet-gemodificeerd bitumen, vertrekkende van een bitumen van relatief slappe basis (penetratie /10mm), gevolgd door een verdunning van het mengsel met behulp van een harder bitumen (penetratie 50-60, 1/10mm) om de uiteindelijke dosering te bekomen. Dit gebeurt in een roerbak op een temperatuur van ongeveer C. Na deze verdunning wordt het PFZ toegevoegd. Daarna moet het mengsel enkele uren intrekken voor de EVA mengsels en bijna 24u voor de SBS mengsels onder een zwak toerental (200 rotaties/minuut) op 135 C. De verspreiding en het intrekken van het mengsel wordt gecontroleerd aan de hand van fluorescentiemicroscopie door middel van UV stralen. Nadat een totale fluorescentie bereikt is, teken van een goede verspreiding en van een goede zwelling van het polymeer, wordt het polymeerbitumen door toevoeging van een PFZ gemodificeerd om de gevraagde karakteristieken te bereiken. Er wordt tussen de 0,2 en 0,6% PFZ toegevoegd aan het mengsel, wat gedeeltelijk de polymeren SBS en EVA vervangt om eenzelfde penetratiegraad te bekomen als vereist Karakteristieken Het gebruik van chemisch gemodificeerde bindmiddelen biedt verscheidene voordelen. Het verbetert de stijfheid bij hoge temperaturen, die zo de weerstand tegen permanente vervorming en spoorvorming verbetert, zonder negatieve effecten voor de eigenschappen bij lage temperatuur, wat dit proces onderscheidt van een geblazen procedé. Deze nieuwe techniek heeft een hoger verwekingspunt Ring en kogel' bij eenzelfde penetratie (in vergelijking met penetratie bitumen) en daardoor een positievere penetratie-index PI. De positievere PI toont de verminderde temperatuurgevoeligheid aan. Enerzijds vertoont het minder gevoeligheid voor scheurvorming bij lage temperatuur. Dit komt met name tot uiting in lagere gevoeligheid voor thermische vermoeiing (vermoeiing ten gevolge van steeds wisselende temperaturen). Anderzijds heeft het een verminderde vervormingsgevoeligheid (grotere stijfheid) bij hoge temperatuur. Ook is er een merkbaar betere weerstand tegen onthulling. Het veroorzaakt geen enkele oxidatie van het bindmiddel, wat bijdraagt tot de eigenschappen bij lage temperatuur. Voorts vermindert het de watergevoeligheid van het asfalt (verhoging van de treksterkte en vermindering van ontmenging) en verhoogt de PenetratieGraad PG.

56 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 43 Het gemengd gebruik van gemengd chemisch en polymeer gemodificeerde bitumen combineert de eigenschappen van het polymeer gemodificeerde bitumen en het zuiver chemisch gemodificeerd bitumen zoals eerder weergegeven. Het PFZ controleert de reologie (het effect van de tijd op de eigenschappen) als het warm is, en de mechanische karakteristieken als het koud is, terwijl het polymeer tegelijkertijd een verhoogde cohesie en ductiliteit met zich mee brengt. De gedeeltelijke vervanging van het polymeer door de additieven in polyfosforzuur (0,2 à 0,6%) laat toe om minder polymeerbitumen te gebruiken, wat een economisch voordeel vormt voor de werf. Bovendien is de stabiliteit bij opslag vergemakkelijkt door het lagere gehalte aan polymeren. Het vermindert het totale gehalte aan additieven van het bitumen door een algemene verbetering van de eigenschappen van het bindmiddel en het asfalt Toepassingen De chemisch gemodificeerde bitumen worden best warm in een tankwagen vervoerd. Contaminatie tijdens transport, opslag en verwerking moet zoveel mogelijk worden voorkomen. Hierbij is het van belang dat transport-, opslag-, en verwerkingsinstallaties zoveel mogelijk vrij zijn van andere bitumen soorten. Het toepassingsgebied van deze chemisch gemodificeerde bindmiddelen is duidelijk veel beperkter dan dat van PMB s omdat alleen de stijfheid van dergelijke bindmiddelen is verbeterd. Multigrades zijn bijvoorbeeld nauwelijks geschikt voor het verbeteren van het gedrag van ZOA en zeker niet voor de toplaag van tweelaagse ZOA omdat de taaiheid niet is verbeterd. De aangelegde wegen bevestigen reeds de verbeterde eigenschappen uit het labo Bindmiddelen met een verbeterde weerstand tegen minerale brandstof en olie Normaal gezien zijn bitumen gevoelig voor de inwerking van hydrocarbonate oplosmiddelen zoals brandstof (kerosine, benzine). De polymeer gemodificeerde bitumen kunnen hiervoor een oplossing bieden. Het gevaar ligt in het feit dat deze hydrocarbonaten gemakkelijk in het wegdek dringen en schade berokkenen aan het bindmiddel (onthulling) en zo ook het wegdek. Er kan dan ofwel een beschermingslaag, bestand tegen hydrocarbonaten, aangebracht worden ofwel kan het wegdek zelf resistent gemaakt worden door middel van een aangepast bindmiddel. Dit speciale bindmiddel is bijzonder duurzaam en heeft bijzondere praktijkeigenschappen. De cohesiewaarden van het bindmiddel zijn wel vijf keer hoger dan die van soortgelijk wegenbouwbitumen en het is aanzienlijk beter bestand tegen wring- en schuifkrachten. Met een weerstand tegen trek die vier keer hoger is dan conventioneel wegenbouwbitumen bieden deze bitumen tevens een betere weerstand tegen schade aan het oppervlak en permanente vervorming. Bovendien heeft het gemodificeerd bindmiddel een verbeterde weerstand tegen brandstof en olie. Het mengsel blijkt ten minste vijf keer beter bestand te zijn tegen degradatie door vliegtuigbrandstof dan een conventioneel wegenbouwbitumen. Het hanteren en opslaan van een dergelijk bindmiddel is relatief eenvoudig. Het kan worden opgeslagen in conventionele bitumentanks met temperatuur- en circulatieregeling. Het gebruik van tanks met roerinrichting en lichte agitatie wordt aanbevolen, maar het is geen vereiste. Tijdens het

57 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 44 mengen gedraagt het materiaal zich als bitumen van een soortgelijk type en zijn er geen speciale aandacht of gewijzigde omstandigheden nodig. Het optimaliseren van de prestaties vergt echter een algemene systematische benadering van materiaalkeuze, ontwerp, fabricage, aanleg en nazorg. Er moet ook voor gezorgd worden dat het oppervlak zo dicht mogelijk is en moet deze bij lekkage zo snel mogelijk worden verwijderd. Tegenwoordig zijn er al meerdere producten op de markt. Enkele van hen: Richard HR van Nynas Bitumen, Olexobit van BP, Styrelf van Total, Mexphalte van Shell, BAC van Repsol Bitumenverharders Er bestaan verscheidene natuurlijke bitumen met een verhoogde stijfheid die aan gemodificeerde bitumen toegevoegd worden voor het uitharden van het bitumen om zo de weerstand tegen vermoeidheid en spoorvorming te verbeteren. Selenizza en Gilsoniet zijn dergelijke bitumen. Shell heeft een natuurlijk bitumen gevonden voor deze toepassingen, Selenizza 2 genaamd. Het is een zeer hard bitumen afkomstig uit een mijn in het zuiden van Albanië. Het is beschikbaar onder de vorm van poeder (0-5mm) of granulaten (4-12mm). Het kan gemakkelijk gestockeerd worden in big bags van 1 ton. Het wordt toegevoegd aan een gemodificeerd bitumen 3 om zo verhoogde stijfheden en een uiteindelijke penetratie tussen 10 en 20 dmm te bekomen. Dit samengesteld bitumen is oorspronkelijk ontwikkeld om tegemoet te komen tegen de zware eisen in de Zwitserse Alpen (veel vrachtverkeer en erg uiteenlopende temperaturen tussen -20 C en 40 C). Daartoe zijn eerst voor samenstellingen 1 en 2 resp. 1,4 en 1,6% Selenizza toegevoegd aan het 3,9% gemodificeerd bitumen (massapercenten t.o.v. de totale massa van het mengsel). Op beide mengsels zijn test uitgevoerd om de vermoeidheid en de complexe modulus te meten. De tweede samenstelling valt wat zwak uit, waardoor de voorkeur naar de eerste samenstelling gaat. De resultaten worden weergegeven in onderstaande tabel. Tabel 5: Samenstelling bindmiddelmengsel formule 1 en 2 Samenstelling van het bindmiddel Eenheid Formule 1 Formule 2 Gemodificeerd bitumen % 3,9 3,9 Selenizza % 1,4 1,6 Theoretisch bindmiddelgehalte % 5,3 5,5 Complexe modulus op 15 C/10 Hz Mpa Weerstand tegen vermoeiing op 10 C en 25 Hz Microdef Het zo gevormde mengsel (volgens formule 1) behaalt een zeer lage penetratie van 4 dmm op 25 C en een hoge viscositeit a.d.h.v. een temperatuur Ring Kogel van 110 C, welke duiden op de verhoogde stijfheid van het mengsel. Het zorgt wel voor een belangrijke gevoeligheid van het asfalt bij lage temperatuur. Om dit risico deels te vermijden is de granulometrische curve aangepast, waarmee nog steeds een goede weerstand tegen vermoeiing behaald wordt met een iets minder sterke stijfheid. Eveneens is de hoeveelheid bindmiddel verhoogd naar 6,1% i.p.v. 5,3% waarvan 4,7% gemodificeerd bitumen en 1,4% Selenizza. Zo is het aandeel Selenizza op het totale mengsel 2 Karakteristieken Selenizza in Bijlage D 3 Karakteristieken gebruikte gemodificeerde bitumen bij Shell in Bijlage D

58 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 45 vermindert om de uitharding te beperken. Aldus worden volgende verbeterde resultaten bekomen: een penetratie van 13 dmm op 25 C en een temperatuur Ring Kogel van 86,7 C. Deze waarden benaderen het best die van een verouderd omhuld bitumen 10/20. De resultaten staan samengevat in onderstaande tabel: Tabel 6: Samenstelling bindmiddelmengsel formule 3 Samenstelling van het bindmiddel Eenheid Formule 3 Gemodificeerd bitumen % 4,7 Selenizza % 1,4 Theoretisch bindmiddelgehalte % 6,1 Complexe modulus op 15 C/10 Hz Mpa Weerstand tegen vermoeiing op 10 C en 25 Hz Microdef 130 Het is reeds gebruikt voor warme toepassingen met een groot gehalte (40 à 50%) recyclagematerialen. Het wordt verdicht op 170 C volgens een sterke verdichting. Vanaf 2005 zijn er in Europa wegen aangelegd met dit bindmiddelmengsel. De eerste toepassing in België dateert van Gilsoniet of het Uintah-bitumen is een in de natuur vrijwel zuiver voorkomend bindmiddel bestaande uit harsachtige KWS. Door haar hoge compatibiliteit wordt het vaak gebruikt voor het uitharden van zacht bitumen. Hierbij wordt ongeveer 10% van het gewoon bindmiddel vervangen door het Gilsoniet om de stabiliteit van het mengsel te verhogen. Er moet wel op gelet worden dat het mengsel niet te hard (niet te bros) wordt. Door het Gilsoniet in poedervorm of in kartonnen vaten aan te leveren, kan het zonder eerst te smelten rechtstreeks in de menger toegevoegd worden, waardoor eventuele geurhinder niet optreedt. Hierdoor vormt het een goed alternatief voor het geurige Trinidad asfalt, een natuurbitumen dat soms aan 10 à 15% toegevoegd wordt aan SMA en ZOA mengsels. Het Gilsoniet wordt enkel gebruikt bij asfaltbeton mengsels Bitumen voor lage temperatuursasfalt Normaal gezien heeft het bitumen hoge temperaturen rond 160 à 170 C nodig om een lage viscositeit te bereiken om zo een voldoende verwerkbaarheid voor de aanleg van het asfalt te bekomen. Bij het gebruik van speciaal gemodificeerd bitumen kunnen lagere viscositeiten behaald worden dan bij niet-gemodificeerde bindmiddelen bij temperaturen, afhankelijk van het soort proces, onder de 100 C of op ongeveer 130 C. Het grootste voordeel is dus dat zo het asfalt geproduceerd kan worden bij zwaar gereduceerde temperaturen, wat een serieuze energiebesparing oplevert. Dit leidt ook tot een stevige reductie van de emissies van broeikasgassen, stof, Het biedt eveneens een verlenging van de levensduur van het mengsel, een hoger gebruik van recyclagematerialen, betere werkomstandigheden,... Hierover wordt echter veel meer uitgelegd in het hoofdstuk over nieuwe economische en ecologische technieken, waarin de lage temperatuursasfalt behandeld wordt.

59 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Samenvatting De verscheidene ontwikkelingen bij de bindmiddelen leiden er toe dat de toepassingen van asfalt steeds uitgebreider worden. Hierdoor liggen de mogelijkheden hoger om in specifieke gevallen het juiste aangepaste bindmiddel te gebruiken dat voldoet aan de benodigde karakteristieken. Het gebruik van chemisch gemodificeerde bindmiddelen verbetert de stijfheid bij hoge temperaturen zonder negatieve effecten voor de eigenschappen bij lage temperatuur. De positievere Penetratieindex toont de verminderde temperatuurgevoeligheid aan. Ook is er een merkbaar betere weerstand tegen onthulling. Het veroorzaakt geen enkele oxidatie van het bindmiddel, wat bijdraagt tot de eigenschappen bij lage temperatuur. Het vermindert de watergevoeligheid van het asfalt en verhoogt de PenetratieGraad PG. Het gemengd gebruik van chemisch en polymeer gemodificeerde bitumen controleert de reologie, indien warm, en de mechanische karakteristieken, indien koud, en brengt een verhoogde cohesie en ductiliteit met zich mee. De gedeeltelijke vervanging van het polymeer door de additieven vormt een economisch voordeel voor de werf. De bindmiddelen met een verhoogde weerstand tegen hydrocarbonaten vormen een zeer specifieke oplossing die voornamelijk in de buurt van tankstations, racecircuits of werkplaatsen van nut kan zijn. Het bezit een aanzienlijke cohesie en heeft een uitstekende wring- en schuifweerstand. Bovendien zijn er ook enkele natuurlijke bindmiddelen die mits gedeeltelijke vervanging van het bitumen de stijfheid kunnen verhogen en de viscositeit verlagen. Zo wordt een verbeterde weerstand tegen vermoeiing en spoorvormng bekomen. Selenizza wordt gebruikt door Shell, waarbij het 22% van het de totale hoeveelheid bindmiddel uitmaakt. Gilsoniet kent gelijkaardige eigenschappen, maar vormt meestal slechts 10% van de hoeveelheid bindmiddel. Het modificeren van het bitumen aan de hand van allerhande technieken om zo lage temperatuursasfalt aan te leggen, biedt uitstekende toekomstperspectieven, al wordt dit uitgebreid besproken in het vierde hoofdstuk.

60 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Asfalt met Verhoogde Stijfheid (AVS) Omschrijving De steeds groeiende verkeersbelasting, zowel in het aantal vrachtwagens als in grootte van de aslasten, gecombineerd met het verhoogd gebruik van breedbanden, vormt een extra belasting voor het wegdek, die verklaart waarom spoorvorming één van de hoofdoorzaken is van schade op de wegen. Om hierop in te spelen werd in het begin van de jaren 80 in Frankrijk het nieuwe asfaltmengsel EME ontwikkeld. Deze zogenaamde Enrobé à Module Elevé of Asfalt met Verhoogde Stijfheid of AVS wordt toegepast in onderlagen en tussenlagen op wegen met een verhoogde verkeersbelasting. In die lagen bevinden zich namelijk de grootste vervormingspanningen en moet dus een mengsel gebruikt worden dat deze vervormingen kan weerstaan. Onderstaande figuur maakt dit duidelijk. Figuur 13: Ter hoogte van de bovenste onderlaag bevinden zich de grootste vervormingspanningen Karakteristieken AVS kan door haar verhoogde stijfheid meer weerstand bieden tegen permanente vervorming en heeft uiterst goede vermoeiingseigenschappen. Hierdoor laat dit mengsel dunnere constructies (reducties tot 45%) toe zonder deze vermoeiingseigenschappen negatief te beïnvloeden. Anderzijds kan AVS nog steeds aangelegd worden in een klassieke laagdikte, wat dan een positieve invloed heeft op de levensduur van deze onderlaag (meer weerstand tegen rafeling). In tegenstelling tot betonconstructies blijft AVS wel een flexibele verharding, door de aanwezigheid van het viscoelastisch bitumen, wat een verminderd risico op scheurvorming bij lage temperaturen met zich mee brengt. Deze bitumen component is normaal gezien harder dan het klassieke wegenbitumen, ook al is dit gedeeltelijk klimaatafhankelijk. Zo wordt in Frankrijk vooral met de harde bitumen 10/20 en 15/25 gewerkt. Naast EME voor de onderlagen bestaat er in Frankrijk een gelijkaardig type voor de toplagen op nationale en regionale wegen, belast met een gemiddelde of zware verkeersdrukte: BBME of Beton Bitumineux à Module Elevé, welke in België geen officiële benaming kent. In Frankrijk bestaan er 2 klassen voor EME, waarbij klasse 2 de strengste eisen voorschrijft, en 3 klassen voor BBME, waarbij klasse 3 de strengste is (zie tabel 7).

61 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 48 Naast de specifieke eisen voor het harde bitumen zijn er ook zeer strikte eisen voor de prestaties van het asfaltmengsel. Het Franse mengselontwerp omvat eisen voor: de verdichting (op het vlak van holle ruimten via de gyrator compactie), de weerstand tegen spoorvorming (Franse wielspoorproef), de stijfheid van het mengsel (tweepuntsbuigproef op 15 C en met 15 Hz), de weerstand tegen scheurvorming door vermoeiing (tweepuntsbuigproef op 10 C en met 25 Hz), de bitumen filmdikte en een minimumpercentage bitumen, welke voor de weerstand tegen onthulling en de verwerkbaarheid moeten zorgen. Tabel 7: Eisen voor het Franse EME, klasse 1 en 2 en voor BBME, klasse 1,2 en 3 EME EME BBME BBME BBME Proef Voorwaarden E Klasse 1 Klasse 2 Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Gyrator compactie Gewichts% % <10 <6 4 tot 9 4 tot 9 4 tot 9 C80(D10mm) C100(D14mm) C120(D20mm) Weerstand tegen cycli & mm spoorvorming 60 C Stijfheidsmodulus 15 C & 10 Hz Mpa weerstand tegen 10 C & 25 Hz µ str vermoeiing (1 milj. cycli) Watergevoeligheid r/r ratio - >0.7 >0.75 >0.80 >0.80 >0.80 Het bitumen gehalte wordt in Frankrijk uitgedrukt via de Module de Richesse K. Deze factor is een maat voor de filmdikte op het aggregaat skelet en wordt als volgt berekend: 1/ 5 percentage bitumen= α K ε waarin: 2,65 α = γ G γ = schijnbare dichtheid van het aggregaat mengsel G K = Module de Richesse ε = conventioneel specifiek oppervlak = 0,25 G+ 2,3 S + 12 S+ 12 s+ 135 f o G = percentage op zeef 6,3 mm o S = percentage van materiaal door de zeef van 6,3 mm en op de zeef van 300µ m o s = percentage van materiaal door de zeef van 300µ men op de zeef van 75µ m o f = percentage door de zeef van 75µ m Voor EME is er een minimum K waarde, afhankelijk van de klasse: K = 2,5 voor klasse 1, wat overeenkomt met ongeveer 40% bindmiddel en K= 3,4 voor klasse 2, corresponderend met 5,7% bindmiddel ( γ G: voor aggregaten met een densiteit van 2,65). Voor een EME klasse 2 zijn dit, voor dit type asfalt en laag in de constructie, dus behoorlijk hoge bitumen percentages. Vanuit een bitumen perspectief zijn de eisen aan stijfheid en vermoeiing dan ook de meest kritische parameters gebleken.

62 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Samenstelling EME EME is een type asfalt vergelijkbaar met een Franse Grave Bitume (GB), een standaard type voor onderlagen zoals AB-3A en AB-3B in België 4, op het vlak van korrelverdeling of gradering, maar dan met een hard bitumen (penetratie tussen 10 en 25) in plaats van een klassiek 35/50. Verder wordt EME, aangelegd in een dikte tussen 6 en 15 cm, nog gekenmerkt door de toepassing een relatief hoog bindmiddelgehalte ( > 5,4%) en een lage holle ruimte (< 6%) voor de strengste klasse. Bijlage E geeft de vergelijking van de samenstelling en laboprestaties tussen beide mengsels weer EME in België: AVS In België heeft het OCW in samenwerking met Nynas onderzocht of de AVS techniek in België haalbaar is en heeft het de nodige kennis voor het ontwerp, de bereiding, en de verwerking van AVS mengsels opgebouwd. Er werd extra aandacht besteed aan de optimalisatie van zowel de gebruikte harde bindmiddelen als de samenstelling van het mengsel, waarbij een evenwicht tussen voldoende stijfheid en goede vermoeiingseigenschappen bereikt werd. Bovendien werden verschillende bindmiddelen ontwikkeld die naargelang de klimatologische omstandigheden kunnen worden ingezet. Het OCW startte in 2003 met dit veelbelovende project rond AVS. Eerst gebeurde onderzoek in het labo, waarna het eerste proefvak in 2006 aangelegd werd op de E19. Uiteindelijk hebben ze uit deze resultaten conclusies getrokken en aanbevelingen geformuleerd Onderzoek a. Varianten De eerste fase omvatte een uitgebreid onderzoek naar de invloed van een aantal mengselparameters zoals het soort mengsel, met een steenskelet of zandskelet, het soort bindmiddel, het gehalte van bindmiddel en eventuele de toevoeging van asfaltpuingranulaten (apg) op de prestaties van AVS in het laboratorium. Aan de hand van deze bevindingen zijn de varianten voor de in situ te beproeven varianten gekozen en hun mengselsamenstellingen geoptimaliseerd. Hierbij moeten de bindmiddelen voor de AVS voldoen aan de Franse EME, klasse 2 specificatie. De proefvakken op de autosnelweg lieten de vergelijking van tien verschillende mengsels toe. Er werd een preselectie van de meest interessante varianten opgesteld. Er werden twee families van AVS bestudeerd. De eerste bevat mengsels met een steenskelet, welke vergelijkbaar zijn met het Franse EME. De tweede bevat mengsels met een zandskelet. De selectie van de bindmiddelen volgde uit de rondvraag bij bitumen producenten om een geschikt bindmiddel met hoge stijfheid voor dit project te ontwerpen (hard, voldoende stijf, voldoende bitumenfilmdikte). Hiertoe zijn vier verschillende bindmiddelen beproefd. Eén van de tien mengsels is een referentiemengsel met bitumen 50/70, een klassieke AB-3B met gerecycleerd asfalt (40% apg). Buiten het bindmiddel en het type skelet wordt ook de toevoeging van gerecycleerd asfalt (25% apg) en een veranderend bindmiddelgehalte getest om zo meer te weten te komen over de gevoeligheid voor spoorvorming en vermoeiing. De beschrijving van de varianten is weergegeven in tabel 8. 4 Samenstellingen AB-3A en AB-3B zie bijlage A

63 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 50 Tabel 8: Beschrijving van de beproefde varianten van AVS Vak Beschrijving Korrelverdeling Apg (bindmiddel%) Commentaar bindmiddel 1 50/70 AB-3B 40 Referentie: voldoet aan SB250 BK1 2 Bitumen 1 Zandskelet 0 3 Bitumen 1 Zandskelet 25 4 Bitumen 1 Zandskelet 0 Verhoogd bindmiddelgehalte (gevoelig voor spoorvorming) 5 Bitumen 1 Steenskelet 0 6 Bitumen 1 Steenskelet 25 7 Bitumen 2 Steenskelet 0 8 Bitumen 1 Zandskelet 0 Verlaagd bindmiddelgehalte (gevoelig voor scheurvorming) 9 Bitumen 3 Steenskelet 0 10 Bitumen 4 Steenskelet 0 b. Karakteristieken De minerale aggregaten (lijmsteen) voor de proefvakken werden geselecteerd door de aannemer. Het gerecycleerde asfalt kwam voort uit de oude onderlaag, welke afgefreesd werd voor de constructie van de proefvakken. Hierbij werden de karakteristieken van alle onderdelen gemeten en ingevoerd in de software PradoWin voor het ontwerpen van mengsels. De volumetrische samenstelling van de varianten, zoals berekend in PradoWin, werd geverifieerd met behulp van de gyrator compactor. Het ontwerp mikte op een lage hoeveelheid holle ruimten (2,5 tot 4,5% bij 100 omwentelingen), om een goede vermoeiingsweerstand en duurzaamheid te bekomen. De weerstand tegen permanente vervorming werd gemeten met behulp van de wielspoorproef, op een temperatuur van 50 C. Mengsels met minder dan 5% proportionele spoordiepte na cycli worden geclassificeerd in de beste categorie op vlak van weerstand tegen permanente vervorming. Enkel het referentiemengsel en de AVS variant, ontworpen met een verhoogde gevoeligheid tegen spoorvorming behoorden niet tot deze categorie. De watergevoeligheid werd geëvalueerd door de ITS (indirecte treksterkte) metingen, uitgevoerd op doordrenkte en niet-doordrenkte proefstukken. De verhouding van de ITS van de bevochtigde proefstukken tot de ITS van de niet-bevochtigde proefstukken wordt beschouwd als een maatstaf voor de watergevoeligheid. Alle varianten vertoonden een erg hoge ITS-verhouding (>89%), behalve het referentiemengsel (>76%) en het scheurgevoelige AVS mengsel (67%). Dit kan verklaard worden door de minder effectieve omhulling van de aggregaten ten gevolge van de lagere bindmiddel hoeveelheid. De hoeveelheid holle ruimten heeft ook een belangrijke impact: de ITS-ratio daalt opmerkelijk wanneer de stalen minder verdicht worden. Zwakke verdichting betekent een hogere hoeveelheid holle ruimten, zodat het mengsel meer bloot gesteld wordt aan de actie van water. Een andere belangrijke conclusie was dat de aanwezigheid van gerecycleerd asfalt geen negatief effect had op de watergevoeligheid. De stijfheid werd gemeten op verschillende temperaturen (van -20 C tot 30 C) en voor verschillende frequenties (van 1 tot 30 Hz) door middel van de tweepuntsbuigproef op trapeziumvormige proefstukken. Het verschil tussen het referentiemengsel en het AVS was opmerkelijk bij 30 C, terwijl

64 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 51 het verschil bij 15 C minder was. Wetende dat 30 C een kritischere temperatuur is op vlak van permanente vervorming en ondersteuningscapaciteit, zou het beter zijn om specificaties op te leggen voor de stijfheid van het AVS op 30 C, in plaats van op 15 C. De Franse specificatie voor EME, klasse 2 (Stijfheidsmodulus E* MPa op 15 C en bij 10 Hz) werd niet altijd behaald. Dit is meest waarschijnlijk door het type steen (lijmsteen), aangezien bijkomende tests met porfiersteen de specificatie wel haalden. Het bleek eveneens dat deze limiet gemakkelijker gehaald kan worden voor mengsels met een steenskelet, zoals EME, klasse 2 zelf opgebouwd is, dan voor mengsels met een zandskelet. Het verhogen van de bindmiddelhoeveelheid leidt tot geen reductie van de stijfheid. Het bindmiddeltype heeft ook een impact op de stijfheid van het mengsel. Bij de varianten verhoogde de stijfheid bij het gebruik van gerecycleerd asfalt. Hoewel meer uitgebreid onderzoek aangetoond heeft dat dit niet compleet waar is, aangezien het afhangt van de eigenschappen van het gerecycleerd asfalt en het bindmiddel en de eigenschappen van het oude en het nieuwe bindmiddel. De weerstand tegen vermoeiing werd bepaald op 15 C en bij 30 Hz. Deze proef is opgesteld volgens de methode van het OCW en kan daarom niet vergeleken worden met de Franse specificaties. Alle AVS mengsels presteerden veel beter in de vermoeiingstests dan het de conventionele asfaltbeton mengsels. Zoals verwacht presteerde het mengsel, ontworpen met een hogere gevoeligheid tegen scheurvorming, het slechtst van de AVS mengsels op vlak van vermoeiing. De mengsels met een zandskelet presteren over het algemeen beter dan de mengsels met een steenskelet. Het verhogen van de bindmiddelhoeveelheid leidt tot een hogere weerstand tegen vermoeiing. De tests uitgevoerd op AVS mengsels met porfier aggregaten vertoonden minder weerstand tegen vermoeiing, vergeleken met de resultaten voor de testvakken, die allen uitgevoerd werden met lijmsteen. Het gebruik van gerecycleerd asfalt had een negatieve impact op de weerstand tegen vermoeiing. Desondanks, heeft uitgebreid labo onderzoek aangetoond dat dit niet algeheel waar is, aangezien dit afhangt van de eigenschappen van het gerecycleerd asfalt en het bindmiddel en de eigenschappen van het oude en het nieuwe bindmiddel Proefvakken a. Omschrijving Er werden testsecties aangelegd om de prestaties van de verschillende asfaltmengsels met verhoogde stijfheid te vergelijken onder realistische en gelijke voorwaarden op vlak van verkeer en klimaat en om te controleren of de veelbelovende prestaties bereikt in het laboratorium ook gehaald kan worden in het veld. Bovendien moeten ze ook nuttige informatie verschaffen over mogelijke problemen bij het fabriceren en aanleggen van de geteste asfaltmengsels. De uitvoering daarvan gebeurde in april 2006 op een bijna 2 km lang strook op de E19, tussen Brussel en Antwerpen, te Kontich. Deze strook bestond uit tien proefvakken van ongeveer 140 meter lang, allen aangebracht op de rechterstrook. Om de verkeershinder tot een minimum te beperken, vond de uitvoering tijdens de paasvakantie plaats, wanneer het doorgaans minder druk is op de weg. Dit proefvak combineerde enkele karakteristieken die nodig waren voor het succes van het experiment: een veel, zwaar verkeer op constante snelheid en een wegverharding met een correct ontworpen en homogene structuur.

65 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 52 De uitvoering omvatte het affrezen van de bestaande lagen over een dikte van 12 cm en de aanbrenging van de onderlaag (AVS) van 9 cm dikte, met daarop een 3 cm dikke toplaag (SMA-D2). Hierbij mag ook niet uit het oog verloren worden dat deze bindlagen in één keer op 9 cm dikte worden uitgevoerd, dit is ongebruikelijk in België maar is courante praktijk in Frankrijk. Verder dient vermeld dat de proefvakken met temperatuursondes, rekstrookjes en tellussen zijn uitgerust, om gegevens over de temperaturen en het voorbijrijdende verkeer te registreren. Het werk werd uitgevoerd van 3 tot 21 april en begon met het affrezen in twee fasen. Eerst werd de oppervlaktelaag tot op een diepte van 5 cm verwijderd, waarna de onderlaag tot op een diepte van 12 cm werd verwijderd. Het gerecycleerde asfalt dat in enkele varianten gebruikt werd, was afkomstig van het affrezen van deze onderlaag. De AVS mengsels, geproduceerd in een discontinue fabriek, werden aangelegd met een conventionele finisher (gemiddelde snelheid 5,5 m/min). Tijdens het aanleggen varieerde de luchttemperatuur tussen 5 en 12,5 C, de temperaturen van de mengsels tussen 163 en 190 C. Vervolgens werden ze verdicht met een pneumatische bandenwals en een tandemwals met een horizontaal vibratie systeem. Uit de dichtheidsmetingen tijdens en na het aanleggen van de onderlagen in de eerste drie secties bleek een erg lage hoeveelheid holle ruimten. Deze indruk werd bevestigd door de dichte textuur en het vettige aspect van bepaalde secties. Daarom werd beslist om de originele verdichting aan te passen door het aantal trillingspassages met de tandemwals te reduceren. Uiteindelijk werd de toplaag aangelegd met SMA. b. Karakteristieken Figuur 14: Aanleg AVS te Kontich Er gebeurden metingen met een drie meter lange waterpas. De resultaten waren bevredigend met individuele waarden die 5,5 mm niet overschreden. De deviaties van de bindmiddel hoeveelheid en gradering zoals bepaald uit de proefvakken van de varianten ten opzichte van de waarden bepaald uit het mengsel ontwerp bleven binnen de tolerantiegrenzen voor alle mengsels.

66 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken 53 De inspectie van de kernen (negen per sectie) vertoonden een goede homogeniteit van de laag over de volledige diepte, ondanks de grote dikte (90 tot 99 mm). Behalve het zandskelet mengsel met recyclage asfalt, ligt de gemiddelde hoeveelheid holle ruimten in alle secties tussen 2,8 en 5,2%, wat consistent is met de Belgische specificaties voor onderlagen. De toevoeging van het gerecycleerd asfalt zorgt voor een lagere hoeveelheid holle ruimten. De weerstand tegen spoorvorming werd bepaald op kernen (400 cm²), getest op 50 C. Alle varianten, op één uitzondering na, zitten onder de limiet (5%) voor wegen met zwaar verkeer in België en presteren beter dan de referentiesectie. Het toevoegen van gerecycleerd asfalt verhoogt de vatbaarheid voor spoorvorming. De prestaties op het vlak van spoorvorming zijn vergelijkbaar voor steen- en zandskeletten. c. Monitoring van de testsecties Bij het monitoren van de proefvakken werd aandacht besteed aan de oppervlaktecondities, longitudinale gelijkheid en spoorvorming. Er worden elk half jaar observaties en metingen uitgevoerd, in april en september. De resultaten zijn slechts verwerkt tot en met april Er werd nog geen beschadiging (vervorming, scheurvorming, stripping) waargenomen. De CP waarden (voor de gelijkheidscoëfficiënten) voor de golflengten van 2,5 en 10 meter, gemeten met de APL of de ARAN, zijn amper gewijzigd sinds de constructie en blijven onder de grenzen (35 en 70) vastgelegd in de Belgische specificaties. Voorlopig wordt nog geen spoorvorming waargenomen: de gemiddelde spoordiepten van het rechterwiel liggen tussen 2 en 4,5 mm voor alle AVS secties. De testsecties presteren hiermee beter dan de referentiesectie (gemiddelde spoordiepte 6,5 mm) Aanbevelingen en specificaties De introductie van AVS voor openbare werken vereist de ontwikkeling van specificaties. Dit is gebeurd, aan de hand van de opgedane ervaring, voor de Vlaamse Overheid, waar het inbegrepen zit in de standaard specificaties. Deze specificaties zijn van het prestatie type en komen overeen met de Europese standaards. Ze zijn toe te passen op lagen met een constante dikte tussen 70 en 110 mm. Er zijn geen specifieke vereisten voor de componenten van het mengsel, behalve het feit dat het bindmiddel ofwel een hard gegradeerd bitumen of een bitumen met een positieve penetratie-index hoeft te zijn. Voor het overige is de aannemer vrij om het mengsel ontwerp te kiezen, voor zover de bindmiddel hoeveelheid niet lager ligt dan 5,2% en het mengsel voldoet aan een reeks vereisten zoals hoeveelheid holle ruimten, stijfheidsmodulus, watergevoeligheid en weerstand tegen spoorvorming en vermoeiing. Het gebruik van gerecycleerd asfalt wordt verboden bij eerste aanleg. Bovendien moet het voorstel van het mengsel ontwerp goedgekeurd worden door de administratie nadat het enkele tests ondergaan heeft waarbij bovenstaande karakteristieken vergeleken worden. Er zullen wel nog meerdere proefvakken moeten aangelegd worden die net als de vakken te Kontich moeten blijven gemonitord worden om zo resultaten te blijven genereren. Dan zal het ook gemakkelijker zijn om zeer gerichte specificaties op te stellen.

67 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Elders in Europa Dit EME type mengsel en haar ontwerp methode wint meer en meer interesse in andere Europese landen zoals België, maar ook in Nederland, Polen en het VK. Deze verschillende landen passen ieder het mengsel en/of het type bitumen en de bijhorende asfalteigenschappen aan, naargelang de respectievelijke eisen, het klimaat en de beschikbare materialen in hun land. In het VK werden tot voor kort voor mengsels verkozen met een lager bitumen percentage (3,5%), High Modules Base (HMB) genaamd, maar er treden steeds meer problemen op zodat nu EME in beschouwing wordt genomen. In Nederland hebben ze reeds een proefvak aangelegd in 2001 met een bitumen 15/25. Deze twee landen hebben net als België eerder een gematigd klimaat ( Oceanic climate ) en gebruiken dan ook harde bitumen met een penetratie tussen 10 en 25. Landen met een streng winter klimaat zoals de Scandinavische landen met een Nordic climate (vb. Finland) en centraal Europese landen met een Continental climate (vb. Polen), gebruiken een iets zachter bitumen. In Polen wordt gebruik gemaakt van een 20/30 bitumen. Dit voldoet aan hun klimaat en hun lagere verkeersbelasting. De Poolse specificaties zijn een samenstelling geworden van de Franse klasse 1 en 2. In Finland zijn er verschillende proefvakken aangelegd met een 20/30 en een bitumen percentage tussen 4 en 5%. Na één dienstjaar vertonen deze mengsels minder scheurvorming dan beton, hogere stijfheden dan normaal asfalt en een goede verwerkbaarheid Béton Bitumineux à Module Elevé (BBME) Het BBME is een asfalt met verhoogde stijfheid voor toplagen op nationale en regionale wegen, belast met een gemiddelde of zware verkeersdrukte. De gradering van dit mengsel is dezelfde als voor een BBSG of béton bitumineux semi grenu, een gebruikelijke toplaag in Frankrijk, maar deze laatste wordt meestal bereid met een penbitumen (pen. tussen 40 en 100) of met een gemodificeerd bitumen. Voor het ontwerp van het BBME wordt hetzelfde principe gevolgd als voor EME. Ze worden uitgevoerd in een dikte tussen 5 en 7 cm voor de BBME 0/10 en in een dikte tussen 6 en 9 cm voor de BBME 0/14. Het bindmiddel is het vaakst een gemodificeerd bitumen of een speciaal bitumen (35/50 of 50/70) met eventuele toevoeging van additieven. Het bindmiddelgehalte bevindt zich meestal tussen 5,4 en 6%. In tabel 7 zijn de vereisten voor de verschillende klassen van BBME weergegeven. Hierbij is klasse 3 de strengste voor zeer zwaar verkeer. Ze bezitten net als EME goede prestatie eigenschappen (weerstand tegen spoorvorming, verhoogde stijfheid, goede hechting, weerstand tegen rafeling,...). Het laat eveneens een verminderde dikte van de oppervlaktelaag toe. In België zijn al meerdere toepassingen aangelegd al worden deze niet officieel als BBME beschouwd. Ze worden vaak gebruikt voor herstellingswerken.

68 Hoofdstuk 3: Spoorvormingsreducerende technieken Conclusies Het is vanzelfsprekend nog te vroeg om definitieve conclusies te trekken over de prestaties van de beproefde varianten. Uit de aanleg van de proefvakken en het voorafgaande onderzoek kunnen reeds enkele besluiten getrokken worden. Er zijn proefvakken met negen varianten van AVS en een referentiesectie met conventioneel asfaltbeton met succes aangelegd op één van de meest bereden wegen in België. De varianten werden gekozen na uitgebreid onderzoek in het labo. De beproefde parameters in de varianten zijn het type mengsel (steen of zandskelet), het type bindmiddel, de bindmiddelhoeveelheid en het al dan niet toevoegen van gerecycleerd materiaal. Het fabriceren en aanleggen van de verschillende mengsels wierp geen specifieke moeilijkheden op. De verdichting kan geschieden met conventioneel materieel in normale omstandigheden zodat het homogeen verdicht kan worden. Wel moeten de limietwaarden van de temperatuur van het mengsel, welke afhangen van het type bindmiddel, strikt geobserveerd worden. De metingen en analyses tonen aan dat de karakteristieken van AVS overeenstemmen met de vereisten uit de Belgische specificaties voor conventionele onderlagen. Na één jaar dienst, presteren de verhardingen perfect. Er kan voorlopig nog geen beduidend verschil opgemerkt worden tussen de verschillende secties. Ook het aanleggen van de AVS vakken, kan bij de asfaltproducent, indien deze nog niet vertrouwd is met dit mengsel, leiden tot optimalisatie. Opdat de invoering van het AVS concept in België een succes kan worden is een goede samenwerking tussen bitumen producent, overheid en asfaltproducent een absolute noodzaak. Uit de gewonnen ervaring uit vier jaar onderzoek en het succesvolle resultaat van het experiment, volgt dat AVS het aanbevolen mengsel voor onderlagen van wegen met zwaar verkeer zou moeten worden. Ondertussen zijn er al standaardspecificaties, gebaseerd op de fundamentele vereisten, opgesteld om het gebruik van deze mengsels in de toekomst toe te laten. Er zouden wel meerdere proefvakken moeten aangelegd worden, die allen gedurende lange tijd gemonitord worden.

69 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 56 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische technieken 4.1 Inleiding Deze problematiek rond het milieu is niet weg te slaan uit het nieuws. De olieprijzen blijven stijgen daar de bronnen binnen enkele decennia wel eens uitgeput zouden kunnen zijn. Anderzijds zijn aan de hand van het Kyoto-protocol maximum emissies opgesteld om global warming tegen te gaan. Vandaar moet ook de industrie haar steentje bijdragen. Zo moet de productie en aanleg van wegen gepaard gaan met een zo klein mogelijk energieverbruik en met een zo groot mogelijk gebruik van recycleerbare materialen. Ook de uitstoot van gassen en schadelijke stoffen moet tot een minimum gereduceerd worden net als de vervuiling voor de omgeving. Dit alles zonder in te boeten aan de prestatiekarakteristieken van de wegen. Hiertoe zijn de laatste jaren nieuwe technieken ontwikkeld voor de aanleg van asfaltverhardingen. Zo wordt de techniek om energie uit wegverhardingen te halen beschreven. Het wegdek neemt veel warmte op via zonnestralen. Als het wegdek door middel van wegcollectoren gebruikt wordt als zonnecollector, kunnen grote hoeveelheden energie worden opgeslagen. Deze kan in de winter gebruikt worden om gladheid van de wegen door bevriezing te voorkomen. De overige energie kan bovendien gebruikt worden voor de klimaatbeheersing van naburige gebouwen. Hierna wordt Rollpave behandeld, een geprefabriceerd wegdek, dat via een ingenieus switch on/off hechtsysteem ter plaatse uitgerold kan worden. Door de prefabricage kunnen goede karakteristieken bekomen worden en kan het asfalt gedurende het hele jaar aangelegd worden. Ook de openstelling voor verkeer kan door de korte aanlegtijd sneller geschieden. Het biedt bovendien een hoge geluidsreductie en kan naargelang de prestatie-eisen aangepast worden. Vervolgens wordt iets over de nieuwere recyclagetechnieken gezegd. Uit politieke noodzaak en wegens de vele industriële bijproducten, zijn de toepassingen van nieuwe recyclagematerialen toegenomen. Onder hen de metaalslakken (hoogoven-, staal-, inox- en non-ferroslakken), assen afkomstig van afval van verbrandingsovens, baggerslib, plastiekafval, gieterij- en groenzand, carbonen glasvezels als wapening, mijnsteen, Uiteindelijk komen de lage temperatuurstechnieken aan bod aan de hand van een diepgaande bespreking. Traditioneel worden hot mix asfaltmengsels geproduceerd en aangelegd resp. aan 180 en aan 150 C. Door middel van viscositeitsverlagende additieven en technieken kan asfalt aangelegd worden aan 130 C bij de warm mix asfalten en op minder dan 100 C bij de half-warm mix asfalten. Deze brengen niet alleen een serieuze energiereductie met zich mee, maar ook een stevige reductie in emissies van broeikasgassen en stof. Eveneens zijn de omstandigheden voor de aanleg en verwerking verbeterd voor de arbeiders en omwonenden. Bovendien kunnen meer gerecycleerde materialen verwerkt worden en behalen deze mengsels minstens even goede prestaties als de hot mix. Er bestaan vele verschillende technieken om deze temperatuursreducerende asfalten te produceren. Slechts twee van hen zijn reeds in België aangelegd door middel van een voorproefvak.

70 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Energie uit wegverhardingen halen Het wegdek neemt als gevolg van de zonnestraling enorme hoeveelheden warmte op. Als deze energie uit het wegdek wordt gewonnen, behoort spoorvorming door oververhitting tot het verleden. Als deze energie opgeslagen wordt, kan het gebruikt worden in de winter om gladheid door bevriezing te voorkomen. Daarnaast kan het wegdek benut worden als energiebron voor de omgeven bebouwing Omschrijving In het energiewinningsconcept worden de wegverhardingen gebruikt als zonnecollector. De gewonnen energie wordt dan opgeslagen in bepaalde energie-opslagsystemen. Over het algemeen zijn dit bronnen in de ondergrondse watervoerende zandlagen, ook wel aquifers genoemd. De energie uit de aquiferbronnen kan gebruikt worden als input voor lage temperatuur verwarmingssystemen, eventueel in combinatie met warmtepompen voor de klimaatbeheersing (verwarming en koeling) van woningen, bedrijfsruimten, openbare gebouwen,... Hierbij wordt het verbruik van fossiele brandstoffen en daarmee de CO2-uitstoot teruggedrongen. Het principe bestaat uit een drietal systemen, welke door middel van warmtewisselaars van elkaar gescheiden zijn: de wegcollector, de aquifers en de lage temperatuur verwarmingssystemen in de gebouwde omgeving. De winning van energie uit wegverhardingen kan gecombineerd worden met de energiewinning uit andere duurzame energiebronnen zoals zonnecollectoren, aardwarmte, restwarmte, biomassa, enz... Via het systeem kan wel geen elektriciteit worden opgewekt. Dit concept werd ontwikkeld in Nederland en wordt door diverse bedrijven toegepast (WinnerWay, RoadEnergySystems, ). Het systeem kent een verschillende werking in zomer en winter. Het wordt dan ook volgens beide situaties apart besproken Zomersituatie Figuur 15: Energiewinning in de zomer

71 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 58 De verticale transportbuizen van de warme en de koude bron liggen ongeveer honderd meter uit elkaar en reiken maximum 100 meter diep. In de zomersituatie wordt via de weginfrastructuur, die uitgevoerd is als een wegcollector, warmte aan het wegdek onttrokken via een in de wegconstructie aangebracht systeem. Uit de koude bron wordt water opgepompt wat gebruikt wordt voor de koeling. Door de koeling van de wegconstructie wordt spoorvorming voorkomen waardoor minder onderhoud nodig is. Hierdoor reduceert de verkeershinder en de hoeveelheid files. De onttrokken warmte wordt via een warmtewisselaar overgebracht naar het energie-opslagsysteem. Het opgewarmde water wordt opnieuw door de asfaltcollector geleid. Daar wordt het opnieuw door de zon verwarmd waarna het geïnjecteerd wordt in de warmtebron in de bodem. Dit systeem bespaart veel primaire energie (aardgas), doordat er minder koude en warmte opgewekt hoeft te worden met centrale verwarmingsketels in de winter en koelmachines in de zomer. De combinatie van dit opslagsysteem met warmtepompen en vloer- en wandverwarming vereist een zorgvuldige afstemming van de regelsystemen. Daarnaast kan de warmte die vrijkomt in de zomer door de koeling van gebouwen ook in het energie-opslagsysteem worden opgeslagen Wintersituatie Figuur 16: Energiewinning in de winter In de wintersituatie wordt de warmte uit het energie-opslagsysteem gebruikt voor het verwijderen van sneeuw en ijzel van de wegen. Hierbij wordt grondwater uit de warme bron opgepompt. Nadat het voor de verwarming is gebruikt, wordt het (intussen afgekoelde) water door de asfaltcollector geleid, verder afgekoeld en uiteindelijk geïnjecteerd in de koude bron. Door de opwarming van het wegdek moet niet meer gestrooid worden met dooizouten, waardoor aantasting van het asfalt door bevriezing en dooizouten wordt vermeden. De overige energie kan worden benut om gebouwen te verwarmen door middel van de laagwaardige warmte van circa 20 C, eventueel opgewaardeerd naar een hogere temperatuur met behulp van de warmtepompen.

72 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Wegcollectoren Voor de aanleg van dit systeem zijn er reeds diverse collectoren gebruikt of in ontwikkeling zoals: Een wegcollector, waarbij de wegconstructie is opgebouwd uit asfaltlagen en een betonlaag (gewapend of met staalvezels), waarin een buizenregister is opgenomen, genaamd Buizen In Beton of BIB. Een wegcollector, waarbij de wegconstructie is opgebouwd uit asfaltlagen waarin een buizenregister is opgenomen in een asfaltlaag, genaamd Buizen In Asfalt of BIA. Een wegcollector, waarbij de wegconstructie is opgebouwd uit asfaltlagen en een zeer open watervoerende asfaltbetonlaag waar water door wordt gepompt, genaamd Water Door Asfalt of WDA Energiebesparingen De techniek wordt in het buitenland al jaren gebruikt voor de klimaatbeheersing van gebouwen. Beschikbaar zijn watertemperaturen van maximaal 24 C uit de warme bron en minimaal 7 C uit de koude bron. Om in de toekomst energiebesparingen te realiseren, zullen steeds efficiëntere energieconcepten of energiesystemen ontwikkeld moeten worden. Verbetering van de rendementen van conventionele systemen (ketels, koelmachines) biedt namelijk nauwelijks meer een oplossing. Betere resultaten zijn te bereiken met energiesystemen waarin energiestromen zoveel mogelijk geïntegreerd zijn. In dergelijke energiesystemen is ook plaats voor de toepassing van duurzame energiebronnen zoals zon, wind en geothermische energie. Het gebruik van lage temperatuur verwarmingssystemen in de gebouwde omgeving gekoppeld aan het energiewinningsconcept staat garant voor minder fossiel verbruik, minder CO2-uitstoot en dus een lagere energierekening Voor- en nadelen Economische en ecologische voordelen De techniek wordt zowel in binnen- als buitenland al jaren gebruikt voor de klimaatbeheersing van gebouwen. Beschikbaar zijn watertemperaturen van maximaal 24 C uit de warme bron en minimaal 7 C uit de koude bron. De extra investering bij de toepassing van het concept van duurzame energiewinning wordt terugverdiend door diverse financiële voordelen. Deze voordelen worden onderstaand beschreven samen met enkele milieuvriendelijke voordelen. Wegdekken hebben een enorme potentie als duurzame energiebron. Met behulp van de asfaltcollector kunnen de aquiferbronnen namelijk geregenereerd worden, zodat uitputting van de bronnen wordt voorkomen. Door de hogere inputtemperatuur voor de warmtepomp (24 C i.p.v. 12 C) wordt de COP (Coëfficiënt of Performance) beduidend hoger en neemt het rendement dus toe. Door de verlenging van de levensduur van de verharding worden de onderhoudskosten en strooikosten beperkt. Omdat er minder onderhoud is, wordt de weg minder vaak voor wegwerkzaamheden afgesloten, waardoor de verkeershinder en het aantal files afneemt. Oponthoud en files door gladheid zullen op wegen vrijwel geheel uitgesloten zijn. Door het beperken van oponthoud en files kunnen de maatschappelijke kosten op dat gebied worden teruggedrongen.

73 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 60 Daarnaast zijn verschillende subsidies beschikbaar, welke ten doel hebben het gebruik van duurzame energie te stimuleren. De toepassing van het concept gecombineerd met LTVW (lage temperatuur verwarming) resulteert in circa 90% reductie van fossiele brandstoffen. Indien het concept gecombineerd wordt met warmtepompen resulteert het in circa 60% reductie van fossiele brandstoffen. Doordat er groene energie gewonnen wordt, wordt in de betreffende regio minder aardgas verbruikt. Hierdoor vermindert de CO2-uitstoot, want bij verbranding van 1 m³ aardgas komt 1,78 kg CO2 vrij. Door de verwarming van het wegdek, behoeft er niet meer gestrooid te worden: het grondwater wordt niet meer verontreinigd met deze strooizouten. Bovendien scheelt het in de exploitatiekosten als er niet meer gestrooid behoeft te worden Constructieve voordelen De gekoelde vakken vertonen nauwelijks tot geen spoorvorming en rafeling. Door s zomers het wegdek te koelen tot onder het verwekingspunt van de bitumen wordt voorkomen dat de asfaltconstructie vervormt. Hierdoor treedt er geen spoorvorming meer op waardoor de verkeersveiligheid, zeker onder slechte weersomstandigheden, sterk verbeterd wordt. De verwarmde vakken blijven in de winterperiode sneeuw- en ijzelvrij doordat de temperatuur van het asfalt boven het vriespunt gehouden wordt, waardoor gladheid wordt vermeden. Tevens vindt er een snellere verdamping plaats van het regen- en dooiwater. Door de combinatie van een versterkt asfaltregister met een verwarmingsysteem zullen s winters de asfaltconstructies minder scheurvorming vertonen. Een asfaltconstructie voorzien van dit energiewinningsysteem heeft een langere levensduur dan traditioneel gebouwde constructies. Hierdoor zal er minder onderhoudswerk aan de weg hoeven plaats te vinden, wat minder verkeersafzettingen en minder files inhoudt, dus een grotere verkeersveiligheid Algemene nadelen Net zoals het aanbrengen van zonnepanelen heel duur is bij aanschaf, maar op termijn financieel goedkoper is, geldt hetzelfde voor de aanleg van het energiewinningssysteem in wegverhardingen. Veel mensen en zo ook de overheid zijn gebonden aan financiële restricties en kunnen deze aanschaf niet veroorloven omdat er op kortere termijn vaak belangrijkere kosten te maken zijn. Een ander groot nadeel is dat aan de toepassing van het systeem eerst een grondig onderzoek vooraf dient te gaan. Zo zal de energiebehoefte van het gebouw, de weg of het kunstwerk bepaald moeten worden, er zal een berekening gemaakt moeten worden voor de grootte van het oppervlak, de registerindeling en de plaats van de asfaltcollector en de asfaltconstructie zal gedimensioneerd moeten worden op het gebruik, de belasting en de draagkracht van de ondergrond. Voorts zal voor de bepaling van het aquifersysteem zal een geohydrologisch onderzoek moeten plaatsvinden i.v.m. de opslagcapaciteit van de bodem, de stroomsnelheid van het grondwater en de grondwaterkwaliteit. Bovendien zullen bij toepassingen in gebouwen de verschillende systemen meet- en regeltechnisch op elkaar afgestemd dienen te worden (asfaltcollector, aquifersysteem, warmtepomp en het verwarming- en koelsysteem).

74 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Toepassingen In Nederland zijn al meerdere toepassingen aangelegd. De voorlopige meetresultaten van deze proefvakken bevestigen de genoemde voordelen. Deze techniek is in België enkel al toegepast bij de constructie van een woningbouwcomplex door de firma IZEN Solar systems te Zoerle-Parwijs in 2005, gelegen in de Kempen. In Westerlo zijn ook plannen in die richting. Het kan vooral gebruikt worden voor laad- en losplatforms (bij bedrijven en luchthavens, havens, bus- en treinstations/perrons), voor het sneeuw- en ijzelvrijhouden van wegen, kunstwerken en start- en landingsbanen en voor het verwarmen en koelen van gebouwen. Het systeem kan in dunne asfaltlagen aangebracht worden op zowel nieuwe als bestaande verhardingen.

75 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Rollpave of de Hechtweg Omschrijving Rollpave is ontwikkeld door twee Nederlandse firma s: Dura Vermeer Infrastructuur BV en Intron VB. De Nederlandse benaming hiervoor is De Hechtweg. De techniek is in België nog onbeproefd. Het is een prefab wegdek met een hoge geluidsreductie, dat in korte tijd kan worden aangelegd, maar ook snel kan worden vervangen. Dit concept bestaat uit een prefab asfaltmat op de rol die door middel van een innovatief switch-on/off hechtsysteem op basis van microgolven snel aan de onderliggende laag kan worden gehecht én onthecht. Na de aanleg kan de Hechtweg meteen door het verkeer in gebruik worden genomen. Het concept van Rollpave is gebaseerd op prefabricage. Dit biedt een garantie op een constante, hoge kwaliteit van het eindproduct en maakt het mogelijk om verschillende varianten te produceren al naar gelang de prestatie-eisen (geluidsreductie, levensduur, stroefheid, ). De lengte, breedte en dikte van het prefab asfalt zijn variabel. Het prefab productieproces biedt ook de optie om een wegdek op maat te maken. Na het opmeten van de weg kan elke willekeurige vorm worden geproduceerd en aangelegd. In november 2001 is dit concept voor het eerst succesvol gedemonstreerd in een proefvak te Nederland (op de A50). De 30 mm dikke asfaltlaag bevat een zeer flexibel bindmiddel en is opgebouwd uit een steenrijk mengsel met een open structuur. De asfaltmatten zijn op een haspel gerold, welke een binnendiameter van 2 m bezitten. Deze worden aan de hand van een reuzenmagnetron gehecht aan de ondergrond. Het geheel vormt zo een geprefabriceerde dunne deklaag met goede prestatiekarakteristieken voor autosnelwegen. Bij de ontwikkeling van de Hechtweg zijn twee hoofdeisen gesteld aan het wegdek. Het moet een geluidsreducerend en prefab wegdek zijn. Een geluidsreductie van minimum 5 db(a) is vereist ten opzichte van een referentiedeklaag. De geprefabriceerde asfaltmat wordt opgewikkeld op de rol. Voor het oprollen van de asfaltmat dient een grote flexibiliteit aanwezig te zijn. Hiervoor wordt een zeer flexibel bindmiddel toegepast. De asfaltmat wordt op een vlakke drager gelegd. De drager en het flexibele asfalt zorgen ervoor dat het geheel gemakkelijk en schadeloos kan worden opgerold. De drager van de asfaltmat dient tevens als hechtlaag. In figuur 17 is een schematische weergave van de asfaltmat opgenomen. Figuur 17: Schematische weergave asfaltmat

76 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Karakteristieken Bij de ontwikkeling van het geluidreducerende asfaltmengsel is een optimale afweging gemaakt tussen de akoestische eigenschappen enerzijds en de civieltechnische eigenschappen anderzijds. Er is gekozen voor een steenrijk mengsel met een open structuur. Om een fijne macrotextuur te bekomen is er gekozen voor een maximale korrelafmeting van 6 mm Akoestische eigenschappen Zoals reeds aangeven behoeft het wegdek een geluidsreductie van 5 db(a) ten opzichte van een referentiedeklaag te realiseren. Een stil wegdek dient hoofdzakelijk over de volgende eigenschappen te beschikken: Een lage macrotextuur om de bandentrilling tot een minimum te beperken. Een hoge microtextuur om het airpumping geluid te reduceren. Een lage stromingsweerstand welke bepaald wordt door de toegankelijke holle ruimte en de laagdikte, eveneens om de airpumping te reduceren. Er is gekozen voor een steenrijk mengsel met een open structuur. Om een fijne macrotextuur te realiseren is gekozen voor een maximale korrelafmeting van 6 mm. Om een hoge microtextuur te bekomen is gekozen voor stenen met een ruw oppervlak. De laagdikte wordt 30 mm gesteld. In onderstaande figuur is de geluidreductie als functie van de snelheid van diverse deklagen weergegeven. De reducties zijn ten opzichte van een dicht asfaltbeton bepaald, welke als referentielaag fungeert. Figuur 18: Geluidreductie als functie van de snelheid voor lichte motorvoertuigen Uit de figuur kan afgeleid worden dat De Hechtweg tussen 4 en 7 db(a) geluidsreductie teweeg kan brengen afhankelijk van de snelheid van de voertuigen ten opzichte van een dicht asfaltbeton. Deze reductie overtreft die van het ZOA bij alle snelheden.

77 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Civieltechnische eigenschappen Het mengsel dient naast de gewenste geluidsreductie ook te voldoen aan civieltechnische eigenschappen zoals de stroefheid, weerstand tegen rafeling en de weerstand tegen vervorming. Op basis van de resultaten kan worden gesteld dat de stroefheid van het gekozen asfaltmengsel vergelijkbaar is met die van een SMA deklaag. Bij mengsels met een open structuur is rafeling over het algemeen het meest voorkomende schadebeeld. Om een indicatie van de weerstand tegen rafeling te verkrijgen zijn Cantabro proeven uitgevoerd, zoals weergegeven in figuur 19. Ook zijn proeven uitgevoerd op mengsels waarvan het praktijkgedrag bekend is. Een onderlinge vergelijking geeft een indicatie van de verwachte levensduur op basis van het schadebeeld rafeling, deze bedraagt minstens 10 jaar. Omdat het mengsel is opgebouwd uit een goed uitgekiend steenskelet zal deze over een hoge weerstand tegen spoorvorming beschikken. Steenweg (%m/m) Resultaten Cantabro Proeven SMA 0/6 Hechtweg ZOA 0/1680/100 bitumen Figuur 19: Resultaten Cantabro proeven Hechtlaag en hechtsterkte De hechting van asfaltlagen onderling wordt normaliter gerealiseerd door middel van een kleeflaag. De kleeflaag bestaat uit een emulsie die in een bepaalde gewenste hoeveelheid op het bestaande oppervlak wordt gespoten. Na het breken van de emulsie wordt vervolgens het warme asfalt aangebracht. Hierdoor wordt de kleeflaag verwarmd en vloeibaar waardoor de hechting tussen de lagen irreversibel tot stand komt. Eén van de doelstellingen is het realiseren van een wegdek dat snel aan te brengen en snel te verwijderen is. Om deze doelstelling te verwezenlijken is een innovatief switch-on/off hechtsysteem ontwikkeld. Dit betekent dat de hechting bij het aanleggen op locatie kan worden aangezet en bij het verwijderen weer kan worden uitgezet (onthecht). De (ont)hechting wordt gerealiseerd door het selectief en contactloos verwarmen van een geprefabriceerde hechtlaag met microgolven. De hechtlaag is opgebouwd uit een kunststofdrager die zowel aan de bovenkant als de onderkant is voorzien van een laag gemodificeerde bitumen. De dikte van de bitumenlaag aan de onderzijde wordt afgestemd op de aard van het oppervlak van de onderliggende laag, waarop de asfaltmat wordt aangebracht. Bij een relatief glad oppervlak zal deze aan de onderzijde dun worden uitgevoerd en bij een relatief grof oppervlak zal deze dikker worden uitgevoerd.

78 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 65 De hechting moet voldoende sterk zijn om de optredende schuifkrachten als gevolg van remmend en wringend verkeer over te dragen naar onderliggende lagen zonder dat hierbij onthechting of afschuiving tussen de lagen optreedt. Hiertoe is het wel van groot belang dat er een goede afstemming plaats vindt tussen de laagdikte van de hechtlaag en de aard van het bestaande oppervlak (fijn of grof) Roldimensies De toe te passen roldiameter van de haspel wordt bepaald door de toelaatbare kromming in het materiaal en door logistieke aspecten zoals de wettelijk toelaatbare transportafmetingen (voertuigbreedte en doorrijhoogte ter plaatse van viaducten en tunnels). Daarnaast wordt de dimensie van de rol ook bepaald door het gewicht. Het dient namelijk met relatief licht materieel hanteerbaar te zijn. In onderstaande figuren zijn de logistieke aspecten nader geïllustreerd. Lengte (m) Toelaatbare lengte vs breedte bij een constante totaalgewicht 0,36 0, Breedte (m) totaalgewicht 15000kg totaalgewicht 10000kg totaalgewicht 5000kg Figuur 20: Toelaatbare afmetingen bij een bepaald totaalgewicht Diameter kern vs einddiameter rol dikte asfalt 30 mm 3,25 Eind diameter (m) 2,75 2,25 1,75 1,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 Diameter kern (m) 50m 60m 70m 80m 90m 100m Figuur 21: Diameter kern Op basis van bovengenoemde aspecten en experimenteel onderzoek is voor een minimale binnendiameter van 1½ m gekozen. De lengte, breedte en dikte van de mat is variabel.

79 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Fabricage Het hier beschreven proces van produceren van de asfaltmatten tot en met het verwijderen na einde levensduur is gebaseerd op een gewenst gemechaniseerd proces zoals dat in de toekomst misschien gaat gebeuren. De asfaltmat wordt in mallen op een lopende band in een productiehal gemaakt. Na afkoeling wordt de asfaltmat op een haspel gerold, geseald en opgeslagen. Wanneer nodig wordt het naar de plaats van aanleg getransporteerd waar het met een haspelwagen wordt afgerold. Speciale apparatuur realiseert met elektromagnetische golven de hechting aan de onderliggende laag. Een wals drukt de asfaltmat aan waarna het meteen geschikt is om te berijden. De geprognosticeerde vervangingssnelheid bedraagt ongeveer 300 meter wegdek per uur. Deze snelle uitvoeringswijze beperkt de hinder voor het verkeer. Bij vervanging ten gevolge van schade of einde levensduur zorgt dezelfde speciale apparatuur ook voor de onthechting. De asfaltmat wordt verwijderd, opgerold en kan vervolgens in de fabriek eventueel worden opgewaardeerd Prefabricage De asfaltmat wordt in mallen op de lopende band in een productiehal geprefabriceerd. Hierdoor zullen er gedurende de verwerking geen invloeden van het weer zoals vocht, wind en temperatuur aanwezig zijn. De mogelijke kwaliteitsvariaties als gevolg van deze aspecten worden dan volledig geëlimineerd dan wel geminimaliseerd. Dit resulteert in een constante hoge kwaliteit van de asfaltmat. a. Productie van asfaltmat De productie van de asfaltmat geschiedt door middel van een gemechaniseerd proces. De asfaltmat zal worden gemaakt in stalen mallen, deze hebben een lengte tot 50 m en een breedte tot 5 m. Door een oplegmachine wordt de drager in de stalen mal afgerold en vastgezet. Door middel van een transportband systeem worden de mallen voortbewogen naar een stationaire verdichtingsunit, die met asfalt uit de opslagsilo gevoed wordt. De mal verlaat dan de productiehal en gaat via de transportband naar de afkoelhal. In twee uur tijd is de asfaltmat door de gehele afkoelhal getransporteerd en voldoende afgekoeld om te worden opgerold. Eventuele bochten in de weg worden nauwkeurig driedimensionaal ingemeten. Uit de afgekoelde mal wordt computergestuurd het gewenste profiel uitgesneden met een laser. Deze worden vervolgens opgerold en geïdentificeerd. b. Oprollen van asfaltmat Voor het oprollen van de afgekoelde asfaltmat is in de productiehal een haspel oprolmachine gestationeerd, deze heeft een aandrijf- en reminrichting die de flens van de haspel aandrijft. Om het oprollen (en later op locatie ook het afrollen) te vereenvoudigen wordt bij productie de drager aan beide zijden langer dan de uiteindelijke asfaltmat. De zeer flexibele en lichte drager wordt eenvoudig aan de kern van de haspel gemonteerd waarna de oprolmachine de rest van het zware werk doet. De haspels worden met een cellofaan geseald en vervolgens opgeslagen. Op figuur 22 kan de flexibiliteit aanschouwd worden van de asfaltmat.

80 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Aanleg en toepassingen Figuur 22: Flexibiliteit van de asfaltmat Voor het naar locatie transporteren van de asfaltrollen zal gebruik worden gemaakt van diepladers. De haspels zullen in lengterichting naar de locatie worden getransporteerd. De haspel wordt op de locatie door de dieplader zelf gelost, deze is daartoe uitgerust met een hydraulisch hefsysteem Afrollen van asfaltmat Carriers transporteren de haspels vanuit het depot naar de plaats van verwerking. Een haspelwagen pakt de haspel zelf op. Bij het uitrollen wordt de overmaat hechtlaag opgepakt en goed gepositioneerd, dit is vanwege het lage gewicht en de grote flexibiliteit eenvoudig. Daarna kan het afrollen van de asfaltmat beginnen. De aandrijfinrichting van de haspelwagen stuurt de flenzen van de haspel aan. Een sturende as zorgt ervoor dat de asfaltmat tijdens het afrollen goed wordt gepositioneerd. Een goede positionering is van groot belang omdat eventuele correcties moeilijk uit te voeren zullen zijn vanwege het relatief grote gewicht. Bij aanvang van het uitrollen dient daarom gedurende de eerste meters extra aandacht te worden besteedt aan de positionering van het beginstuk Hechting Ten behoeve van een goede hechting dient opgemerkt te worden dat het aanwezige oppervlak vochtvrij en schoon dient te zijn voor het uitrollen van de asfaltmat. Nadat de asfaltrol met een lengte van 50 m is uitgerold, dient deze te worden gehecht aan het onderliggende asfaltoppervlak. De hechting zal worden gerealiseerd door gecontroleerd en gericht verwarmen/verweken en vervolgens aandrukken van de hechtlaag. Het selectief verwarmen gebeurt met een inductiegenerator die elektromagnetische golven opwekt. Zoals reeds eerder aangegeven zal het proces worden gestuurd op het optreden van een bepaalde gewenste temperatuur in de hechtlaag. Vanwege het gericht en selectief verwarmen van slechts de hechtlaag, zal zowel de onderliggende asfaltlaag als de asfaltmat niet noemenswaardig in temperatuur stijgen. Het is mogelijk om de temperatuur in de hechtlaag binnen enkele seconden te verhogen naar de gewenste. De inductieapparatuur is bevestigd op de voorzijde van een wals. Na inschakelen van de inductieapparatuur wordt over de volle breedte van de wals, ongeveer 2 meter, de hechtlaag verweekt.

81 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 68 In figuur 23 is het principe schematisch weergegeven. Direct nadat de hechtlaag tot de gewenste temperatuur is verwarmd, wordt de asfaltmat en hechtlaag door de wals licht aangedrukt op het onderliggende asfaltoppervlak. Zo wordt voldoende hechting bewerkstelligd Verwijderen Figuur 23: Principe van selectief verwarmen hechtlaag Voordeel van deze manier van hechten is dat het reversibel is. Dat betekent dat de hechtlaag op dezelfde wijze kan worden verweekt en dus onthecht zoals ook de hechting bij aanbrengen tot stand is gekomen. Dit gebeurt wederom met elektromagnetische golven die door de asfaltmat gaan en contactloos de hechtlaag weer verweken waardoor de asfaltmat met een verwijderunit opnieuw wordt opgerold. De wals of trekker waarop de inductieapparatuur is gemonteerd, is voorzien van een verwarmd schraapmes. Deze lift als het ware de asfaltmat omhoog, een haspelwagen zorgt ervoor dat de asfaltmat op een haspel wordt opgerold. Op de haspelwagen is een rol met folie gemonteerd, direct na het loskomen van de asfaltmat wordt op de kleverige onderzijde de folie aangebracht. De asfaltmat gaat zo niet aan zichzelf kleven Toepassingen De eerste proefvakken zijn op 14 en 15 november naast de A50 ten zuiden van Apeldoorn aangelegd. De lengte van de proefvakken is 100 m, de breedte bedraagt 5 m. Hiervoor zijn vier asfaltmatten met een lengte van 50 m en een breedte van 2½ m. Met een afwerkmachine is het asfaltmengsel op de drager/hechtlaag aangebracht. Na het zagen van de zijkanten zijn de matten door een haspelwagen op haspels met een binnendiameter van 2 m gerold. Voorts zijn de haspels met asfaltmat naar de locatie getransporteerd en zijn deze afgerold op het proefvak. Het sturen en het in de juiste positie brengen is precisiewerk, dit vergde de nodige aandacht en zal in de toekomst moeten worden verbeterd om nog sneller te kunnen aanbrengen. Het afrollen van de matten geschiedde bij een temperatuur van tussen de 0 en 5 C, ook bij deze lage temperaturen is gebleken dat de matten nog voldoende flexibiliteit bezitten. De dwarslassen zijn in het werk gemaakt, de matten zijn met een overlap over elkaar gelegd en vervolgens op maat gezaagd en voorzien van een bitumenstrip. In langsrichting zijn de matten meteen bij het afrollen juist tegen elkaar aan gepositioneerd, de langslas is aan de bovenzijde afgedekt met een bitumenstrip. Na het neerleggen van de matten en afwerken van de lassen zijn deze aan de ondergrond gehecht met behulp van de microgolven en direct daarna aangedrukt met een bandenwals. Vanwege de lage temperaturen en vocht in de asfaltmatten, ging

82 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 69 het hechten langzamer dan oorspronkelijk gepland. De hechtlaag zal in het vervolg worden aangepast zodat het hechten minder weersafhankelijk wordt. De proefvakken zijn officieel geopend op 11 december Na de eerste proefvakken is 25 januari 2007 voor de 2e keer een proefvak Rollpave aangelegd. Op de Noordbaan van de A37 te Emmen is onder winterse temperaturen een proefvak van 430 meter aangelegd. Dit is uniek, want s winters kunnen er geen ZOA deklagen worden aangebracht. Met dit proefvak is aangetoond dat het Rollpave procedé ook in de winter gebruikt kan worden. Bij een omgevingstemperatuur van -4 C zijn alle matten in ca. 24 uur vastgehecht. In 2007 is er een proefvak Rollpave aangelegd in een gebogen tracé waarbij aangetoond is dat Rollpave ook in bochten kan worden aangelegd. Er wordt nog gewerkt aan een systeem waarbij intelligentiesensoren in de mat worden geïntegreerd die continu informatie kunnen verschaffen over de toestand van de mat en onder andere aan zouden kunnen geven of er gestrooid moet worden. Figuur 24: Afrollen van asfaltmat Figuur 25: Hechten met magnetron De Hechtweg is in eerste instantie ontworpen voor toepassing als deklaag op autosnelwegen. De vele voordelen en vrijheidsgraden van het concept de Hechtweg impliceren dat het ook geschikt is voor andere toepassingen, zoals op brugdekken of parkeerdaken en in stedelijk gebied. Het is mogelijk om de samenstelling en de dikte van de asfaltmat aan te passen. Tegen een gunstige prijs kunnen verschillende specifieke functies worden geaccentueerd zoals een langere levensduur, een hogere weerstand tegen spoorvorming en een hogere stroefheid. Het is ook mogelijk om meerdere lagen op elkaar aan te brengen en zo een complete prefab verhardingsconstructie op te bouwen Voor- en nadelen Voordelen Er is minder economische schade door de kortere wegwerkzaamheden, er zijn namelijk minder files. Door het lager afrolgeluid van de banden op het wegdek kan bespaard worden op geluidswallen of schermen. Verder is er de mogelijkheid om gedurende het gehele jaar te asfalteren, dit maakt ook in de winter noodreparaties mogelijk. Het product wordt prefab geproduceerd in een fabriek in plaats van op de bouwplaats hetgeen betekent dat de kwaliteit veel beter gewaarborgd kan worden en wat mogelijkheden biedt om het wegdek volledig op maat te maken en op het vlak van energiewinning.

83 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 70 Sommige wegmarkeringen kunnen ook al van tevoren worden aangebracht, hetgeen ook weer arbeidstijd op locatie scheelt, waarmee de verkeershinder nog verder wordt beperkt. Dit biedt ook mogelijkheden voor signalering en andere sensoren, mogelijk zelfs datatransport. Bovendien kan het twee maal sneller aangelegd worden dan enkellaags ZOA en is het direct berijdbaar Nadelen De nieuwe techniek en het materiaal zijn vooralsnog duurder dan conventioneel asfalt. Verder dient het aanwezige oppervlak van de Rollpave vochtvrij en schoon te zijn voor het uitrollen van de asfaltmat. In praktische omstandigheden is dit niet steeds even gemakkelijk te handhaven. Er zijn problemen met het switch-on/off hechtsysteem. Vanwege de lage temperaturen en vocht in de asfaltmatten, ging het hechten langzamer dan oorspronkelijk gepland. De hechtlaag zal in het vervolg moeten worden aangepast zodat het hechten minder weersafhankelijk wordt. Bij het afrollen van de asfalt mat is een goede positionering van groot belang omdat eventuele correcties moeilijk uit te voeren zijn vanwege het relatief grote gewicht. Bij aanvang van het uitrollen dient daarom gedurende de eerste meters extra aandacht te worden besteedt aan de positionering van het beginstuk Conclusies Het concept omvat volgende veelbelovende aspecten. Een geprefabriceerde asfaltmat op de rol is totaal innovatief. Er wordt dan nog eens een geluidsreductie van 5 à 7 db(a) ten opzichte van een referentiedeklaag van dab 0/16 bereikt. Het systeem is gebaseerd op een zeer innovatief switch on/off hechtsysteem op basis van elektromagnetische golven. Het is snel aan te brengen en snel te verwijderen, aan circa 300 meter wegdek per uur. Vanwege de combinatie van bestaande producten en technieken is het op korte termijn op grotere schaal realiseerbaar. De kostprijs vormt momenteel wel nog een belemmering. Ondanks de barre weersomstandigheden is de uitvoering van het proefvak succesvol verlopen. De realisatie is geslaagd, het concept is gedemonstreerd. Het positioneren van de matten tijdens het afrollen moet nog worden geoptimaliseerd zodat dit sneller geschiedt. De hechtlaag moet worden verbeterd zodat de hechting minder afhankelijk wordt van de weersomstandigheden. De Hechtweg biedt schitterende perspectieven, maar door de kostprijs zal het vooral bij herstellingen of aanleg van wegen in de winter vele toepassingen kennen. De veelbelovende karakteristieken zouden er voor mogen zorgen dat deze techniek in België ook beproefd mag worden.

84 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Recycling in de wegenbouw Omschrijving Recyclage is wereldwijd een groeiend fenomeen. Uit het oog springen de rijzende olieprijzen, maar ook andere natuurlijke bronnen kennen een beperking. Door het schaarser worden van de primaire grondstoffen en het toenemende milieubewustzijn moet er zoveel mogelijk gerecycleerd worden voor een duurzaam bestaan. Zo ook in de wegenbouw. Deze groeiende noodzaak voor het gebruik van recyclagematerialen wordt bepaald door meerdere factoren. Enerzijds door de politieke decreten die ontginningen beperken, zo is bijvoorbeeld de ontginning van grind en zand uit de Maasvallei stopgezet op 1 januari 2006, waardoor de vraag naar alternatieve materialen verhoogt. Anderzijds zijn door de beperkende stortmogelijkheden en ontmoedigende hoge kosten voor het verwijderen van afvalstoffen door storten of verbranden alle takken van de industrie op zoek naar nuttige toepassingen voor hun bijproducten of afvalstoffen, bijvoorbeeld als secundaire grondstof in de wegenbouw. Niettegenstaande de voordelen voor het milieu, moeten de recyclingmaterialen of kunstgranulaten een voldoende kwaliteit voorschotelen om aan de optredende krachten te weerstaan. Om deze secundaire grondstoffen toe te mogen passen moet voldaan zijn aan twee eisen: het moet voldoen aan de afvalstoffenwetgeving (milieureglementering Vlarea) en aan productnormen (technische voorschriften: NBN EN, PTV s, TRA s, SB250, ). Hiervoor moeten de desbetreffende producten uitvoerig getest worden in het labo. Als er duurzaam gebouwd wenst te worden door recyclingmaterialen in plaats van natuurlijke grondstoffen te gebruiken, dient dit op een manier te gebeuren die veilig is voor mens en milieu. De overheid heeft daarvoor richtlijnen opgesteld, met normen voor de maximaal toegelaten aanwezigheid van bepaalde verontreinigende stoffen die in recyclingmaterialen kunnen voorkomen. Hiertoe is door het OCW een milieuhygiënische normering ontwikkeld, waaraan monsters getoetst kunnen worden Recyclagematerialen Hier wordt een overzicht van de belangrijkste toepassingen van recycling bij asfaltverhardingen weergegeven. Dit zijn diverse gerecycleerde granulaten en industriële reststoffen die omgevormd zijn tot secundaire grondstoffen. Deze kunnen eenvoudigheidshalve in drie grote groepen weergegeven worden: puingranulaten uit bouw- en sloopafval, grond en reststoffen uit industriële sectoren. Grof geschetst kan gesteld worden dat de eerste twee groepen reeds langer bestaande technieken vormen, al zijn er vernieuwingen, terwijl de reststoffen uit diverse industriële sectoren wegens de bovenstaande problematiek pas recentelijk ontwikkeld zijn. Volledigheidshalve worden zowel de nieuwe als reeds bestaande technieken behandeld.

85 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Puingranulaten uit bouw- en sloopafval a. Puingranulaten Puingranulaten zijn afkomstig uit de sloop van gebouwen en infrastructuurconstructies. Voorbeelden zijn betonpuingranulaat, metselwerkpuingranulaat, mengpuingranulaat, asfaltpuingranulaat, puinbrekerzand en puinzeefzand. Ze worden gebroken en gezeefd tot de gewenste fractie wordt bekomen. De sterkte van de steen is afhankelijk van de samenstelling van het puin (baksteen is zwakker dan beton). Het heeft een hogere porositeit dan natuursteenslag wat leidt tot een verhoogde waterabsorptie. Bovendien is er een groot aanbod, wat er toe leidt dat het reeds voor het grootste deel is toegepast in de recycling (ongeveer 90%) voor onderfunderingen en funderingen. b. Asfaltgranulaat Asfaltgranulaat wordt gebruikt voor de recycling in nieuw asfalt. Hierbij wordt de steenslag- en zandfractie herbruikt. Ook worden de bindende eigenschappen van het bitumen herbruikt, ofwel na reactivatie, ofwel na toevoeging van verjongingsmiddel. Het nadeel is dat het een aanpassing van de asfaltcentrale vereist (o.a. paralleltrommeldroger). Asfaltpuin heeft eveneens een homogene kwaliteit ongeacht oorsprong, gebruik en manier van opbreken. De karakteristieken komen overeen met nieuw asfalt: dezelfde eigenschappen, prestaties, productietechnologie en prijs. Het wordt vooral toegepast voor onderlagen en klassieke toplagen, in een beperkt vervangingspercentage. Bitumineus, niet-teerhoudend asfalt voldoet aan de normen voor samenstelling en uitloging. Het wordt wel verboden voor teerhoudend asfaltgranulaat omwille van de arbeidshygiëne en het milieu (PAK). Dit asfalt moet dan ook zoveel mogelijk selectief worden opgebroken en apart worden gehouden om in gecontroleerde omstandigheden te worden verwerkt, bijvoorbeeld in een gebonden funderingsmengsel. c. Ontwikkelingen bij puin- en asfaltgranulaten Bovenstaand zijn de bestaande mogelijkheden voor puingranulaten en asfaltgranulaten weergegeven. Er zijn echter nog mogelijkheden voor de verruiming van de toepassingen. Er zijn reeds ontwikkelingen op het vlak van recyclering van asfaltpuingranulaat in speciale toplaagmengsels zoals ZOA en SMA, de optimalisatie van recyclingtechnieken voor asfaltpuin en metselwerkpuin voor speciale toepassingen. De Nederlands firma KWS Infra heeft reeds een product en productieproces ontwikkeld waarmee ZOA geproduceerd kan worden met een relatief hoog percentage ZOA-granulaat. Het bijzondere van deze innovatie is dat er geen extra voorbehandeling van het granulaat nodig is, in de vorm van breken en zeven. Dat was bij ontwikkelingen in het verleden juist het struikelblok. Door haar specifieke samenstelling heeft, kan het wel niet met andere asfaltsoorten worden verwerkt. De recycling van asfaltpuingranulaat in speciale toplaagmengsels zoals ZOA en SMA leidt tot een nog hogere recyclagegraad (tot 60 %) dankzij homogener puin en gemodificeerde bitumen. Er zijn reeds proefvakken aangelegd eind 2005 in Nederland. Hier zijn echter nog geen conclusies over beschikbaar.

86 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 73 Voorts zijn ook de recyclingtechnieken voor asfaltpuin geoptimaliseerd. Hieromtrent is reeds een onderzoek uitgevoerd in maart 2001 voor een looptijd van drie jaar. Dit onderzoek had tot doel de technieken voor zowel koude (stabilisatie met cement en/of bitumenemulsie in een funderingslaag) als warme recycling (tot regeneratieasfalt in een menginstallatie) te verbeteren. Het OCW doet mee op het gebied van warm hergebruik in een asfaltmenginstallatie, om een hoger percentage asfaltpuingranulaat te kunnen verwerken (50 % in een klassiek asfaltmengsel en 20 % in steenmastiekasfalt). Bovendien is ook de recyclage van metselwerkpuin voor speciale toepassingen de laatste jaren verder ontwikkeld. Ze kunnen nu gebruikt worden voor kleurrijke toepassingen of als recyclagemateriaal met veel waterabsorptie Grond Onder recyclage van grond wordt de uitgegraven bodem en gereinigde grond die eerst vervuild was verstaan. De herkomst van verontreinigde gronden is zeer divers, bijvoorbeeld uit saneringslocaties maar ook grond uit gebieden met achtergrondwaarden boven de streefwaarden. Gereinigde grond is afkomstig van een thermische, fysisch-chemische of biologische grondreinigingsinstallatie. De gronden worden voornamelijk gebruikt voor constructieve en niet-constructieve ophogingen en als vulstof voor asfalt Reststoffen uit diverse industriële sectoren a. Afval van rubberbanden Afval van rubberbanden wordt in oorspronkelijke vorm gebruikt als kernmateriaal voor een lichtgewicht ophogingsmassief of kan worden fijngemalen tot poeder (gemiddeld 2500 banden/km) en als additief voor rubberbitumen of rubberasfalt gebruikt. Het rubberbitumen wordt ook een hergebruikt-elastomeerbitumen genoemd. Het is een homogene dispersie bestaande uit ongeveer 79 massaprocenten petroleumbitumen, 3 massaprocenten weekmakende olie en 18 massaprocenten rubberpoeder. Het reageert elastischer dan klassiek asfalt en heeft een verbeterde weerstand tegen veroudering. De fabricatie van rubberbitumen is echter zeer moeilijk (o.a. 3 uur roeren bij een temperatuur van 200 C om een goede mengeling te bekomen), zodat het gebruik in België praktisch nihil is. Bovendien zou het PAK-gehalte van deze producten hoger kunnen zijn dan in gewoon bitumen. Deze techniek bestaat sinds de jaren 80, al zijn er wel evoluties. Momenteel is er in het buitenland iets meer rond deze techniek te doen, al hangt dit meestal af economische redenen (overschotten aan banden of niet, stijgende bitumenprijzen). Een recentere toepassing, is het gebruik van rubberbanden als granulaat in de zogenaamde poroelastische wegdekken. Hierover zijn toepassingen bekend in Zweden en Japan. Ze zijn zeer performant qua geluidsreductie, maar er zijn nog vele technische vragen o.a. stroefheid en duurzaamheid, hechting met de onderlaag,

87 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 74 b. Metaalslakken In de metaalindustrie komen jaarlijks grote hoeveelheden steenachtige afvalstoffen vrij in de vorm van slak. Toepassing van dit materiaal als granulaat in de bouw in plaats van natuurlijke aggregaten zou een grote stap betekenen in de richting van duurzaam bouwen. Eerste voorwaarde is natuurlijk dat de slak kwalitatief voldoet aan de noden van de toepassing. En juist hier werden in het verleden soms grote mislukkingen gezien door de geringe maatvastheid de slak, wat zich uitte in ongecontroleerde zwelling of verbrokkeling van het materiaal. De ontwikkeling om deze slakken te gebruiken in de wegenbouw is al reeds lange tijd gaande, maar het gebruik neemt altijd maar toe. In bepaalde landen worden deze technieken sneller geïmplementeerd, meestal hangt dit af van economische redenen en van de beschikbaarheid van materialen op de lokale markt. De metaalslakken zijn afkomstig als bijprodukt van de ijzer- en staalindustrie. In de smeltpot worden bovenaan de ongewenste elementen en onzuiverheden (allerlei oxiden van Si, Al, Mg, Ca,...) afgescheiden van het vloeibare metaal, dit is de slak. Na afkoeling stolt de slak tot een amorfe structuur, die verder kan gebroken worden tot stukslak, in de afmetingen van klassieke steenslag of ze stolt door snelle afschrikking tot glasachtige korrels van zandafmetingen (gegranuleerde slak). De samenstelling is afhankelijk van de aard van de metallurgie en het toegepaste procedé. Het is zwaarder dan natuursteenslag (> 2,6 tot 4,0 kg/dm³). Er zijn verschillende soorten: Hoogovenslakken (stukslak of gegranuleerd), Staalslakken (LD-slak, ELO-slak, inoxslak), Non-ferroslakken (koperslak, loodslak, zinkassen) Bouwtechnisch gezien is het geschikt als granulaat voor bepaalde bouwtoepassingen. Milieuhygiënisch gezien kan het gehalte aan zware metalen of bepaalde zouten of anionen een beperking vormen. i. Hoogovenslakken Hoogovenslakken zijn materialen die ontstaan bij het breken van slak die vrijkomt bij de bereiding van ruwijzer in hoogovens. Gegranuleerde hoogovenslak is de slak die wordt verkregen als de vloeibare hoogovenslak met een overmaat aan water onder hoge druk wordt afgekoeld. Deze wordt enkel gebruikt voor cement in betonmengsels en dus wordt daar niet verder op in gegaan. De fijnere fractie (0/5 mm) van de gegranuleerde hoogovenslak wordt hoogovenslakkenzand genoemd. De milieuhygiënische kwaliteit van de slak is afhankelijk van de samenstelling van het ijzererts, de cokes en de toeslagstoffen. Hoogovenslakkenzand is toepasbaar als straatlaag en als funderings- of ophoogmateriaal. Als funderingsmateriaal heeft hoogovenslakkenzand een hogere constructieve waarde dan zand voor zandbed. Een goede verdichting van het hoogovenslakkenzand is wel belangrijk, daar dit het hydraulisch proces en daarmee het draagvermogen bevordert. Dit komt door de hydraulische werking van de slakken, waardoor het zich een plaat vormt, die zorgt voor een zeer goede spreiding van verkeerslasten naar de ondergrond. Het draagvermogen neemt dan in de loop der tijd toe.

88 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 75 ii. Staalslakken De staalslakken zijn afkomstig als bijprodukt van de staalindustrie. Eind de jaren 90 begon het onderzoek naar de toepassingen van staalslak. Dit onderzoek had tot doel technieken te ontwikkelen om staalslakken (zowel LD-slakken, afkomstig via Linz-Donawitz proces als ELO-slakken, afkomstig uit electro-ovenproces) van bij de productie in de staalfabriek te behandelen teneinde ze goede kenmerken te bezorgen en maatvast te maken. Ze worden voornamelijk toegepast als hydraulisch menggranulaat o de druksterkte van het wegfunderingsmateriaal te verhogen. Door bijvoorbeeld kiezelzand toe te voegen zijn in Duitsland goede resultaten behaald. In België is getracht dit kiezelzand te vervangen door autoglasgruis. De resultaten zijn bemoedigend, maar vragen nog verder onderzoek. Mits de maatvastheid voldoende is, vormen staalslakken goede granulaten voor bitumineuze mengsels. Voor LD-staalslakken was de volumetrische stabiliteit in het verleden vaak een probleem. De hydratatie van CaO tot Ca(OH)₂ (= volumetoename binnen in de steen), zorgt voor het zwellen van de slak, eventueel zelfs het uit elkaar vallen. In een gebonden mengsel zoals asfalt betekent dit het opstuiken van de asfaltbaan, met spectaculaire schadegevallen tot gevolg. Ondanks dat de inoxslakken strikt gezien onder de staalslakken vallen, worden ze apart behandeld in onderstaand deel. iii. Inoxslakken De inoxslakken hebben hun oorsprong gevonden als reststof van de productie van roestvast staal. Dit staal wordt steeds meer toegepast in plaats van koolstofstaal, waardoor ook de hoeveelheid inoxslakken groeit. Het bezit hogere concentraties aan Ni, Cr en F, maar de uitloging blijft beneden de maximaal toegelaten gehaltes voor vormgegeven toepassing. Sinds eind de jaren 90 is onderzoek gestart naar de mogelijkheden voor toepassingen als recyclagemateriaal in de wegenbouw. Het is geschikt voor toepassing als granulaat in steenslagfunderingen en in asfaltmengsels voor onderlagen. iv. non-ferroslakken Non-ferroslakken zijn afkomstig als bijproduct van lood-, koper- of zinksmelten, gegranuleerde slak (zandfractie) of gebroken steenslag. Het heeft dezelfde karakteristieken als grof en zuiver zand. Het bezit hoge concentraties aan zware metalen, wat tot een hoge uitloging leidt. Eind de jaren negentig ontwikkelden de metaalproducenten en de recyclagebedrijven een nieuwe techniek voor de mechanische scheiding van metalen, waarvan het afval herbruikt kan worden in de wegenbouw. De kosten voor het onderhoud van de breekinstallatie zijn hierbij gevoelig teruggedrongen. Een nieuwe recyclage-installatie, gebaseerd op de doorbraaktechnologie van dit onderzoek, is in het najaar van 2002 opgestart. De non-ferroslakken worden vooral toegepast als onderfunderingslaag, als verhardingslaag en als grindvervanger in asfalt. c. Gieterijzand en groenzand Gieterijzand is een siliciumrijk zand met een homogene korrelverdelingscurve dat gebruikt wordt als vorm voor gieterijstukken, vervuild door resten van het gebruikte bindmiddel (hetzij door bentoniet

89 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 76 hetzij door een chemisch bindmiddel zoals fenolhoudend hars). Uit onderzoek in 2001 blijkt dat het gebruikt kan worden als zand voor onderfunderingen, ophogingen en aanvullingen. Groenzand (bentonietgebonden vormzand) heeft mogelijkheden als zand voor onderfunderingen en in funderingen. Na reiniging (via thermische of biologische weg met destructie van de fenolen) van de chemisch gebonden vormzanden zouden deze zanden mogelijks ook toegepast kunnen worden zonder nefast gevolg voor het milieu. d. Assen AVI-bodemas is het vaste residu dat overblijft na het verbranden van huishoudelijke afvalstoffen en daarmee vergelijkbare bedrijfsafvalstoffen in een afvalverbrandingsinstallatie. AVI-bodemas is vrij heterogeen van samenstelling en bestaat uit lichtgrijze tot zwarte afgeronde brokken met fijne delen De grovere delen bestaan uit duidelijk herkenbare attributen, zoals stukken glas en keramiek (tegels, baksteen), batterijen, onverbrand textiel en pier, stukjes koperdraad, metaal, enz. Het heeft een zwakke mechanische sterkte vergeleken met natuursteenslag. Het wordt voornamelijk ongebonden toegepast als bijzondere categorie of categorie 2 bouwstof in grootschalige ophogingen, aanvullingen en funderingen. AVI-bodemas moet voordat het wordt toegepast ten minste 6 weken oud zijn en moet binnen 6 weken na toepassen worden afgedekt. Het werd voor het eerst in 2001 door het OCW beproefd naar mogelijke toepassingen. Ondertussen wordt de kwaliteit ernstig in vraag gesteld. Vooral het terugdringen van het uitlogen van een bepaalde stof, molybdeen genaamd, blijkt echter erg lastig. Hierdoor worden toepassingen in Nederland reeds teruggeschroefd. In België nog geen normering omtrent de kwaliteit. AVI-vliegas is as dat overblijft na het verbranden van huishoudelijke afvalstoffen en daarmee vergelijkbare bedrijfsafvalstoffen in een afvalverbrandingsinstallatie. Het bevat daarmee de onzuiverheden van afvalstoffen in geconcerteerde vorm. Het is geschikt als vulstof in asfaltmengsels. Door de slechte kwaliteit (het heeft een status van gevaarlijke afvalstof) wordt het zelden gebruikt. E-bodemas is as van electriciteitscentrales gestookt met poederkool. Het bevat wel nog onverbrande delen van de poederkool. Het is een soort zandfractie en wordt gebruikt als ophogingmateriaal en in onderfunderingen. e. Baggerslib Baggerslib is slib van het baggeren van al dan niet bevaarbare vaarwegen. Het komt vrij bij onderhoudswerkzaamheden of waterbodemsanering en heeft vervolgens al dan niet gerijpt in een depot. Het is een specie met een zeer hoog watergehalte en moet voor elke toepassing ontwaterd worden. De grovere fractie (zand) erin kan afgescheiden worden en toegepast worden als rivierzand, de slibfractie zou eventueel kunnen dienen als grondstof voor de productie van kunstgranulaten via een thermisch procedé, maar dit is zeer energie-intensief. Uiteindelijk kan slechts een kleine fractie van het uitgebaggerd materiaal gerecupereerd worden. Bij het destilleren van de slib moet rekening gehouden worden met de graad van verontreiniging. Flink vervuild slib wordt natuurlijk niet gebruikt. In alle gevallen mag het geen gevaar opleveren voor de volksgezondheid bij de aanleg maar ook niet in de toekomst. Deze optiek in het achterhoofd

90 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 77 wordt in voorkomende gevallen de specie eerst verpakt in plastic voordat het als wegfundering wordt gebruikt. De baggerspecie is technisch goedgekeurd voor gebruik als fundering en als ophoogmateriaal (enkel gerijpt baggerslib) voor nieuwe wegen. Het kan ook gebruikt worden als ondergrond, maar dit valt dan duurder uit. Deze kosten zouden dan wel gecompenseerd worden door de besparing op stortkosten. Van baggerspecie kunnen ook andere bouwstoffen worden vervaardigd, zoals kunstgrind en kunstmatige basalt en andere bouwstoffen na thermische behandeling. Er zijn enorme hoeveelheden (zeker in kubieke meter specie gemeten) van beschikbaar: de jaarlijkse aangroei door erosie van het land wordt geschat op ongeveer 1,35 miljoen ton droge stof en de historische achterstand in baggeren van bevaarbare en onbevaarbare waterlopen wordt geschat op ca. 23 miljoen ton droge stof. Hierdoor is dit een echte probleemafvalstof. Zoals eerder aangehaald kan hier wel slechts een fractie van gebruikt worden. f. Plastiekafval Plastiekafval wordt gevormd uit samengeperste blokken van plastiekflacons. Eventueel zouden korrels van gerecycleerd polyethyleen kunnen gebruikt worden als modificatoren voor bitumineuze bindmiddelen (elastomeer gemodificeerd). Deze kunnen gedeeltelijk of volledig de steenslag aggregaten vervangen van het asfaltmengsel. Het plastiek mag bestaan uit alle soorten recycleerbaar plastiek, met inbegrip van thermohardende plastiek en plastiek met een weinig verspreide toepassing. De granulaten, tussen 0,6 en 1 cm, worden dan behandeld met een activatiemiddel zoals een plasma of een verminderende vlam om het oppervlak van de korrels te activeren. De gactiveerde behandelde korrels worden dan toegevoegd aan het aggregaat en met het bindmiddel gemengd om het asfalt te produceren. Het verbetert de duurzaamheid en de structuur van de asfaltverharding. De dikte van de asfaltlaag kan verminderd worden en ook de waterdoorlatendheid is verbeterd. Het wordt best gebruikt voor onderlagen, onderfunderingen of funderingen of om ophogingen te realiseren op zwakke ondergrond. g. Carbon- en glasvezels als wapening Asfaltwapening bestaat uit een rooster van carbon- of glasvezelstrengen, omhuld met een polymeer coating en voorzien van een drukgevoelige kleeflaag. Er ontstaat geen verlies aan sterkte door hoge asfalttemperaturen en geen beschadiging tijdens aanbrengen en overlagen met asfalt. De toepassing van carbon- en glasvezels zorgt voor een goede mix van plooibaarheid en stijfheid, vermijdt corrosie en reduceert en verdeelt de trekspanningen in het asfalt waarbij reflectiescheurvorming vertraagd of voorkomen wordt. Ook oppervlaktescheuren, bijvoorbeeld veroorzaakt door opvriezen, kunnen goed worden behandeld met asfaltwapening. h. Mijnsteen Mijnsteen is afkomstig als bijproduct van steenkoolwinning. Het bestaat voor een belangrijk deel uit kleihoudende gesteenten (ca. 70%) naast zandsteen en siltsteen (samen 20 %) en steenkool (inclusief

91 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 78 steenkoolhoudende leisteen, samen maximaal 10 %). Door branden wordt zwarte mijnsteen omgezet in rode mijnsteen,met iets betere mechanische eigenschappen. Daardoor is het enkel geschikt voor eerder laagwaardige toepassingen, zoals ophogingen en (voor rode mijnsteen) onderfunderingen Perspectieven Buiten de bovenvermelde toepassingen als recyclagemateriaal, zijn er nog diverse andere mogelijkheden voor een rationeler gebruik van granulaten. Het principe hierbij gehanteerd, is de opwaardering van de materialen die reeds ter plaatse aanwezig zijn. Er kan gebruik gemaakt worden van recycling in situ, hierbij kan de oude weg gebruikt worden als winplaats voor granulaten. Er kan bespaard worden op nieuwe granulaten door een in situ grondverbetering en/of grondstabilisatie met kalk/cement. Een andere mogelijkheid is de uitbreiding van de toepassingsmogelijkheden van gegarandeerd kwaliteitsvolle secundaire grondstoffen. Er kan een verdere differentiëring in de onderdelen van de wegstructuur doorgevoerd worden door ruimere onderlagen te gebruiken met asfaltpuingranulaten en zeer dunne toplagen met nieuwe granulaten. Nog een manier om de materialen ter plaatse ter gebruiken is recycling in situ van de bestaande gedegradeerde verharding door granulering en menging met een bitumenemulsie of schuimbitumen. De stabilisatie verhoogt de samenhang en draagkracht. De zo behandelde laag dient als nieuwe fundering. Het principe voor deze techniek staat weergegeven in onderstaande figuur. Figuur 26: Recycling in situ met een bitumenemulsie

92 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Conclusies Er is een groot en gevarieerd aanbod van steenachtige secundaire grondstoffen (puingranulaten en industriële reststoffen). Recyclage is een politieke keuze en een economische noodzaak. De wegenbouw biedt hierbij interessante perspectieven voor de nuttige toepassing van deze secundaire bouwstoffen. Een voorafgaande volledige karakterisatie van deze materialen is absoluut nodig, zowel op bouwtechnisch als milieuhygiënisch vlak. De kwaliteit moet permanent opgevolgd worden. Zo kunnen enkel kwaliteitsvolle granulaten het vertrouwen van de bouwheer verdienen (Copro- of Quarea-keuring, CE-markering). De beste van deze materialen worden reeds nuttig toegepast als granulaat in de wegenbouw. Er zijn nog mogelijkheden voor verruiming van de toepassingsmogelijkheden, indien de kwaliteit verhoogt en met een verdere selectiviteit inzake het juiste granulaat op de juiste plaats.

93 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Lage temperatuursasfalt Introductie Traditioneel worden asfaltmengsels geproduceerd en aangelegd resp. aan 180 en aan 150 C. Deze hoge temperaturen zijn nodig om een voldoende lage viscositeit te bekomen van het bitumen wat een complete en sterke omhulling van de aggregaten vergemakkelijkt en wat een goede verwerkbaarheid en verdichtbaarheid van het asfaltmengsel toelaat. Deze asfalten worden gegroepeerd onder de hot mix asfalten (HMA). De twee meest gebruikte hot mix producties, drum mix plant of continue asfaltcentrale en batch mix plant of discontinue asfaltcentrale, verwarmen aggregaten in een roterende oven tot extreem hoge temperaturen om al het water dat geabsorbeerd wordt door de aggregaten en zich in de poriën tussen de aggregaten bevindt, af te drijven. Complete droging is vereist om een perfecte aggregaat omhulling te bekomen en om de vochtgevoeligheid van het uiteindelijke mengsel te minimaliseren. Zowel de steeds stijgende prijzen van olie en natuurlijke gassen als de ecologische redenen leiden de asfaltindustrie ertoe om nieuwe energie besparende omhullingstechnieken te promoten. De wegenindustrie stelde eerst cold-mix systemen voor of koudasfalt, waarvan de duurzaamheid moeilijk te voorspellen valt. Daarom hebben de cold mix asfalts (CMA s) nog niet echt veel succes gekend in vergelijking met de HMA s. In 2005 werden slechts voor 6 miljoen ton wegen met CMA aangelegd daar er 321 miljoen HMA aangelegd werd. Sinds kort bestaan er ook warm mix asfalten (WMA s), die een reductie van 20 tot 40 C in productietemperatuur verwezenlijken en tegelijk ongeveer dezelfde eigenschappen bezitten als HMA. De reductie van de asfaltproductie en aanlegtemperatuur tot C betekent een significante reductie van energieverbruik, minder productie van carbondioxide en andere gassen en eveneens een verbetering van de gezondheids- en veiligheidscondities voor de wegenwerkers. Ze kunnen hun temperatuur verlagen door het gebruik van bindmiddelen of combinaties van bindmiddelen en additieven die de reologische eigenschappen van het bitumen tijdens de mengprocedure en de aanleg kunnen wijzigen. Om aan de praktijkvereisten te voldoen, blijft de aanlegtemperatuur van deze mengsels steeds hoger dan 100 C. Ondanks de goede eigenschappen hebben deze nog steeds niet veel terrein gewonnen ten opzichte van de HMA s. Het is binnen dit opzicht dat de verschillende half-warme mengsel asfalt (HWMA) processen ontwikkeld zijn, het bindmiddel zijnde ofwel een emulsie of een schuimbitumen of gewoon een bitumen, met of zonder bitumen. De originaliteit van deze nieuwe technieken wordt gekarakteriseerd door een productietemperatuur lager dan 100 C, en zelfs nog lagere aanlegtemperaturen, variërend aan de hand van het klimaat tijdens de aanleg. Ervaring wijst uit dat deze temperatuur zich over het algemeen tussen 70 en 90 C bevindt. De eigenschappen van de afgewerkte asfalt lagen zijn niet erg verschillende t.o.v. de conventionele lagen. Desondanks wegen deze voordelen niet op tegen een vermindering van de asfaltprestaties. Daarom is het normaal dat de wegenautoriteiten kritisch blijven op het vlak van nieuwe ontwikkelingen en dat ze gevalideerde testprocedures eisen die de prestaties van het product op korte en op lange termijn verzekeren. In België worden tests omtrent samendrukbaarheid, permanente vervorming en watergevoeligheid gebruikt om de hot mix asfalt te evalueren. Als deze tests uitgevoerd worden op WMA s en HWMA s, is het belangrijk dat de labo procedures aangepast worden zodat de voorbereiding van het mengsel en de proeven representatief zijn voor de asfaltproductie op de werf en zodat de labotests representatief zijn voor de prestaties in de praktijk.

94 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Terminologie Onderstaande figuur illustreert de verschillende types van asfaltmixen in relatie met hun omhullingstemperatuur, de corresponderende verwarmingsenergie en de CO₂ emissie: Cold mix asfalt (CMA), of koudasfalt, gewoonlijk geproduceerd op kamertemperatuur met asfalt emulsies of schuimen. Half- warm mix asfalt (HWMA), geproduceerd op temperaturen onder 100 C Warm mix asfalt (WMA), geproduceerd na waterverdamping bij temperaturen tussen 120 en 140 C Hot mix asfalt (HMA), geproduceerd op C afhankelijk van de gebruikte bindmiddelen Figuur 27: Brandstofconsumptie en CO₂ emissie voor de verwarming van 1 ton natte granulaten Eerst worden kort de HMA s en de CMA s besproken waarna de nieuwe technieken WMA en HWMA vervolgens behandeld worden. Verder zijn de belangrijkste resultaten op het vlak van de meest belovende technieken in het laboratorium en in aanleg beschreven. Uiteindelijk worden de belangrijkste technieken geverifieerd door testvakken aan te leggen met plaatselijke materialen en met lokale asfaltfabrieken. Deze proefvakken zijn noodzakelijk om de Belgische asfaltindustrie te stimuleren en te ondersteunen en om de technieken te implementeren en toe te passen waar mogelijk Hot Mix Asfalt Bij de hot mix techniek worden de aggregaten (ongeveer 90% in gewicht van het totale mengsel) verwarmd tot op een temperatuur tussen de 180 en 200 C om het residuele water te verwijderen. Vervolgens worden ze vermengd met gesmolten bitumen (5%), welke zich op een temperatuur van 160 C of meer bevindt. In die fase wordt ook de vulstof (5%) op kamertemperatuur toegevoegd. Het

95 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 82 mengsel wordt vervolgens opgeslagen in een silo op temperaturen tussen 150 en 180 C, afhankelijk van het soort geproduceerd mengsel. Het wordt getransporteerd naar de job site, verspreid en verdicht. Het mengsel moet voldoende heet zijn (het aanleggen gebeurt uiteindelijk aan temperaturen tussen de 130 en 160 C) om degelijk verdicht te kunnen worden. Over het algemeen moet de werf zich binnen een 1-uur transport afstand bevinden van de asfaltcentrale. Figuur 28: Productieschema HMA Door de noodzaak van de hoge temperaturen van de aggregaten en het asfalt, liggen de energie vereisten en de daarmee verbonden kosten erg hoog. In feite ligt het verwarmen van de aggregaten aan de basis van 90% van het totale energieverbruik bij de HMA s. Bovendien brengen zij een grote hoeveelheid uitstoot van broeikasgassen met zich mee. Kenmerkend is de gevoeligheid voor spoorvorming, een goede duurzaamheid en oppervlaktekenmerken (vlakheid, textuur, stroefheid). Er kan ongeveer 20% gerecycleerd materiaal in verwerkt worden. Een uitgebreidere bespreking is reeds behandeld in het eerste hoofdstuk Koudasfalt Koudasfalt wordt geproduceerd bij kamertemperatuur aan de hand van asfaltemulsies of schuimbitumen. Het proces van het bitumen emulsie gebaseerd koudasfalt omvat het omhullen van het aggregaat in een emulsie van bitumen in water. Deze emulsie is natuurlijk vloeiend op kamertemperatuur, zodat geen warmte vereist is tijdens het mengen. Het proces is ontwikkeld om te verzekeren dat de emulsie niet splitst in haar samenstellende elementen, bitumen en water, totdat het geplaatst is. In een speciale koudasfalt fabriek is het mogelijk om de verschillende graderingen van de aggregaten volledig samen te mengen voordat het bindmiddel wordt toegevoegd. Bij de productie van koudasfalt met geschuimd bitumen, komt heet bitumen in contact met water, door een koud-waterinjectie. Als gevolg van de temperatuurschok ontstaat schuimvorming. Door de expansie van het schuimbitumen, kunnen de granulaten volledig omhuld worden. De koudasfalt techniek, afkomstig uit Frankrijk, werd in 2000 en 2001 op vier locaties voor het eerst in België beproefd. De voordelen van koudasfalt liggen vooral op milieutechnisch vlak: het bespaart energie (doordat het bindmiddel en de aggregaten niet moeten worden verwarmd) en het vervuilt minder (doordat het bereidingsproces minder stof produceert). Ze laten eveneens een grotere proportie gerecycleerd materiaal toe in de mix dan mogelijk in de traditionele hot mix en verbruiken slechts een honderdste van de brandstof die de hot mix nodig heeft om een ton asfalt aan te leggen.

96 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 83 Uit de opgedane ervaring komt onder meer naar voren, dat het mogelijk is toplagen van koudasfalt aan te brengen met vrij gelijksoortige oppervlaktekenmerken (vlakheid, textuur, stroefheid) als heet bereid asfalt. Net na de aanbrenging is het draagvermogen van koudasfalt minder groot dan bij heet bereid asfalt, maar door het evoluerende gedrag van koudasfalt wordt dit verschil mettertijd kleiner. Anderzijds biedt koudasfalt goede mogelijkheden als profileerlaag en bezit het vermogen tot zelfherstel, wat interessant is voor de kwaliteit van stortnaden. Op grond van de proefwegen die gevolgd werden, kan gesteld worden dat de koudasfalt techniek over het geheel beschouwd haar haalbaarheid heeft bewezen. Het experiment heeft niettemin de grenzen van het toepassingsgebied van koudasfalt aangegeven. Door zijn evoluerend gedrag is koudasfalt bijzonder gevoelig voor agressief verkeer, vooral als jong wegdek. Het is bijgevolg enkel geschikt voor wegen met weinig verkeer(<1000 voertuigen/dag/richting), zonder al te veel zware voertuigen (gevaar voor spoorvorming) en zonder grote tangentiële krachten (gevaar voor uitrukking). Koudasfalt wordt ook gebruikt voor gekleurde toepassingen, waarbij het bitumen vervangen wordt door een transparant bitumen, welke met behulp van pigmenten gemodificeerd kan worden. Dit heeft een positieve invloed op het comfort en de veiligheid, alhoewel het duur is, de kleur niet consistent is en de productie veel aandacht eist. Tevens heeft koudasfalt een positief effect op de arbeidsomstandigheden. Koudasfalt is gevoelig voor onthulling (door de inwerking van water). Er moet dus een samenstelling worden gekozen die het zo ondoorlatend mogelijk maakt, of het moet met een specifieke laag (bijvoorbeeld een slem) worden beschermd. Hierdoor is koudasfalt economisch (voor inschrijvingen op werken) niet concurrentieel. De kaarten zouden anders kunnen liggen indien producten werden gebruikt die tegen onthulling bestand zijn, waardoor de slembehandeling overbodig zou worden. Het mengsel mag in specifieke installaties worden bereid. Deze zijn eenvoudiger dan voor warme asfaltproductie doordat een droogtrommel en voorzieningen voor het reinigen van afgassen niet nodig zijn. Deze installaties moeten wel geautomatiseerd zijn en de productiegegevens moeten continu kunnen worden geregistreerd. Doordat de Belgische aannemers reeds veel geïnvesteerd hebben in hot mix asfaltcentrales is het koudasfalt niet zo populair. In de toekomst zouden milieuoverwegingen wel eens het economische argument van tafel kunnen vegen, maar dat is een kwestie van strategisch beleid. In een milieutechnische context kan koudasfalt een waardig alternatief vormen voor de hot mix asfalt Half-warme (HWMA) en warme asfalttechnieken (WMA) a. Energiebesparingen Zowel de HWMA als de WMA techniek maakt het mogelijk om fossiele energie (brandstof of natuurlijk gas) in fabrieken te besparen in verschillende proporties: WMA op 130 à 140 C levert gemiddeld een temperatuurswinst van 20 C op met een vergrote productiekost te wijten aan het gebruik van additieven of aan een meer complex procedé en/of door een lager ritme. Energiebesparingen liggen rond de 15 à 20%.

97 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 84 Figuur 29: Productieschema WMA HWMA s, geproduceerd onder 100 C, leveren tot een reductie van 50% in energieconsumptie (afhankelijk van het proces, de fabriek en de materialen). Half warme mengsels genieten een energie voordeel t.o.v. warme mengsels, en zouden over het algemeen betere eigenschappen vertonen dan koude mengsels (vb. betere omhulling van de grotere aggregaten want bitumen behoudt langer een lagere viscositeit, wat een betere dispersie in het mengsel teweegbrengt.). b. Warmtebalansen vergeleken In hetgeen volgt wordt de warmtebalans van een HMA met twee verschillende types HWMA vergeleken. Ten gevolge van de partiële droging en de residuele vochtigheid van het aggregaat, kan de energieconsumptie in de fabriek gehalveerd worden. Dit wordt hieronder aangetoond. Enkel de energie vereist om de componenten te verwarmen is in rekening gebracht. Er is gewerkt met volgende aannames: De gradering van het aggregaat skelet bevat 65% 2/D en 35% 0/2 De vochtigheid van de steenfractie en de zandfractie bedragen resp. 1 en 4% De kamertemperatuur bedraagt 10 C De specifieke warmtes bedragen c J = 850 aggregaat kg en C c kj = 4, 2 water kg C De latente verdampingswarmte bedraagt: kj L verdamping = 2250 kg De specifieke warmte van stoom: c kj = 1, 85 stoom kg C i. De warmte balans van HMA (verwarmen van de aggregaten tot 160 C) Berekening voor 1000 kg steenslag: Verwarmingsenergie steenslag: c aggregaat 1000 kg (160 C 10 C) = kJ 1000 Verwarmingsenergie water: c water ( 1) 1000 ( ) = 3804, 55kJ Verdamping: L verdamping ( 1) 1000= 22785, 60kJ Verdampingsenergie stoom: c stoom ( 1) 1000 ( ) = 934, 34kJ 990 In totaal: ,49 kj

98 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 85 Berekening voor 1000 kg droog zand: Verwarmingsenergie zand: c aggregaat 1000 kg (160 C 10 C) = kJ 1000 Verwarmingsenergie water: c water ( 1) 1000 ( ) = 15693, 75kJ Verdamping: L verdamping ( 1) 1000= 94000kJ Verdampingsenergie stoom: c stoom ( 1) 1000 ( ) = 3854, 17kJ 960 In totaal: ,92 kj Berekening voor 1000 kg droge mix volgens: 65% steenslag: 65 % ,49kJ = , 92kJ 35% zand: 35 % ,92kJ = 84366, 77kJ Totale calorie energie: 185,13 MJ ii. De warmte balans van HWMA (verwarmen van de steenslag tot 140 C) Analoge berekening waarbij enkel de steenslag moet verwarmd worden tot 140 C en het zand onverwarmd, nat wordt toegevoegd, leidt tot een totale calorie energie van 89,59 MJ. Vergeleken 185,13MJ met de totale calorie energie van de HMA, levert dit een besparing van = 51,6% (Hierbij 89,59MJ is de berekening volgens één bepaalde HWMA techniek gebeurd, namelijk een LEA techniek). iii. De warmte balans van HWMA (verwarmen van alle aggregaten tot 100 C) Analoge berekening als bij de HMA waarbij alle aggregaten moeten verwarmd worden tot 100 C en het zand onverwarmd, nat wordt toegevoegd, leidt tot een totale calorie energie van 107,95 MJ. Vergeleken met de totale calorie energie van de HMA, levert dit een besparing van 185,13MJ = 41,2% (Ook hier is de berekening volgens een bepaalde LEA techniek gebeurd). 107,95MJ c. Energieverbruik vergeleken Er zijn enkele half-warme en warme technieken met een HMA vergeleken, die deze berekeningen bevestigen. Hierbij werden volgende technieken gebruikt: Nr. 1 Referentie HMA Nr. 2 WMA, omhuld met een bitumen, inclusief een wax of schuim agens Nr. 3 WMA, dubbele omhulling met zacht en hard bitumen Nr. 4 HWMA, omhuld met een emulsie Nr. 5 HWMA, omhuld met schuimbitumen Nr. 6 HWMA, hete omhulling van een verwarmd skelet, waarna de koude, natte aggregaten toegevoegd worden en het mengsel omhuld wordt met schuimbitumen.

99 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 86 Deze technieken komen verder nog aan bod. Het doel is hier om de omvang van de energiewinst duidelijk aan te tonen. De bespreking van de resultaten gebeurt aan de hand van figuur 30. Er wordt een beperkte reductie van de energieconsumptie bij de WMA technieken opgemerkt (voor Nr. 2 en Nr. 3 respectievelijk 20 en 28% vermindering). Dit is te wijten aan de nog steeds hoge productietemperatuur. Bij de verschillende HWMA technieken levert Nr. 6 de beste resultaten met een vermindering van 53% in energieverbruik. Het verbruik is hierbij slechts 1,9 kg brandstof per ton geproduceerd mengsel ten opzichte van 4,0 kg brandstof per ton geproduceerd mengsel voor de HMA (Nr. 1). Dit is een relatief verschil van 2,1 kg brandstof per ton geproduceerd mengsel. De besparingen komen vooral voort uit het feit dat het zand bij proces Nr. 6 niet hoeft opgewarmd te worden en er dusdanig minder water moet verdampt worden. In het geval van de HWMA s geproduceerd met een emulsietype bindmiddel (Nr. 4) of een schuimtype (Nr. 5), is de globale reductie in energieconsumptie eerder beperkt (respectievelijk slechts 11 en 37%). Dit komt doordat de emulsie en het schuim respectievelijk 35% en 5% water bevatten, wat een hogere verwarmingstemperatuur van het aggregaat impliceert. 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 1 HMA 4,0 kg/t eco 0% 2 WMA 3,2 kg/t eco 20% 3 WMA 2,9 kg/t eco 28% Energieverbruik HWMA HWMA HWMA 3,5 kg/t 2,5 kg/t 1,9 kg/t eco 11% eco 37% eco 53% Waterdamp Water Fijn aggregaat (zand) Grof aggregaat Figuur 30: Energieverbruik van de verschillende processen (kg stookolie/ton mengsel zonder verlies) d. Warmteverliezen vergeleken Warmteverliezen gedurende de productie hangen voornamelijk, voor een gegeven installatie, af van het verschil tussen procestemperatuur en kamertemperatuur. Het mengen van materialen op 160 C met een kamertemperatuur van 15 C, veroorzaakt warmteverliezen welke bijna twee keer zo groot zijn als de warmteverliezen bij het mengen van materialen op 90 C omdat (160-15)/(90-15) = 1,93. Warmteverliezen hangen ook af van andere factoren: type uitrusting, duurtijd productie en de brandstof consumptie. Metingen hebben uitgewezen in een discontinue asfaltcentrale dat de energieconsumptie ten gevolge van deze verliezen ongeveer 3 kg brandstof per ton mengsel bedraagt bij het mengen op 160 C en een kamertemperatuur van 15 C. Figuur 31 geeft de invloed weer van de warmteverliezen bij de brandstofconsumptie van de 6 verschillende processen.

100 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken HMA 4,0 kg/t eco 0% Invloed brandstofconsumptie 2 WMA 3,2 kg/t eco 20% 3 WMA 2,9 kg/t eco 28% 4 HWMA 3,5 kg/t eco 11% 5 HWMA 2,5 kg/t eco 37% 6 HWMA 1,9 kg/t eco 53% Consumptie zonder verliezen Berekende verliezen Figuur 31: Invloed van warmte verliezen op de berekende brandstof consumptie De onderlinge verschillen in energieverbruik vergroten uiteraard door deze warmteverliezen. Echter de verhoudingen (in %) wijzigen weinig. Het relatieve verschil bedraagt nu 3,6 kg brandstof per ton geproduceerd mengsel tussen de referentie HMA en de HWMA Nr.6. Procentueel gezien blijft de verhouding echter ongeveer gelijk (52% minder energieverbruik voor HWMA proces Nr. 6). e. Beperking uitstoot broeikas gassen Bij lagere temperaturen worden er minder broeikas gassen (CO₂, waterdamp, methaan, N₂O,O₃ en halo-alkanen) uitgestoten. Deze gassen, zijn deels van natuurlijke oorsprong en komen deels voort uit menselijke activiteiten. Vandaar dat hun concentratie sinds de industrialisatie zeer sterk is toegenomen. Door de toenemende concentratie van broeikasgassen zou de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak aanzienlijk kunnen stijgen met zorgwekkende reacties tot gevolg. Binnen de asfaltindustrie moet concreet gehandeld worden door de productie van CO₂ te beperken. Dit kadert binnen het Kyoto-protocol. Onderstaande figuur geeft de CO₂-emissies weer per ton mengsel (verliezen inbegrepen). Deze zijn weergegeven voor twee verschillende soorten brandstof, namelijk natuurlijk gas en stookolie HMA 4,0 kg/t eco 0% Uitstoot broeikasgassen 2 WMA 3,2 kg/t eco 20% 3 WMA 2,9 kg/t eco 28% 4 HWMA 3,5 kg/t eco 11% 5 HWMA 2,5 kg/t eco 37% 6 HWMA 1,9 kg/t eco 53% Stookolie Natural Gas Figuur 32: Uitstoot broeikasgassen afhankelijk van de gebruikte brandstof

101 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 88 Uit de figuur kan afgeleid worden dat natuurlijk gas minder vervuilend is dan stookolie. Verder kan gezien worden dat met HWMA proces Nr. 6, natuurlijk gas verbruikend, 65% minder CO₂ wordt uitgestoten dan bij de referentie HMA, stookolie verbruikend, wat met andere woorden slechts een derde is van de betrokken CO₂ emissies (7,5 t.o.v. 21,7 kg CO₂ per ton mengsel). Een besparing van 50% op energie levert bij de fabricatie van en ton ongeveer 40 kwh winst op. Per MWh wordt er 200kg CO₂ uitgestoten bij het gebruik van natuurlijk gas. Bij het gebruik van stookolie bedraagt dit zelfs 270 kg CO₂ uitstoot. Als er uitgegaan wordt dat 60% van de installaties op stookolie werkt en 40% op natuurlijk gas, wordt een verminderde emissie van 9,68 kg CO₂ per ton bereikt. Als geweten is dat de wereldvraag op het vlak van asfaltproducten in 2009 op 114 miljoen ton geschat wordt, is de enorme vooruitgang voor het milieu overduidelijk. Maar ook andere schadelijke gassen, zoals de bitumendampen, kunnen worden gereduceerd door middel van de WMA en HWMA technieken. Zelfs nog meer reduceren dan CO₂! De hoeveelheid dampen die bitumen uitstoot wordt bij elke temperatuursdaling van 10 C namelijk gehalveerd. Gemiddeld gezien worden volgende gemiddelde waarden gehanteerd voor de broeikasgassen: Tabel 9: Reductie schadelijke stoffen met WMA Emissie Reductie CO₂ 30-40% SO₂ 35% TOC 50% CO 10-30% NOx 60-70% stof 25-55% De onderstaande figuur beeldt duidelijk het verschil in emissies af tussen een hot mix asfalt geproduceerd op 155 C en een warm mix asfalt op 110 C geproduceerd. Figuur 33: Duidelijk zichtbare reductie in emissies bij WMA

102 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 89 f. Beperking Totale Organische Stoffen of Total Organic Compounds (TOC s) Vluchtige organische stoffen zijn organische chemische bestanddelen die voldoende dampspanning bezitten om onder normale omstandigheden te verdampen en zo in de atmosfeer binnen te treden. Een breed gamma van koolstof gebaseerde moleculen zoals aldehyden, ketonen en andere lichte hydrocarbonaten vallen onder de TOC s. Ze komen vooral voort uit bitumendampen. Deze producten hebben een schadelijke invloed voor de grond en het grondwater en voor de luchtvervuiling. Bovendien dragen bepaalde TOC s ook bij tot het broeikaseffect. Redenen genoeg om ze te beperken. Een reductie van 13 C in mengselbereiding temperaturen levert een reductie van de PAH (polycyclische aromatische hydrocarbonaten, een TOC) emissies met een factor 2. Onderstaande figuur toont de reductie in TOC s bereikt bij het gebruik van een HWMA ten opzichte van een HMA in Frankrijk. TOC's mg/m³/kg bitumen Reductie in totale organische stoffen HMA op 160 C 5 LEA op 95 C Tijd (s) Figuur 34: Reductie in de totale organische stoffen (Total Organic Compounds TOC) gedurende het mengen van een asfalt met een lage temperatuursproces. Er wordt na een half uur (1800 seconden) reeds een serieuze daling van de schadelijke bestanddelen tot ongeveer een derde opgemerkt. Dit is echter slechts een voorbeeld van een weg. Uit tabel 9 blijkt dat de gemiddelde reductie rond de 50% ligt, waar de reductie hier zelfs 66% is. g. Andere gemeenschappelijke voordelen Alle HWMA technieken hebben bepaalde, algemene voordelen door de gemeenschappelijke kenmerken die ze bezitten. De voordelen op het vlak van energie en emissies (broeikasgassen en TOC s) zijn hierboven al opgenoemd, al nemen die voor elk proces licht gewijzigde waarden aan. Maar ook tijdens het aanleggen zijn er verbeterde voorwaarden, ook al was dat niet het doel van de ontwikkeling. De andere gemeenschappelijke voordelen staan hieronder beschreven. Experimenten toonden aan dat de afkoelingssnelheid van de bitumineuze mix bij lage temperatuur veel lager was (tot twee maal zo klein) vergeleken met de traditionele hete bitumineuze mengsel (130 à 140 C) waardoor de implementatieperiode (en hierbij horend de verdichting) verlengd wordt.

103 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 90 Door de kleine afkoelingssnelheid vergroten ook de transportmogelijkheden. Er kunnen namelijk langere afstanden overbrugd worden. Een ander voordeel is dat het verkeer rapper open gesteld kan worden voor verkeer. De verminderde temperaturen zorgen voor het verdwijnen van risico op brandwonden bij de wegenwerkers. Bovendien verbeteren de lagere temperaturen de werkomstandigheden, waardoor een grotere productiviteit kan behaald worden. De zware vermindering van gassen en geuren op de werf hebben een positieve invloed op hun gezondheid en verminderen de hinder voor de omwonenden. Ze voldoen minstens aan dezelfde prestatiekarakteristieken als de Hot Mix Asfalt. Dit omvat de verwerkbaarheid, verdichtbaarheid, permanente vervorming, vermoeidheidsweerstand, rafeling en scheurvorming. Op sommige vlakken bereiken ze zelfs betere prestaties. Zo behalen ze een verlaagde oxidatie door de lagere temperaturen waardoor het bindmiddel minder veroudert en is ook de weerstand tegen scheurvorming beter. Bovendien is er steeds een verbeterde verdichtbaarheid. Ook andere prestatiekarakteristieken zijn soms beter, al is dit proces afhankelijk. Er kan met deze technieken eveneens een hoger percentage gerecycleerd materiaal toegevoegd worden aan het mengsel. Dit komt door de verbeterde verwerkbaarheid door de lagere viscositeit en de verminderde veroudering van het bindmiddel die de moeilijke verwerkbaarheid van de verouderde gerecycleerde materialen compenseren. De technologieën kunnen ook gebruikt worden voor snelle herstellingen van bestaande verhardingen. Het enige, belangrijke nadeel draait om geld. Een meerkost te wijten aan het gebruik van additieven, een complexer procedé en aan een licht verminderd productietempo. Deze meerkost overstijgt ruim de besparing op energiewinst die gedaan wordt. (ongeveer: 15 /ton duurder 2,5 /ton energiewinst = 12,5 /ton meerkost) Overzicht van de bestaande warme en half-warme asfaltmengsels Deze innovatieve omhullingstechnieken op lage temperatuur en met een laag energieverbruik zijn gebaseerd op één van volgende vier principes: Wijziging van het asfaltmengsel proces (zonder de mengsel componenten te veranderen) Toevoeging van viscositeitsverlagende substanties van het bitumen Induceren van water wat een schuimeffect van het bitumen veroorzaakt Gebruik van een vegetaal bindmiddel met lage viscositeit Het heropwarmen van een koudasfalt In sommige gevallen worden enkele van bovenstaande principes gecombineerd. Meestal kan gebruik gemaakt worden van de bestaande Hot Mix Asfalt asfaltcentrales en zelfs de HMA specificaties.

104 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Wijziging van het asfaltmengsel proces Wijzigingen in de bestaande mengprocedés laten een reductie van de mengsel temperatuur toe zonder de componenten van het asfalt te veranderen. Hierbij wordt de omhulling anders benaderd dan de hot mix benadering. Toevoegingsvolgorde proces: enkel de hete grove aggregaten worden gemengd met het bitumen totdat een homogene mix wordt bereikt. De verhoogde bitumenaggregaten ratio laat toe te mengen met een koeler bitumen met hogere viscositeit. De hete fijne aggregaten worden dan toegevoegd en kunnen goed vermengd worden in de reeds omhulde grove mix. Twee-fase mengproces: in de eerste fase worden de aggregaten gemengd met een vrij zacht bitumen (pen. 160 à 400). Door de lage viscositeit verlaagt de proces temperatuur. In de tweede fase wordt een harder bitumen (pen. 35 à 100) toegevoegd en kan deze zich vermengen met de reeds omhulde aggregaten op verlaagde temperatuur. De mogelijkheid is voor beide technieken aan de hand van homogene mengsels reeds aangetoond waarbij volledig omhulde aggregaten worden bekomen. Desondanks zijn aanpassingen aan het fabriek noodzakelijk en is de beschikbare tijd voor transport en aanleg gereduceerd aangezien het uitrollen bij gelijke temperaturen als het conventionele asfalt moet gebeuren Viscositeitsreducerende organische additieven Zulke additieven zijn vast bij kamertemperatuur en smelten, afhankelijk van het type additief, tussen 70 en 140 C. De gesmolten additieven (speciaal bindmiddel, verschillende soorten waxen of paraffine) vormen vloeistoffen met een lage viscositeit die homogeen oplosbaar zijn in heet bitumen en daarom vlug en gemakkelijk gemengd kunnen worden met pure of polymeer gemodificeerde bitumen door middel van roeren. Er worden significante viscositeitsreducties bereikt door 2-4% van het additief toe te voegen aan het bindmiddel. Door de oplosbaarheid van de additieven zijn de viscositeitsverlaagde bindmiddelen stabiel en is het effect van de viscositeit permanent. Tijdens het koelen van het aangelegde asfalt vervasten de gesmolten additieven tot microscopisch kleine, eenduidig verdeelde deeltjes. De additieven worden hetzij toegevoegd als vaste stof in de mixer of als vooraf gemengd bindmiddel met lage viscositeit. Dit laatste wordt aanbevolen om een homogene distributie zonder verlenging van de mengtijd te verzekeren. Er worden 3 klassen van waxen gebruikt als additief: Montan wax (ligniet wax) bestaat hoofdzakelijk uit fossiele esters van vetzuren. De pure was smelt rond 80 C, wat enkele problemen qua spoorvorming teweeg brengt bij dienst temperaturen waardoor het vaak vermengd met hogere smeltmaterialen zoals amide waxen. Amide waxen zijn synthetische vetzuuramiden met smeltpunten rond 140 C. Ze ontstaan door de reactie tussen vetzuren en amiden. Het wordt ook gebruikt in de roofing industrie. Fischer-Tropsch wax vormen een mengsel van lang geketende alkanen, geproduceerd van een synthetisch gas aan de hand van het Fischer-Tropsch proces. Deze worden geproduceerd door hete kolen met stoom te bewerken in de aanwezigheid van een katalysator. De pure wax smelt rond 115 C, maar wanneer het gemengd wordt met bitumen verschuift de smelttemperatuur naar 100 C. Daarom moet het asfalt aangelegd en verdicht worden boven de 100 C, vrij snel na de productie. Meerdere miljoenen tonnen hot mix zijn gemodificeerd met het Fischer-Tropsch wax gedurende het laatste decennium.

105 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Water gebaseerde technologieën Sommige WMA en HWMA technologieën zijn gebaseerd op de introductie van water in het mengproces. Het algemene principe is de ontwikkeling van stoom welke het volume van het bindmiddel verhoogt en haar viscositeit verlaagt. Er worden twee klassen van watergebaseerde warme technieken (>100 C) gebruikt: Het WAM (warm asfalt mix) - schuim proces maakt gebruik van een twee-componenten bindmiddel systeem welke een wijziging van de fabriek vereist. In de eerste stap worden de aggregaten omhuld met een zacht bindmiddel (pen. 160 à 400) en vervolgens wordt geschuimd, harder bitumen (pen. 35 à 100) toegevoegd. De droge aggregaten worden omhuld met bitumen voordat het water geïnduceerd wordt. Dit zou voordelig moeten zijn voor de adhesie van het bindmiddel aan de aggregaten. Zeolieten vervangen een deel vulstof en worden toegevoegd in de fabriek die uitgerust moet worden met een extra opslagsilo en een voedingssysteem. De structuur van dit synthetisch mineraal bevat 21% water in smalle poriën welke losgelaten wordt bij het verhitten binnen 2 à 3 uur. De ontwikkelde stoom veroorzaakt een in situ schuimeffect van het bitumen. Drie klassen van watergebaseerde half-warme technologieën (<100 C) worden momenteel gebruikt: Emulsie technologie: in situ bitumen verschuiming kan ook bereikt worden door een bitumen emulsie te mengen met een heet aggregaat. Deze technologie past een speciale emulsie met 30 % water inhoud toe welke in de mixer wordt toegevoegd op een temperatuur rond 90 C. De 30% water inhoud in de emulsie wordt gedeeltelijk bevrijd onder de vorm van stoom wanneer het gemengd wordt met hete aggregaten. Deze verdamping laat de mengtemperatuur dalen onder de 100 C, welke het grote voordeel is van dit proces. Desondanks beperken de verwarming en de droging van aggregaten boven 100 C de energiebesparingen in de fabriek. Schuimtechnologie: schuimend in situ bitumen wordt bereikt door het schuimbitumen te mengen met half-warme of warme aggregaten. Ondanks de goede energiebesparingen (30-50%) wordt de kwaliteit van deze types mengsels als lager aanzien dan die van de HMA s. LEA proces (Low Energy Asfalt): de originaliteit van dit half-warm mix proces ligt in de mogelijkheid van het hete bindmiddel om te transformeren in schuim of een emulsie wanneer het in contact komt met het residuele water van de warme aggregaten juist onder het waterverdampingspunt op 100 C (in normale drukvoorwaarden op 1 bar) waarmee het de omhulling van granulaten toelaat bij lagere temperaturen. De spontane volume expansie van het bitumen leidt tot een dikkere bindmiddelfilm rond het aggregaat, wat tot een goede verwerkbaarheid van het mengsel leidt, zelfs bij de proces temperaturen rond 70 à 95 C. Dit innovatieve eco-proces is de simpelste weg om de impact gedurende het fabriceren(de gedeeltelijke droging van het aggregaat laat een reductie van energie consumptie en broeikasgassen toe van 30 tot 50%), transport, aanleggen en verdichten Lage viscositeit vegetaal bindmiddel Twee grote Franse wegenwerkers hebben zulk een vegetaal bindmiddel met lage viscositeit reeds ontwikkeld. Hierbij kan gemengd, aangelegd en verdicht worden bij temperaturen rond 130 C.

106 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Heropwarmen van een koudasfalt Een alternatief voor deze half-warme asfalt is de koudasfalt mix, behandeld met een bitumenemulsie, opnieuw op te warmen (Ecomac proces). Dit proces verbetert de handigheid en verbetert de mechanische eigenschappen en oppervlakte weerstand tegen wringing. Het laat een betere controle op de implementatie en homogeniteit van de omhulling toe Overzicht van de technieken Dit leidt tot volgend overzicht van de mogelijke WMA en HWMA technieken, waarbij de commerciële naam van het product en het wegenbedrijf of de oliemaatschappij die het ontwikkeld heeft ook worden weergegeven. De originele technieken en processen zijn gepatenteerd door deze bedrijven. Ondertussen zijn er al een groot aantal technieken ontwikkeld. In Frankrijk is elke aannemer aan het proberen om zijn eigen proces te ontwerpen. Bepaalde technieken staan dus nog maar in hun kinderschoenen terwijl andere al gevestigde waarden zijn. Tabel 10: Verschillende HWMA en WMA technieken Nr. Techniek Naam Bedrijf Fabricage principe 1 Toevoeging in SASOBIT SASOL Wax Heet skelet + bitumen + bitumen paraffine of wax 2 Toevoeging in mixer ASPHA-MIN EUROVIA Heet skelet + zeolieten + bitumen 3 Dubbele omhulling WAM SCHUIM SHELL Heet skelet + zacht bitumen + hard bitumen in schuim 4 Dubbele omhulling LT asfalt NYNAS Heet skelet + hygroscopische vulstof + schuimbitumen 5 Opeenvolgende EBT (LEA) lage EIFFAGE Gedeeltelijk verwarmd skelet + omhulling temperatuur bitumen of heet fijn grind + bitumen + nat zand 5 Opeenvolgende EBE (LEA) lage FAIRCO Hete fijne grind + bitumen + omhulling energie nat zand 6 Opeenvolgende omhulling 3E DB COLAS Group Heet skelet + zacht bitumen + hard bitumen 6 Dubbele omhulling 3E DM COLAS Group Heet skelet + zacht bitumen + schuimbitumen 6 Speciaal bitumen 3E LT ECOFLEX COLAS Group Heet skelet + speciaal bitumen 7 Speciaal bindmiddel VEGECOL COLAS Group Heet skelet + synthetisch bindmiddel 8 Koud verwarmd bitumineus mengsel ECOMAC SCREG Koud skelet + emulsie + heropwarming 9 Emulsie EVOTHERM MEADWESTVACO Koud skelet + emulsie 10 Dubbele omhulling LEAB BAM Heet skelet + additief + schuimbitumen 11 Dubbele omhulling DOUBLE- ASTEC Heet skelet + water + 12 Toevoeging voor mixen BARREL GREEN REVIX MATHY CONSTRUCTION schuimbitumen Heet skelet + additief + schuimbitumen

107 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 94 In hetgeen volgt worden de verschillende technieken uitgebreid besproken. Hierbij wordt vooral aandacht gegeven aan het gebruikte procedé, specifieke kenmerken en karakteristieken, de aanleg, Algemeen zijn deze technieken in andere landen zoals Duitsland, Frankrijk en de Verenigde staten veel verder ontwikkeld dan in België. In België is enkel Végécol al toegepast op bestaande wegen. Er is hier wel onderzoek bezig naar de Sasobit, Aspha-min en WAM schuim techniek. Er zijn recent ook voorproefvakken aangelegd van de eerste twee technieken. Van de andere technieken is in België nog geen sprake, toch is het interessant deze te behandelen, aangezien verder onderzoek naar deze technieken in de toekomst tot toepassingen in ons land kan leiden Het Sasobit proces a. Omschrijving Er zijn meerdere processen beschikbaar om de meng- en verdichtingstemperatuur van de hot mix asfalt te reduceren, één van deze processen is het gebruik van waxen om de viscositeit van het bitumineus bindmiddel in de hoge temperatuursrange te reduceren. Om efficiënt te zijn, moet deze wax vast zijn op de hoogste diensttemperatuur, maar op temperaturen die deze overstijgen zou de wax moeten smelten zodat ze vloeibaar wordt en de viscositeit van het mengsel verlaagt waardoor de productie en verdichting van asfaltmengsels aan een gereduceerde temperatuur mogelijk wordt. Literatuur toont aan dat waxen met een smeltzone tussen 100 en 145 C gebruikt worden als viscositeitsverlagers. Volgens de producers van deze waxen kan een temperatuursreductie van 30 C bereikt worden vergeleken met standaard hot mix toepassingen. Buiten hun capaciteit om de productietemperatuur te verlagen, worden deze waxen ook gepromoot voor hun verbeterde eigenschappen tegen spoorvorming. Bitumen gemodificeerd door wax zijn WMB s (Wax gemodificeerde bitumen). b. Procedé Dit proces bestaat uit het verzachten van het bindmiddel op 100 C en het continu vermengen van het bitumen (op 115 C) in een mixer met 4 à 5 % Sasobit gedurende 1 uur. Sasobit is een mengsel van lange ketens hydrocarbonaten geproduceerd volgens het Fischer-Tropsch proces. Het laat een fabricatie toe van de bitumineuze mix rond de 130 C. Hierbij kan verdicht worden op 80 C. Het mengsel beschikt over een goed gedrag bij lage temperaturen en een betere weerstand tegen spoorvorming. De techniek werd ontwikkeld in Duitsland door de firma Sasol wax. Ze wordt in vele landen in Europa gebruikt. In België zijn er nog geen wegen mee aangelegd, wel al enkele voorproefvakken. Het onderzoek is hier dus nog volop bezig. c. Karakteristieken Hieronder worden de algemene eigenschappen van commerciële waxen en wax gemodificeerde bindmiddelen (WMB s) weergegeven. i. Kristalliserend materiaal De meeste onbehandelde waxen vertonen grote pieken in de Differential Scanning Calorimetry (DSC) signalen, wat overeenkomt met kristalliserend en smeltend materiaal. De kristallisatie- en smelttemperaturen kunnen veel variëren net zoals de graad van kristallisering. In sommige gevallen zijn de kristallisatie- en smeltzones vrij breed, gaande van 20 C tot boven de 100 C. Waxen vertonen

108 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 95 interactie met bitumen, zodat door waxen toe te voegen aan het bitumen het smeltpunt verlaagd kan worden met 20 à 40 C. Voor de waxen met enkel een kleine graad van kristallisering in de pure vorm, werden geen tekenen van kristallisering in de gemengde vorm waargenomen. De meest waarschijnlijke verklaring is dat deze waxen volledig oplossen in het bitumen. Deze waxen verzachten het basisbindmiddel op alle temperaturen en zijn dus geschikt als additief in lage temperatuur asfalt. ii. Viscositeit De meeste waxen bezitten in vloeibare vorm een viscositeit die lager is dan de viscositeit van het bitumen en daarom kunnen ze gebruikt worden als viscositeitsverlagers. Bij een toevoeging van 3% wax aan het referentiebindmiddel verlaagt de viscositeit, uitgedrukt als daling van de temperatuur, met 6 C in het beste geval. Grotere effecten op de viscositeitsreductie, in de grootteorde van 15 C- 20 C, kunnen bereikt worden door de hoeveelheid toegevoegde wax te verhogen (wat economisch niet altijd de beste oplossing is) of door het penetratieniveau van het basisbindmiddel te verhogen. Als het penetratieniveau van het basisbindmiddel gereduceerd wordt, zou de wax dit basisbindmiddel voldoende moeten verstijven bij hogere diensttemperaturen, waarbij spoorvorming kan plaats vinden, en zouden ze bij deze temperaturen in kristallijne vorm moeten voorkomen. Waxen met voldoende kristallijn materiaal, smeltende bij voldoende hoge temperaturen, hebben een groot effect op de PG temperatuur voor spoorvorming, en ook op de complexe modulus op 50 C. Deze bindmiddeltests suggereren dat deze waxen de weerstand tegen spoorvorming zullen verbeteren. iii. Weerstand tegen spoorvorming WMB s zijn eerder vervormingsgevoelig, zodat de stijfheid snel daalt als de spanning of de vervorming stijgt. Omdat het op dit moment nog niet duidelijk is welke vervorming het bindmiddel ondergaat wanneer het zich in een mengsel bevindt, is het nog niet duidelijk hoe de waxen de weerstand tegen spoorvorming beïnvloeden. Niet-gemodificeerde bitumen hebben een grotere weerstand op het vlak van spanningen en vervormingen dan wax-gemodificeerde bitumen. Dus de verhoogde stijfheid kan niet volledig gecompenseerd worden door het gebruik van een zachter bindmiddel. Er werden asfalt mengsel tests uitgevoerd om langs de ene kant te controleren of de veranderingen in viscositeit een directe invloed uitoefenen op de verdichtbaarheid en aan de andere kant om te controleren hoe de verhoogde stijfheid na het toevoegen van wax aan het bitumen de weerstand tegen spoorvorming beïnvloed. De weerstand tegen spoorvorming van wax-gemodificeerde mengsels (in labo tests) kan niet voorspeld worden aan de hand van de LVE (lineaire visco-elastische) stijfheid. Deze overschat het gedrag van de wax-gemodificeerde mengsels. iv. Andere karakteristieken Buiten de algemene voordelen van de lage temperatuurstechnieken, zijn er nog voordelen verbonden aan het gebruik van de wax gemodificeerde bindmiddelen.

109 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 96 De techniek is gemakkelijk toe te passen op een bestaande installatie aangezien geen aanpassingen vereist zijn. De samenstelling van het mengsel moet eveneens niet aangepast worden. Het additief verbetert de adhesie, is zowel actief als passief om een goede omhulling te verzekeren en verlengt de levensduur. Het verzekert ook een uitstekende oxidatie en verouderingsstabiliteit. Er wordt geen vocht toegevoegd in het mengsel en het verandert de penetratie graad van het bitumen niet. Het heeft een dergelijke samenstelling die het meest geschikt is voor een groot aantal mengsel types en aggregaten. De operationele kosten, inclusief die van de energieconsumptie, moeten wel nog zakken. Dit komt voornamelijk door de toevoeging van dit dure additief. v. Keuze waxen Commerciële waxen voorgesteld door de producenten om te mengen met bitumen variëren afhankelijk van de smelttemperatuur en de smeltenthalpie. De meest effectieve wax voor temperatuursreductie van het bitumen is een wax met een lage viscositeit op de betreffende temperatuur en in verband met de prestaties met een duidelijk te onderscheiden smeltpiek bij voldoende hoge temperaturen en een hoge smeltenthalpie. De maximale temperatuursreductie met 3% wax is ongeveer 6 C (gebaseerd op de viscositeit van het bindmiddel en vergeleken met hetzelfde basisbindmiddel). d. Aanleg en toepassingen Deze techniek is reeds voor meer dan 10 miljoen ton wereldwijd aangelegd. Het is daarmee veruit de meest geproduceerde lage temperatuurstechniek van het moment. Dit komt voornamelijk omdat het de goedkoopste WMA techniek is. Het kan aangelegd worden op 80 C. In België zijn er voorlopig nog geen wegen aangelegd. Er is wel al onderzoek gedaan in het laboratorium en het eerste voorproefvak is op 17 april 2008 aangelegd te Aswebo in Gent (D. Kinetstraat 110). Deze heeft een lengte van 50 meter. Hierbij werken Aswebo, Nynas Bitumen en het OCW samen om de toepassing in België verder te onderzoeken. Voor besluiten hierover is het echter nog te vroeg. Figuur 35a.) en b.) Aanleg WMA met waxen te Gent 17 april 2008

110 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 97 e. Varianten Er zijn verschillende varianten van deze waxtechniek. Dit zijn de Asphaltan- B techniek en de Licomont of Sübit techniek. Ze maken allen gebruik van een ander soort wax, het procedé en de conclusies blijven dezelfde. Het bedrijf Linea produceert Lineasphalt met de Sasobit wax. De eerste twee zijn Duitse technieken, de laatste een Franse. De Asphaltan- B techniek, ontwikkeld door Romonta, maakt gebruik van een Montan wax. De Licomont of Sübit techniek, ontwikkeld door Clariant, maakt gebruik van Amide waxen. Bovendien zijn er nog enkele varianten waarbij het proces behouden blijft, maar het additief veranderd. De Rediset techniek is er één van, ontwikkeld in de V.S. door de firma Akzo-Nobel. De techniek is analoog aan de Sasobit techniek, met diens verschil dat een ander additief wordt toegevoegd. Dit zijn vaste additieven, namelijk pastillen. Ze worden aan 2% van het bindmiddel toegevoegd of direct in het mengsel zelf. Per ton geproduceerd asfalt, bedraagt dit ongeveer één kilogram. Figuur 36: Pastillen gebruikt als additief bij de Rediset technologie Een andere variant is Cecabase. Dit product werd ontwikkeld in de Frankrijk door de Arkema Group. In 2006 werd hier reeds ton asfalt mee aangelegd. Het heeft opnieuw hetzelfde procedé als Sasobit, waarbij een ander additief wordt toegevoegd. Het additief bestaat uit oppervlakteverlagende middelen bestaande uit 50% hernieuwbare materialen. De additieven worden in tamelijk grote hoeveelheid worden toegevoegd (2 tot 4 kg per ton asfalt). f. Conclusies De toevoeging van waxen zorgt voor lagere fabricatie- en aanlegtemperaturen door de viscositeitsverlaging die ermee gepaard gaat. Het levert bovendien ook een verhoogde stijfheid en zo een verbeterde weerstand tegen spoorvorming. Het verzekert ook een uitstekende oxidatie en verouderingsstabiliteit en verbetert de adhesie en verwerkbaarheid van het mengsel. Daartegenover staat de dure kostprijs van het additief. Wereldwijd is dit het meest gebruikte procedé vanwege de eenvoudige toepassing. Men kan namelijk het asfalt produceren met behulp van de huidige asfaltcentrales. In België is het eerste voorproefvak pas in april 2008 aangelegd.

111 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Warm mix asfalt met zeolieten: mengsels met Aspha-min a. Omschrijving Zeolieten zijn kristalachtige, gehydrateerde aluminiumsilicaten die de capaciteit bezitten om een grote hoeveelheid water op te slaan in hun kristalstructuur (tot 20% van hun massa). Deze hoeveelheid komt vrij bij het opwarmen. Wanneer ze toegevoegd worden aan het hete bitumen, juist voordat het bitumen wordt toegevoegd aan het geaggregeerde mengsel, leidt de continue vrijkoming van damp van de zeolieten tot een traag, maar constant schuimeffect. Deze maakt het mogelijk om de productie- en verdichtingstemperaturen te verminderen terwijl een voldoende verwerkbaarheid wordt behouden Figuur 37: Zeolieten gedurende zes à zeven uur, totdat de temperatuur onder de 100 C zakt. Voor deze toepassing wordt het synthetische zeoliet Aspha-min aanbevolen. De samenstelling daarvan bootst een 12,5 mm gebroken graniet mengsel na, geproduceerd door Hubbard Construction, een afdeling van Eurovia, uit de V.S. b. Procedé Deze techniek werd meer dan vier jaar geleden ontwikkeld door Eurovia. Het gebruikte zeoliet is Aspha-min, wat zich in poedervorm bevindt en ongeveer 0,3% van het mengsel voorstelt. In de aanwezigheid van aggregaten op 130 C, laat het zeoliet haar gekristalliseerde water (gekristalliseerde waterconcentratie ongeveer 20%) los. Hierbij produceert het dampen en expandeert het in de vorm van heet geschuimd bitumen, welke de omhulling bevordert. Dit additief reduceert de temperatuur van de fabricatie van de bitumineuze mix met ongeveer 30 C, zodat het gefabriceerd kan worden op 130 C. De toevoeging van het zeoliet (wordt achteraf toegevoegd aan het mengsel) leidt wel tot een lichte stijging van de hoeveelheid bindmiddel. De algemene regel is om de tijd tussen het mixen en de verdichting zo klein mogelijk te houden. c. Karakteristieken In hetgeen volgt worden de prestaties van de warme asfalt mengsels die geproduceerd zijn met verschillende types en hoeveelheden zeolieten vergeleken met die van de klassieke hot mix asfalt. Hierbij worden verschillende aspecten bestudeerd: temperatuursreductie, samendrukbaarheid, permanente vervorming en watergevoeligheid. i. Temperatuursreductie Vertrekkende van het idee dat de reductie van de productietemperatuur alleen kan leiden tot gelijkaardige prestatiekarakteristieken, wanneer hetzelfde verdichtingsniveau bereikt wordt als in de hot mix asfalt, werd een test procedure gebruikt om de mogelijke temperatuursreductie te bepalen. Er werd gevonden dat door 0,3% Aspha-min toe te voegen, de verdichtingstemperatuur verlaagd kan worden met 30 C. Grotere temperatuursreducties hebben een negatieve invloed op de verdichting.

112 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 99 Tests met twee andere types zeolieten toonden een kleine verbetering van de verdichting bij het ene product, maar het tegenovergestelde bij het andere. Het verschil in deeltjesgrootte tussen de producten kan hiervoor de verklaring vormen. Tests toonden een gelijkaardig niveau van verdichting vergeleken met de referentie hot mix, wanneer de productietemperatuur verlaagd werd met 30 C en 0,3% Aspha-min werd toegevoegd. Dit werd bevestigd door de wielspoortest, welke geen negatieve impact op de weerstand tegen permanente vervorming toonde. ii. Samendrukbaarheid en spoorvorming De HR van de samengedrukte mix lager is lager als Aspha-min werd toegevoegd. In beide studies, ligt de reductie van de HR in de grootteorde van 0,6%. De toevoeging van zeolieten geen effect heeft op de elasticiteitsmodulus en op de spoorvorming. Wanneer de verdichtingstemperatuur verminderd wordt, daalt de elasticiteitsmodulus en de spoorvorming vermeerdert. Dit gaat samen met een stijging van de HR. Het feit dat het bindmiddel minder verhard wordt bij korte termijn veroudering wanneer de verdichtingstemperatuur lager ligt, is ook een mogelijke verklaring. Met Aspha-min tonen de grafieken van de holle ruimten dat een temperatuursreductie van ten minste 30 C mogelijk is (maar niet meer als 45 C als het zelfde niveau van verdichtbaarheid moet worden bereikt). De hoeveelheid Aspha-min verdubbelen heeft een positief effect op de verdichtbaarheid, maar niet genoeg om de range van de temperatuursreductie te vergroten (een reductie van 45 C zou nog steeds niet mogelijk zijn) Vertrekkende van ovendroge aggregaten, werd gevonden dat de ITS-ratio gereduceerd wordt door de toevoeging van zeolieten, maar steeds binnen acceptabele grenzen. Proefvakken tonen reeds aan dat door het gebruik van het additief, gelijke dichtheden kunnen bekomen worden bij verdichtingstemperaturen van 20 C tot 30 C lager dan de normale. Vanuit praktisch oogpunt is het gebruik van zeolieten in het laboratorium erg simpel. Er werden tests uitgevoerd om het effect te zien van de verstreken tijd tussen het mengen en de verdichting in het labo. Als deze tijd maximaal een uur bedroeg, werd nog steeds een verbeterde verdichtbaarheid waargenomen. iii. Watergevoeligheid Watergevoeligheidstests toonden aan dat de ITS en de ITS-ratio van warme asfalt met 0,3% Asphamin vergelijkbaar zijn met de referentie hot mix zonder zeolieten bij temperatuursreducties tot 30 C. Grotere temperatuursreducties hebben een negatieve impact op de watergevoeligheid. Watergevoeligheidstests werden ook uitgevoerd vertrekkende van natte granulaten om het geval te simuleren waarin door de gereduceerde verwarmingstemperatuur de aggregaten nog steeds een beetje water bevatten tijdens het mengen. Dit leidt tot een daling van de ITS-ratio. Droge opslag van de granulaten zal daarom extra aandacht vereisen in de asfaltcentrale. Vochtabsorptie is belangrijk omdat geloofd wordt dat het vrijkomen van dampen essentieel is voor de verbetering van de verwerkbaarheid. Hoe meer water het zeoliet kan bevatten, hoe minder moet toegevoegd worden aan het mengsel om dezelfde hoeveelheid damp vrij te laten. Aspha-min is duidelijk capabel om meer water te absorberen dan de andere zeolieten, vandaar de keuze. De

113 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 100 verbeterde verwerkbaarheid en verdichtbaarheid zijn een gevolg van het schuimeffect veroorzaakt door het loslaten van het water door de zeolieten. Aspha-min verbetert bovendien de band tussen het bindmiddel en aggregaat bij lagere verdichtingstemperaturen ondanks de intrede van water. Verder is ook de tijd waarop het water losgelaten wordt een belangrijke karakteristiek, daar het de intensiteit en de duur van het schuimaffect zal bepalen. Deze waarde hangt af van de temperatuursrange en van de natuur van de zeolieten. Aanvankelijk lieten Aspha-min het water vlugger los dan de andere producten. Dit kan verklaard worden door het feit dat het enkel erg kleine partikels bevat zodat de oppervlakte tot de volume ratio groter is. Het moet vermeld worden dat deze resultaten geen informatie geven over hoe het loslaten van water zal gebeuren in een asfalt mix en hoe lang het water in de mix zal blijven om de rol van smeermiddel te vervullen. iv. Andere karakteristieken Buiten de algemene voordelen van de lage temperatuurstechnieken, heeft de toevoeging van zeolieten nog enkele specifieke voordelen en nadelen: Het is compatibel met alle types bindmiddel en mengsels en met grote hoeveelheid gerecycleerd materiaal. Eveneens is er geen verlenging van de mengtijd doordat het geen menging vooraf vereist met het bindmiddel. Het is gemakkelijk op te slaan en het levert een betere verwerkbaarheid. Er is wel een kleine modificatie nodig van de asfaltcentrale. Hiertegenover staat wel dat deze installatie draagbaar is en dus van fabriek naar fabriek verplaatst kan worden en dat het zowel mogelijk is bij continue als discontinue centrales. Hierdoor biedt het ook perspectieven aan eenmalige projecten. Bovendien kent het procedé een grotere kost door de kost van het zeoliet en het verschepen ervan (komt van V.S.). d. Aanleg en toepassing Voorlopig zijn er enkel nog maar proefvakken aangelegd (aan 80 C) in Frankrijk, Duitsland en de Verenigde Staten. Wel reeds voor meer dan ton asfalt, wat dit procedé de tweede meest gebruikte lage temperatuursasfalt maakt. In andere landen zijn ze nog steeds bezig met onderzoek naar de toepassingsvoorwaarden, zo ook in België. Op 17 april 2008 zijn de eerste voorproefvakken aangelegd in België om de bevindingen uit het labo na te gaan. Deze zijn geplaatst op de site van Aswebo te Gent. Dit gebeurde in samenwerking met Nynas en het OCW. Hierbij is ook een referentieproefvak aangelegd met HMA om te kunnen vergelijken. Figuur 38a.) Verdichting met Aspha-min te Gent b.) Temperatuursmeting bij de aanleg van Aspha-min te Gent

114 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 101 Voor de resultaten is het echter nog te vroeg. Ondanks de korte tussentijd met het ingeven van deze masterproef kunnen er wel al enkele dingen gezegd worden zoals onderstaand weergegeven. e. Vergelijking proefvakken Sasobit Aspha-min - HMA De compactielevels van alle drie de aangelegde proefvakken lijken zeer gelijkend (gemeten op twee verschillende plaatsen per proefvak tijdens de compactie) maar verder onderzoek is nodig om na te gaan of de compactielevels overal in het proefvak gelijkend zijn en ook om na te gaan of de prestatie eigenschappen voldoende zijn. Hiertoe moeten volgende proeven nog uitgevoerd worden: spoorvorming via wielspoorproef, water gevoeligheid via de indirecte trek proef met en zonder conditionnering in water, de sterkte van de kleeflaag tussen de reeds bestaande en de nieuwe asfalt laag zal gemeten worden (als de nieuwe laag aangelegd wordt bij verlaagde temperatuur dan zou dit een invloed kunnen hebben op de kleeflaag), de veroudering van het bindmiddel (die zou iets minder moeten zijn voor de twee vakken bereid bij lagere temperatuur) en in een later stadium is het eventueel ook de bedoeling om de holle ruimte te meten via X-ray tomatography omdat deze techniek ook een idee kan geven over de vorm en de distributie van de holle ruimte in het monster. Daarnaast zal op lange termijn op deze test secties nagegaan worden hoe ze zich onderling gedragen onder hetzelfde zwaar verkeer. De resultaten hiervan zullen nog wel enkele jaren op zich laten wachten. f. Varianten In de Verenigde Staten is er een licht gewijzigde variant van de Aspha-min technologie op de markt. Deze heet Advera en wordt geproduceerd door PQ Corporation. Het bezit een fijnere gradatie dan Aspha-min. Hierbij passeert 100% de zeef 0,075 mm. Er wordt nog steeds gewerkt aan aanpassingen aan het proces. Hierbij zou Advera aan het bindmiddel toegevoegd worden in plaats van het in de mengkamer te blazen als vezel. Een andere producent van Aspha-min in de Verenigde Staten is Hubbard Construction. g. Conclusies Er kan dus besloten worden dat een temperatuursreductie van 30 C mogelijk is wanneer zeolieten gebruikt worden, zonder enige negatieve invloed op de onderzochte prestatiekarakteristieken. Grotere temperatuursreducties hebben een negatieve invloed op de verdichtbaarheid en de watergevoeligheid. Vanuit praktisch oogpunt, is er speciale aandacht nodig om de vochtigheid van de aggregaten te beperken en om lange opslagtijden van de mix te vermijden aangezien het positieve effect van de zeolieten verdwijnt met de tijd. De fabriek vergt slechts kleine aanpassingen voor deze techniek wat ook een voordeel is voor de snelle implementatie. Er is wel nog onderzoek nodig en er moeten vooral nog vele proefvakken aangelegd worden in België die dan jarenlang gemonitord moeten worden.

115 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Het WAM schuim proces a. Omschrijving De schuimbitumentechnologie is aanvankelijk ontwikkeld voor het stabiliseren en het hergebruik van licht vervuilde aggregaten in Europa. In de negentiger jaren ontwikkelde de techniek zich naarmate de roep om een vermindering van de milieu-invloeden van de wegenbouw luider klonk. De techniek wordt nu op grote schaal gebruikt om secundair aggregaat een nieuwe deklaag van bitumineus bindmiddel te geven, om zo een nieuw asfaltmateriaal te produceren en de vraag naar nog niet eerder gebruikt aggregaat te verminderen. Met de komst van de HWMA s en de WMA s hebben de schuimbitumen een nieuwe toepassing gevonden, die met de bestaande voordelen gecombineerd kunnen worden. Deze techniek staat ook bekend onder de naam Wam Foam van Shell. b. Procedé Dit omhullingsproces principe is gebaseerd op drie stappen, waarbij een zacht en een hard bitumen worden gebruikt. De aggregaten worden gedehydrateerd en verwarmd tot 110 à 120 C, dan omhuld met een zacht bitumen (penetreerbaarheid 300) wat een erg goede bevochtiging en adhesie van de verschillende minerale fracties met zich mee brengt. De tweede omhulling, met schuimbitumen vervolledigt het proces. Het mengen van het harde schuimbitumen en de reeds omhulde aggregaten met zacht bitumen ondersteunt het proces van de recombinatie van de bitumen (toepassing van de mengtheorie). Uiteindelijk kan het mengsel aangelegd en verdicht worden bij temperaturen rond 80 C. Er zijn geen additieven nodig, hoewel een oppervlaktespanningsverlagende stof toegevoegd mag worden als hulp bij het schuimen van het bindmiddel en een antistrip agens toegevoegd mag worden aan het zachte bindmiddel. De term schuimbitumen drukt goed uit wat er met het bitumen gebeurt: het wordt aan een schuimingsbewerking onderworpen. Hierbij wordt maximaal 2 % water in heet bitumen geïnjecteerd, dat dan gaat schuimen en uitzet met maximaal 20 keer het oorspronkelijke volume. Het uiteindelijke resultaat hiervan is dat het geschuimde bitumen zeer goede bevochtigingseigenschappen krijgt voor het opnieuw coaten van asfaltgranulaat (gebroken los aggregaat dat nog enigszins bedekt is met een vorig bitumineus bindmiddel). Het schuimbitumen wordt als volgt gevormd in de warme toepassingen: door een ringleiding wordt bitumen van 180 onder druk rond gepompt. Op deze common rail zijn een aantal spuitmonden of nozzles gemonteerd. Deze heeft een expansiekamer in de vorm van een divergerende buis. In deze expansiekamer wordt constant heet bitumen en water ingespoten. Hierdoor ontstaat in een continu proces schuimbitumen dat met kracht de opening verlaat. Dit heeft een sterke stijging van het volume en oppervlakte energie tot gevolg. In het schuimproces wordt de viscositeit van het bitumen sterk gereduceerd, zodat het fijn en goed kan verdeeld worden over de aggregaten. Na verdichting gedraagt dit gestabiliseerde granulaat zich nagenoeg als een visco-elastische asfaltlaag. De productie van het schuimbitumen staat weergegeven in figuur 39. Dit proces kan ondersteund worden met perslucht. De schuimbitumen common rail of balk kan ook ingebouwd worden in een stabilisatiemachine. De balk wordt dan aangestuurd door de proces computer van deze machine. Geleidelijk freest de stabilisatiemachine de bestaande constructie door:

116 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 103 de asfaltlaag inclusief een deel van de fundering. Het geïnjecteerde schuimbitumen mengt zich meteen met het freesmateriaal. Cement is hierbij ook bij te doseren. De intelligente procesbesturing houdt onder meer de laagdikte en de snelheid in de gaten om overal het juiste bindmiddelgehalte te realiseren. Deze schuimbitumen balk is overigens ook in een mobiele of stationaire menginstallatie in te bouwen. De Europese toepassingen in Noorwegen, Frankrijk en Duitsland geven aan dat de techniek in ieder klimaat toepasbaar is. Een nadeel is echter de kostprijs van deze apparatuur voor toepassing in situ. Figuur 39: Productie schuimbitumen c. Karakteristieken i. De expansietijd en halfwaardetijd Het bitumenschuim kent twee belangrijke eigenschappen: de expansietijd en de halfwaardetijd. Een bepaalde hoeveelheid bitumen heeft aanvangshoogte H₁. De maximale niveaustijging van het schuim is H₂. De expansie bedraagt nu H₂ gedeeld door H₁. Vervolgens zakt het schuim in. Nu wordt de tweede eigenschap van het schuim gemeten: de stabiliteit of de halfwaardetijd. Dit is de tijd die het bitumenschuim nodig heeft om tot de helft van het maximale volume in te zakken. Zowel expansie verhouding als halfwaardetijd worden beïnvloed door type en graad van het bitumen, maar ook door de hoeveelheid water die in het bitumen geïnjecteerd worden bij het schuimproces. Hoe groter de expansie verhouding, hoe minder viskeus het bitumen zal zijn en dus een betere dispersie van het bitumen in het mengsel verwachten kan worden. Een probleem echter is het feit dat de expansie verhouding toeneemt als de hoeveelheid toegevoegd water toeneemt, maar dat tegelijkertijd die toename in water hoeveelheid de halfwaardetijd reduceert. In principe is elk bitumen te schuimen maar er zijn verschillen in schuimgedrag per soort en herkomst. Daarom

117 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 104 moet er eerst op laboratorium schaal onderzoek worden gedaan naar dit schuimgedrag met beschikbare bitumen. Hierbij wordt in een speciaal hiervoor ontwikkeld schuimbitumen apparaat het te injecteren water percentage in stappen van 0.5 % gedoseerd. Van een vaste hoeveelheid bitumen wordt dan de volume vergroting bepaald en de halfwaardetijd van het schuim. Door deze waarden grafisch uit te zetten, kan het optimale water percentage bepaald worden, namelijk het snijpunt van de twee lijnen. Deze ligt in praktijk tussen de 1% en 2%. Figuur 40: Expansie en stabiliteit in functie van de hoeveelheid water Eventueel kunnen de schuimeigenschappen verbeterd worden door het toevoegen van speciale chemische additieven aan de water- of bitumen fase (dit is vooral vereist wanneer anti-schuim additieven toegevoegd werden tijdens het bitumen productie proces). Het percentage additief kan tot 1 % van de totale water hoeveelheid bedragen. Interessant is te zien hoe verschillende penetratie kwaliteiten van één merk zich gedragen (onderstaande figuren). Figuur 41: Expansie en halfwaardetijd bij variërende viscositeit van bindmiddelen Deze evaluatie maakt duidelijk dat de viscositeit van het bitumen (bitumen temperatuur en/of penetratie graad) een belangrijke invloed heeft op de expansie verhouding en halfwaardetijd. In dit

118 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 105 geval geeft bitumen 80/100 de beste resultaten. Aangezien dat de intrinsieke eigenschappen van het bitumen een belangrijke rol spelen, kunnen niet zomaar binders gebruikt worden van een raffinaderij die werkt met variërende aardolie cocktails. Bitumen constantheid is een belangrijke vereiste voor het succesvol gebruik van de schuimbitumen techniek. Als een bitumen met een te lage expansiewaarde en een te korte halfwaardetijd wordt gebruikt, dan kan een onvolledige dispersie het gevolg zijn. De afzonderlijke bitumen druppels klonteren te snel samen en het bitumen wordt dan in slierten door het asfaltmengsel verdeeld. Om een goede dispersie te waarborgen, moet het schuimbitumen een expansiewaarde van minstens 15 hebben en een halfwaardetijd van minstens 15 seconden. ii. Granulaten Voor schuimbitumen moet het granulaat wel aan een belangrijke eis voldoen: de verhouding grof (> 2 mm) en fijn (< 2 mm) binnen bepaalde grenzen liggen om een volledige omhulling te blijven bekomen. Bij toepassing van schuimbitumen als bindmiddel worden ook aanvullende eisen gesteld aan de fractie < 90 μm. Deze fractie dient in voldoende mate aanwezig te zijn omdat tijdens het mengproces het schuimbitumen hoofdzakelijk met de vulstof- en zandfractie de bindende mortel zal vormen voor de grovere bestanddelen. Als de korrelverdeling van het aggregaat niet binnen de gewenste grenzen valt, dan moet een correctie worden uitgevoerd door de ontbrekende fracties toe te voegen. Dit kan door het bijmengen of meefrezen van zand uit het zandbed. Een opmerkelijk fenomeen dat bij schuimbitumen optreedt, is dat de 2 tot 4 % bitumen nauwelijks een kleurverandering van het aggregaat veroorzaken: de grotere steenkorrels blijven herkenbaar. iii. Andere karakteristieken Uit de beproevingen uit het labo en de eigenschappen van de gebruikte materialen kunnen enkele conclusies getrokken worden. Daar geschuimd bitumen een koud te verwerken product is, biedt het een energiezuinig alternatief voor warm asfalt. Omdat het geschuimde bitumen de stenen volledig omhult, kan het ook worden gebruikt voor het recyclen van licht vervuild aggregaat. Dit stabiliseert het asfaltmengsel en voorkomt dat eventuele verontreiniging naar de omliggende grond uitloogt nadat het materiaal is gelegd. Bovendien kan met de schuimtechniek een reductie van 30% bereikt worden in CO 2 -emissies, 28% CO, 61% NOx en van 50 à 60 % op het vlak van stofemissie. De toepassing van schuimbitumen kan door middel van enkele kleine aanpassingen geschieden. In 1999 is een goedkope en eenvoudige schuimkamer ontwikkeld die kan gebruikt worden in een standaard trommelmenger asfaltinstallatie, zonder grote verstoring van de conventionele productie. Hierbij kan de normale productiecapaciteit behouden worden. Bovendien moet geen duur, commercieel additief toegevoegd worden. Hierdoor ligt de productiekost lager. Het gefabriceerde asfalt kent een algemene hogere kwaliteit en een grotere duurzaamheid. Eveneens heeft het een verbeterde weerstand tegen vermoeidheid. Er moet wel goed op de granulering gelet worden, aangezien bij verminderde temperaturen meer gevaar bestaat voor partiële omhulling. Bovendien wordt een goede adhesie en bevochtiging va de verschillende minerale fracties bekomen. Deze techniek is in de uitvoering duidelijk minder weersgevoelig, wat resulteert in een relatief lage faalkans in de uitvoeringsfase.

119 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 106 Er zijn echter enkele voorwaarden voor een succesvolle uitvoering. De keuze van het type bitumen speelt namelijk een cruciale rol. Het schuimbitumen moet een expansiewaarde van minstens 15 hebben en een halfwaardetijd van minstens 15 seconden om een goede dispersie te waarborgen. Er is ook een grote kennis en vaardigheid van de aannemer vereist bij het omgaan met een warm bitumineus bindmiddel in plaats van bitumen emulsie. Zowel de bitumenleverancier als ook de aannemer moeten over de mogelijkheid beschikken om bij onvoorziene stagnaties het warme bitumen te kunnen terugnemen dan wel op een andere locatie in een opslagtank te plaatsen. Er is bovendien een aangepaste asfaltcentrale nodig om het WAM schuim te kunnen fabriceren. Ook de kostprijs vormt een belemmering. d. Aanleg en toepassingen Een ander groot voordeel van schuimbitumen is dat het nog grotendeels kan gebruikt worden voor hergebruik. Het lijkt zich een voorkeursplaats te verwerven voor het verjongen van wegdekgranulaat en andere secundaire materialen voor hergebruik in asfaltlagen. De technologie achter de methode, die is gebaseerd op het toevoegen van geschuimd bitumen aan aggregaat materialen, heeft zich al bewezen, en beheerders van snelwegen raken steeds meer gecharmeerd van het te behalen economische voordeel en de gunstige milieu-effecten. De mogelijkheden die de techniek biedt voor het opwaarderen van asfaltgranulaat voor hergebruik in asfaltonderlagen van hoge kwaliteit worden nu meer en meer werkelijkheid: proefvakken hebben bemoedigende resultaten gegeven. De praktijkeigenschappen van schuimmengsels kunnen net zo goed zijn als die van mengsels met niet eerder gebruikt aggregaat, zodat schuimmengsel met meer vertrouwen kan worden toegepast voor de constructie en het onderhoud van wegen met zware verkeersbelastingen. Ook wanneer emulsies niet makkelijk beschikbaar of toegankelijk voor recycling zijn, kan schuimmengsel een aantrekkelijker keuze vormen. Hergebruik van schuimmengsels wordt zowel ex situ (in de productie-installatie) als in situ (op het werk) uitgevoerd. Bij ex situ recycling wordt het secundaire aggregaat naar een recycling depot gebracht, waar het wordt gezeefd, gegradeerd en in een speciale installatie met geschuimd bitumen gemengd. Op deze wijze kunnen de sterkte en de kwaliteit van het hergebruikte asfalt goed in de hand worden gehouden, waardoor schuimmengsel op wegen met strengere specificaties (en met intensiever verkeer) gebruikt kan worden dan andere typen hergebruikt asfalt. Het toenemende gebruik van recycling met in situ schuimmengsel is gestimuleerd door ontwikkelingen in de productietechnologie. De introductie van computergestuurde apparatuur heeft het mogelijk gemaakt hergebruik met schuimmengsel op het werk uit te voeren, met een nauwkeurige regeling van de gradering van het aggregaat, het gebruikte gehalte aan geschuimd bitumen en de kwaliteit van het verkregen geschuimde asfaltmengsel. Het kan zowel gebruikt worden voor toplagen als voor onderlagen. Het kan ook mogelijk zijn voor ZOA en SMA als voldoende aandacht geschonken wordt aan de productie van het mengsel waarbij zeker een volledige coating aanwezig moet zijn. Het mengsel wordt aangelegd en verdicht bij temperaturen rond 80 C. Het wordt reeds toegepast in vele landen waaronder Frankrijk, Noorwegen, Nederland, Canada, Luxemburg, Zweden, Zwitserland en het Verenigd Koninkrijk. In andere landen zijn ze nog steeds bezig met onderzoek naar de toepassingsvoorwaarden, zo ook in België. Er is echter nog geen voorproefvak aangelegd aangezien er namelijk nog geen aangepaste asfaltcentrales voor deze techniek in België aanwezig zijn.

120 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Het Lage Temperatuur Asfalt Proces a. Omschrijving Het werken met het nieuwe materiaal wordt uitgevoerd door LT-Asphalt, een landelijk consortium van bedrijven waarvan ook Nynas Bitumen deel uitmaakt. b. Procedé Dit proces, ontwikkeld door Nynas, maakt gebruik van de geschiktheid van het schuimbitumen, welke toelaat de viscositeit van het bindmiddel te verlagen en het om te zetten in schuim, door de injectie van water en lucht. De granulaten worden eerst verwarmd op 90 C, waarna ze omhuld worden met het schuimbitumen (eigenschappen en werking reeds voorgaand besproken). Aangezien de temperatuur lager is dan 100 C, het kookpunt van water, worden de granulaten niet volledig gedroogd. De aanwezigheid van residueel water in de holten onder de vorm van waterdamp vergemakkelijkt de plaatsing en de verdichting van het asfalt bij lage temperatuur. Deze vochtigheid verdwijnt door spontane droging en dankzij een hygroscopische vulstof (0,5 tot 1% van het mengsel), die het vrije water dat zich in de niet-gedehydrateerde minerale fracties bevindt, behoudt. Zo wordt een goede verdichtbaarheid bekomen. c. Karakteristieken Het LT-asfalt kan geproduceerd worden in een klassieke asfaltcentrale, middels bepaalde aanpassingen tegen lage kosten van het drogingsproces, het mengen van de granulaten en het injecteren van het bindmiddel. Voor asfaltleveranciers betekent dit dat de overstap naar een product dat bij lagere temperatuur kan worden geproduceerd, hun kostbare installaties voor hete mengsels niet overbodig maakt. De voordelen op het vlak van energie en verminderingen van gasemissies zijn van de grootteorde van 40%. d. Aanleg en toepassingen Het eerste proefvak werd aangelegd in september Hierbij werd een druk bereden weg met het materiaal verhard en daarna bestudeerd. De plaatsing van het LT-asfalt heeft aangetoond dat het perfect verwerkbaar is, zelfs na transport van 150 km. Ook de prestatiekenmerken van deze producten zijn tevreden stellend en vergelijkbaar met de HMA s. Deze techniek is nog steeds in ontwikkeling in onderzoekslaboratoriums in Nederland en bij Nynas. In Nederland en Italië hebben ze wel al proefvakken aangelegd. In België kent deze techniek nog geen toepassingen Het bitumineuze mix proces met lage energie E.B.E. (enrobés à basse énergie) en het lage temperatuur omhullingsproces EBT (enrobés à basse température) a. Omschrijving Fairco en Eiffage Travaux Publics hebben elk meerdere lage energie omhullingstechnieken ontwikkeld. Sinds 2006, delen deze twee groepen hun patenten binnen een joint venture genaamd LEA-Co. Dit staat voor Low Energy Asphalt of Lage TemperatuursAsfalt. Deze omvat de EBT en de EBE technieken. Dankzij hun samenwerking konden ze ervaringen uitwisselen, samenwerken voor onderzoek en de keuze van het vegetaal en biodegradeerbaar bindmiddel optimaliseren. Na de ontwikkeling in 2002, zijn in de periode reeds 60 proefvakken succesvol aangelegd.

121 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 108 b. Procedé Het is het eerste proces ontwikkeld voor half-warm mix asfalt (onder 100 C). De vernieuwing bestaat uit de introductie van nat zand nadat het droge grind omhuld is met bitumen. Het succes van dit proces ligt in de controle van de uiteindelijke waterinhoud in het HWMA, wat de verwerkbaarheid voor de verdichting voor een voldoende lange duur bewerkstelligt. Het principe lijkt erg simpel te zijn, maar er was veel werk nodig om de manier waarop het nat zand wordt toegevoegd en bijgevolg om specifieke aanpassingen te ontwikkelen voor de fabriek. Om LEA te fabriceren rond 95 C, kunnen verschillende procedés gebruikt worden in de asfaltcentrale: De drogingsfase (op 140 C) heeft enkel invloed op de steenslag en wordt vervolgens omhuld door het bitumen. Het overgebleven koude deel (zand en vulstof) welke haar initiële vochtigheid heeft behouden, wordt dan toegevoegd met een aangepaste vochtigheid zodat het uiteindelijke mengsel een waterhoeveelheid van ongeveer 0,5% bevat. Alle elementen van het mengsel worden uiteindelijk gemengd. (LEA Nr. 1) De drogingsfase (op 140 C) omvat zowel het steenslag als het zand en wordt vervolgens omhuld door het bitumen. Vervolgens wordt de vulstof toegevoegd. Alle elementen van het mengsel worden uiteindelijk gemengd. (LEA Nr. 2) De drogingsfase wordt toegepast op alle aggregaten en stopgezet in condities waarin nog een bepaalde fractie van de initiële vochtigheid wordt behouden. Deze fase wordt gevolgd door de omhulling. (LEA Nr. 3) De drogingsfase heeft enkel invloed op het eerste deel aggregaten, die vervolgens gemengd worden, voor de omhullingsfase, met het koude, natte overgebleven deel (LEA Nr. 4) Het proces mobiliseert dus succesvol de eigenschappen van het bitumen, welke afhankelijk zijn van de verschillende toestanden: heet en dus bij lage viscositeit voor het omhullen van het gedehydrateerde fijne grind, in geëxpandeerde vorm (of schuim) en emulsie wanneer dit hete bitumen in contact is getreden met het spleetwater in het zand. Hierbij wordt steeds een additief toegevoegd aan 0,2 à 0,5 gewichtsprocent om het omhullen en de adhesie te verbeteren. Figuur 42 geeft de meest gangbare LEA technieken weer (met of zonder vooromhulling) die momenteel gebruikt worden afhankelijk van de mengsel samenstelling en de gegeven asfaltcentrale.

122 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 109 Figuur 42: Belangrijkste LEA processen overeenkomstig de industriële uitrusting: continue of discontinue installatie Deze techniek laat dus fabricatie temperaturen van de bitumineuze mix toe rond de 90 C en aanlegtemperaturen tussen 60 en 90 C. De fabricatie is mogelijk met recycleerbare granulaten. Het uiteindelijke watergehalte bedraagt tussen de 0,1 en 0,6 %. Experimenten toonden aan dat de afkoelingssnelheid van de bitumineuze mix bij lage temperatuur veel lager was vergeleken met de traditionele hete bitumineuze mengsel (130 à 140 C) waardoor de implementatieperiode (en hierbij horend de verdichting) verlengd wordt. Mogelijke toevoeging van extra water in de mixer laat toe de vochtigheid van het aggregatenmengsel te corrigeren voor en/of nadat het bitumen vermengd is. Deze extra watertoevoeging en, indien nodig, enkele specifieke multifunctionele additieven (0,3 tot 0,4 % van het gewicht van het bitumen) zorgen voor de controle van de volume expansie, de verwerkbaarheid en het residueel gehalte. De volume expansie (de verschuimbaarheid) van het bindmiddel kan dus geoptimaliseerd worden. Het vrije water laat het bitumen natuurlijk schuimen wat een spontane expansie van het bitumen teweeg brengt wat het omhullen van de aggregaten bevordert, door de verlaagde viscositeit. Anderzijds kan met de watertoevoeging de verwerkbaarheid van het mengsel aangepast worden. De condensatie van het uitgestoten water creëert de uiteindelijke verwerkbaarheid van het mengsel bij temperaturen lager dan 100 C. Bovendien kan ook het residueel gehalte van het mengsel bepaald worden om zo een totale waterhoeveelheid van ongeveer 1,5% te bekomen.

123 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 110 Zowel de volume expansie van het bitumen (schuimen van het bitumen) en het residuele water (<0,5%) na het omhullen en mengen laten een goede verwerkbaarheid toe, zelfs bij temperaturen lager dan 100 C. Figuur 43: Productie LEA Zoals weergegeven wordt in onderstaande figuur, steunt het LEA proces op de mogelijkheid van het bitumen om te transformeren in schuim of om direct te emulsifiëren aan het natte oppervlak van de warme aggregaten juist onder het verdampingspunt van water op 100 C, wat de omhulling van aggregaten toelaat bij lagere temperaturen. De spontane volume expansie van het hete bitumen leidt tot een dikkere bindmiddelfilm rond het aggregaat en een kleinere viscositeit van het mengsel en dus een goede verwerkbaarheid. Figuur 44: a.) De auto-expansie van bitumen (schuimen) tijdens het LEA proces b.)en c.) Microscopisch bewijs over de dispersie staat van water (vloeiend of stoom) binnen het bitumen. Kraters komen overeen met verdampt water of met fijne druppels Elke continue of discontinue installatie, of ze nu mobiel of stationair is, kan LEA mengsels produceren. Sommige modificaties op het vlak van meng- of omhullingsvolgorde kunnen vereist zijn. Alle asfaltcentrales zijn uitgerust met een doseringssysteem voor water en additieven waardoor het geautomatiseerde systeem dient aangepast te worden, wat een noodzakelijke training voor de werknemers vereist door de nieuwe knowhow. Momenteel zijn er ongeveer dertig asfaltcentrales in

124 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 111 Europa uitgerust voor deze techniek. In België is voorlopig nog geen enkele asfaltcentrale klaar om deze LEA te fabriceren. Figuur 45: Geen uitstoot van gassen gedurende het laden van de vrachtwagen in een discontinue installatie Hieronder worden twee praktische voorbeelden weergegeven: LEA nr. 1 en LEA nr. 4 respectievelijk op een discontinue en continue installatie. Figuur 46: a) Overzicht van het LEA proces nr. 1 op een discontinue installatie met koude introductie van de zandfractie in de mixer b) Typische mixer in batch/discontinue mode

125 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 112 Figuur 47: a) Overzicht van het LEA proces nr. 4 op een continue installatie met introductie van koud en nat zand of RAP in de recyclering, b) Tegenstroom drogingsmixer. c. Karakteristieken De toepassing van deze techniek kent meerdere specifieke voordelen. Zo is de granulaire samenstelling dezelfde als bij de HMA. Het product kleeft niet onderaan de laadbak, waardoor antikleef middelen overbodig worden. Er wordt een verminderde veroudering bereikt van het bindmiddel. Bij regen is er een verminderde verdamping van water en een gereduceerde mistvorming, wat de veiligheid ten goede komt. De transportmiddelen zijn zeer proper door een lichte condensatie van de waterdamp. Door dit voordeel kan de hoeveelheid oplosmiddelen verminderd worden. Aan de hand van dit fabricage procedé worden mechanische prestaties en een duurzaamheid die equivalent moet zijn aan die van de HMA bereikt. Deze techniek is economisch voordelig in te schematiseren, aangezien ze met enkele kleine aanpassingen toepasbaar is op de bestaande industriële uitrusting, zonder kostelijke modificaties van het materieel. Bovendien leidt ze tot een reductie van de energiefactuur van 40 à 50%. Bij de fabricatie van een ton LEA komt dit neer op 40 kwh. Op het vlak van CO₂ emissie en de broeikasgassen emissie bereikt ze een even grote reductie tot 10 kg/ton asfalt. Ze verminderen eveneens de vluchtige organische bestanddelen. Het gebruik van de recycleerbare granulaten laat toe voordeligere natuurlijke materialen te gebruiken, wat eveneens bijdraagt aan de verminderde emissies.

126 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 113 Ondanks dat de aanpassingen aan de fabriek minimaal zijn, zijn er wel aanpassingen nodig. Dit is een van de belangrijkste redenen waarom in België eerst gestart is met het aanleggen van proefvakken met waxen en zeolieten in plaats van LEA. Bovendien eist het gebruik van schuimbitumen enkele voorwaarden voor een succesvolle uitvoering. De keuze van het type bitumen is hierbij belangrijk. Het schuimbitumen moet een expansiewaarde van minstens 15 hebben en een halfwaardetijd van minstens 15 seconden om een goede dispersie te waarborgen. Nog een nadeel is de kostprijs. d. Aanleg en toepassingen Tijdens het transport moet de vrachtwagen overdekt worden met een bache. Dit om te vermijden dat het watergehalte in het asfalt te veel verdampt door ventilatie en dat de temperatuur en aldus de verwerkbaarheid daalt. Door het kleinere verschil tussen plaatsingstemperatuur en de buitentemperatuur, kan de duur van het transport verlengd worden. Indien nodig, kan het gestockeerd worden gedurende meerdere uren in een verwarmde trechter. De plaatsing gebeurt als zijnde normaal (hechtlaag, finisher, wals, ). De verdichting vereist wel een klein beetje meer mechanische energie dan voor de traditionele hot mix asfalt. De temperatuur van verdichting ligt tussen 70 en 90 C. Deze hangt voornamelijk af van de samenstelling van het asfalt het gebruikte additief, wat gebruikt wordt om de kwaliteit van de verdichting te verbeteren. Door de lagere productietemperatuur is er een duidelijk verminderde afkoelingssnelheid, tot twee maal kleiner dan bij de HMA. Eveneens leidt dit tot een gemakkelijkere plaatsing. Het uitzicht van het wegoppervlak is volledig vergelijkbaar met die van de HMA. Het is toepasbaar voor alle types asfalt (AB, AVS, SMA, ). Deze techniek is reeds veelvoudig toegepast in Frankrijk, Spanje, Italië en de Verenigde Staten. In België zijn voorlopig nog geen toepassingen Het bitumineuze mix proces 3 E of Ecoflex a. Omschrijving Colas heeft een innovatieve, sterk presterende asfalt getest en ontwikkeld die economisch is qua energie en die in alle types centrales gefabriceerd kan worden, met weinig of geen aanpassingen. Door het beheer van de reologie van het gebruikte bindmiddel, geschiedt de omhulling van de granulaten op temperaturen die gemiddeld 40 à 45 C lager liggen dan bij de klassieke omhulling, de complete droging van de granulaten inbegrepen. Deze reductie van temperatuur leidt tot energiewinst, een verbetering voor de omgeving en verbeterde toepassingsvoorwaarden voor dit asfalt. 3 E (in het Frans) staat dan ook voor Environnemental, Econome et Energie, letterlijk vertaald de omgeving, de economie en energie. Haar handigheid bij het plaatsen wordt verzekerd, terwijl de mechanische prestaties en de oppervlaktekarakteristieken dezelfde prestaties halen als de andere asfalten van dezelfde categorie. De geïnduceerde energiebesparing wordt geschat op ongeveer 20% t.o.v. de traditionele asfalten. b. Procedé Het gamma bevat 3 producten, waarvan de normale karakteristieken in overeenstemming zijn met de gestelde voorwaarden en welke geïmplementeerd kunnen worden tussen 80 en 110 C. De fabricatie van de 3E DM en de 3E DB geschieden respectievelijk gelijkaardig aan die van het WAM schuim proces en aan die van het LEA proces. De fabricatie van het 3E LT is echter volledig nieuw.

127 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 114 3E DB proces: Dit proces behelst een dubbele omhulling met het bitumen, uitgevoerd door middel van twee types bitumen met een verschillende penetreerbaarheid om de viscositeit van het uiteindelijke bindmiddel aan te passen. De aggregaten worden gedehydrateerd en verwarmd tot 125 C, waarna ze omhuld worden met het zachte bitumen en vervolgens met het harde bitumen. De uiteindelijke penetratie van het bindmiddel wordt gekozen afhankelijk van het gewenste gebruik. 3E DM proces: De omhulling wordt achtereenvolgens uitgevoerd. De gedehydrateerde aggregaten worden verwarmd tot 125 C, omhuld met een heet bitumen om dan een tweede menging met het geschuimd bitumen te ondergaan. 3E LT proces: Het asfalt 3 E LT wordt bekomen door de omhulling met het bindmiddel LT. Eerst wordt het bindmiddel op de aangeduide gebruikstemperatuur gehouden. De granulaten worden verwarmd en gedroogd rond 125 C zodat de droging- en verwarmingstemperatuur van de materialen verminderd worden met ongeveer 40 à 45 C. De temperatuur van het asfalt bij het verlaten van de fabriek is functie van de temperatuur en het type bindmiddel LT dat gebruikt wordt. De temperatuur en het type worden gekozen in functie van de randvoorwaarden van de weg en afhankelijk van de gewenste prestaties en het type asfalt. Ze wordt dan ook gelijkmatig verlaagd in de grootteorde van 40 à 45 C t.o.v. de klassieke bindmiddelen. De wijziging van de rheologie wordt bekomen door specifieke toevoegsels. Dit asfalt wordt in alle verschillende types centrales gefabriceerd. Het bindmiddel LT wordt geproduceerd in de klassieke bindmiddelcentrales nadat deze volledig gereinigd is of in een apart circuit als de uitrusting van de centrale dit toelaat. De normale fabricatiecyclus en de transportvoorwaarden blijven behouden. c. Karakteristieken Het 3E proces heeft haar specifieke karakteristieken vergeleken met andere technieken. De reductie van de temperatuur van de granulaten en het bitumen leidt tot een vermindering van de hoeveelheid bindmiddel t.o.v. de klassieke bindmiddelen. De uitstoot van gas ten gevolge van het broeikaseffect wordt verminderd met 15 à 20 %. Ook de energiewinsten van dit procedé liggen rond 15 à 20%. Op het vlak van de gebruikstemperatuur van het 3 E LT asfalt worden de gasuitstoot merkbaar verlaagd en voorziet aan de weggebruikers een hogere zichtbaarheid en een groter comfort voor de aanleg van het asfalt. d. Aanleg en toepassingen Het gebruiksdomein is hetzelfde als bij de asfalten van dezelfde categorie voor alle verkeersklassen. De fabricatie van het 3 E LT asfalt in de centrale wordt klassiek gerealiseerd zonder toevoeging van materiaal of zonder modificaties van de omhullingprocedure. De gelijkaardig geproduceerde asfalten bezitten identieke mechanische karakteristieken en gelijkaardige oppervlaktekarakteristieken dan de asfalten van dezelfde categorie die gefabriceerd worden op de klassieke verhoogde temperaturen. De gewoonlijke regels van de kunst van de asfalten in functie van hun gebruikscondities worden goed gerespecteerd. Het asfalt wordt zonder moeilijkheden gebruikt als afwerkingslaag aan lagere temperaturen dan de traditionele asfalten. Het is wel aangewezen dat de temperatuur van het asfalt van de eerste vrachtwagen met 10 C verhoogd wordt. De samendrukking op de werkvloer is in functie van het type asfalt en de dikte van de plaatsing. Het is ook gewenst dat de walsen uitgerust zijn met een rok om

128 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 115 de temperatuur te kunnen behouden. Er wordt een goede verwerkbaarheid bekomen tot temperaturen op 70 à 80 C. Deze techniek kent voorlopig enkel toepassingen in Frankrijk. In België zijn geen proefvakken aangelegd Végécol a. Omschrijving Een groot deel van de Franse wegen is aangelegd en wordt onderhouden met bitumineus omhulde materialen of door oppervlaktebekledingen op basis van bitumen, verkregen uit de raffinage van ruwe petroleum. Er bestaat petroleum waarvan de samenstelling beter aangepast is om bitumen te leveren, maar ze niet zonder dat ze door het raffinage proces heen moeten. Zo dus wordt er een min of meer grote portie petroleum gebruikt voor wegen aan te leggen. In Frankrijk bedraagt de jaarlijkse consumptie van bitumen rond de 3 miljoen ton, waarvan 90% voor de wegenbouw bestemd is. Als de petroleum zo duurzaam mogelijk gebruikt wil gebruiken, moet op zoek gegaan worden naar alternatieven voor het gebruik van bitumen in de wegenbouw. Een bindmiddel met dezelfde fysischchemische eigenschappen als de bitumineus omhulde materialen, maar volledig samengesteld uit landbouwmaterialen, zou een oplossing kunnen vormen. Dit past volledig binnen de problematiek van de energetische bronnen en de voordelen voor de omgeving en de natuur. Vertrekkende van die optiek, heeft Colas een onderzoeksprogramma opgestart om een reeks vegetale bindmiddelen te ontwikkelen die op termijn een alternatief kunnen vormen voor de verschillende soorten wegenbitumen. Deze bindmiddelen zijn bestemd voor de aanleg en het onderhoud van de wegen, maar eveneens voor de realisatie van esthetische bekledingen in stedelijk gebied en op andere plaatsen waar ze zich harmonieus kunnen integreren in de architecturale omgeving. Deze bindmiddelen kregen de naam Végécol mee. Végécol is een plantaardig bindmiddel voor stedelijke wegverhardingen, volledig samengesteld uit hernieuwbare materialen afkomstig uit de landbouw, zoals plantaardige oliën en harsen. Het combineert technische prestaties met een esthetische kwaliteit en respect voor de omgeving. Ook bij Eiffage hebben ze een gelijkaardig product, namelijk Biophalt. b. Procedé Ecologisch asfalt wordt in een klassieke menginstallatie bereid en met klassiek materiaal aangebracht. Het wordt gefabriceerd met droge en warme granulaten op een temperatuur, afhankelijk van de viscositeit van Végécol. Omdat het bindmiddel moet uitharden, mag verkeer pas enkele dagen na de afkoeling van het asfalt worden toegelaten. De plaatsing kan manueel gebeuren of met behulp van finishers, afhankelijk van het type wegdek. De gewone voorzorgen voor de realisatie van gekleurd asfalt moeten genomen worden. Het bindmiddel is dus milieuvriendelijk door zijn samenstelling en maakt het bovendien mogelijk het asfalt bij een aanzienlijk lagere temperatuur (110 C) dan klassiek asfalt (170 C) te bereiden. c. Karakteristieken Het is 100% natuurlijk en plantaardig. Voor de productie van warmasfalt bevat Végécol geen enkele petrochemisch product. Végécol is een materiaal dat de omgeving respecteert, daar het volledig uit hernieuwbare landbouwmaterialen bestaat. Daardoor draagt het bij tot een duurzame ontwikkeling. Dankzij een verlaging van de fabricatie- en gebruikstemperaturen van ongeveer 40 à 50 C ten

129 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 116 opzichte van gewone bindmiddelen, verzekert Végécol een belangrijke winst qua energie van ongeveer 20% en voor de omgeving. Op het vlak van hygiëne, gezondheid en omgeving presteert Végécol ook sterk: het vervuilt geen stromend water en lost geen toxische dampen of gassen. De broeikassen worden ook teruggeschroefd met ongeveer 8% voor NOx en ongeveer 10% voor SOx. Het bindmiddel bezit eveneens betere fysieke en mechanische karakteristieken dan de klassieke bindmiddelen. Het heeft en zwakke viscositeit, het is cohesief, elastisch, adhesief, kleurbaar en duurzaam. Het garandeert een verhoogde weerstand tegen spoorvorming en vermoeiing. Het is ongevoelig voor een toevallige storting van hydrocarbonaten, aangezien het zich proper maakt onder hoogwaterdruk. Hun soepel gebruik verzekert hen een gemakkelijke reparatie en de mogelijkheid tot aanpassen aan specifieke kenmerken van de weg. Bovendien brengen ze nog een geluidsreducerend voordeel met zich mee van 3 à 6 db. d. Aanleg en toepassingen Deze bindmiddelen zijn bestemd om gebruikt te worden voor de aanleg van asfaltwegen en het onderhoud van de wegen, maar eveneens aan het plaatsen van voetpaden voor zich harmonieus te integreren in de architecturale omgeving. Het bindmiddel is vrijwel kleurloos en dus pigmenteerbaar, zodat de verharding de kleur van het steenslag (in casu bruin) aanneemt en zo de wegverharding een fraai aanzien helpt te geven. Het kan dus in een groot aantal verschillende kleuren getint zijn. Daarom kan Végécol veel gebruikt worden bij de realisatie van decoratieve en architecturale wegdekken en wegdekken met versieringen. Het wordt daarom ook vaak gebruikt voor pleinen, voetpaden en fietspaden. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door het gebruik van lokale granulaten. Er zijn verschillende samenstellingen mogelijk van het product. Normaal gebruiken ze plaatselijke granulaten die voldoen aan de benodigdheden. Het type Végécol wordt gekozen in functie van de gebruikscondities en de gewenste karakteristieken voor de weg. In april 2003 mondden deze onderzoeken uit in de realisatie van een eerste proefvak in de nabijheid van Saint-Brieuc te Frankrijk. Ondertussen zijn er in Frankrijk al een aantal proefvakken met Végécol aangelegd (in 2005 reeds 120 ton). Al die wegen gedragen zich nog steeds in goede mate na 18 maanden dienst. Colas heeft daarom beslist om de ontwikkeling van Végécol verder te zetten. Doordat ze samengesteld zijn uit hernieuwbare materialen dragen ze bij tot een duurzame ontwikkeling. Eveneens laten ze toe het asfalt te produceren aan een relatief lage temperatuur, 110 C, waarmee de uitstoot van gassen verminderd wordt. De keerzijde van de medaille is het prijskaartje: het nieuwsoortige, ecologische bindmiddel zou tot achtmaal duurder zijn dan klassiek bitumen. Terwijl ecologisch asfalt in Frankrijk al vaker is toegepast, is de aanleg van Végécol een primeur in België. Zo is er op 3 augustus 2007 gestart met de aanbrenging van een ecologisch fietspad tussen Beringen en Hechtel-Eksel. Dit 2,2 km lange en 2,5 m brede pad bestaat uit een fundering van ongebonden, continu gegradeerd steenslag en een toplaag van zogenoemd ecologisch asfalt. Twee troeven, ecologie en esthetisch aanzien, die de gemeente overtuigden om voor dit pad, dat dwars door een bos loopt, ecologisch asfalt toe te passen.

130 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken Ecomac a. Omschrijving Deze lage temperatuursasfalt werd ontwikkeld door Screg. Het proces werd afgeleid van de ontwikkeling van Compomac, een koudasfalt van Screg. Dit is een koudasfalt gebaseerd op emulsies, die volledig klassiek geproduceerd wordt. b. Procedé Bij de Ecomac techniek wordt de koudasfalt mix, behandeld met een bitumenemulsie, opnieuw opgewarmd zodat het finale mengsel een temperatuur van 40 à 50 C bereikt. In feite wordt koudasfalt gematigd verwarmd waardoor deze techniek vaak gebruikt wordt als recyclagetechniek. Het blijkt dat het emulsieasfalt, bij een verhoging van de temperatuur met enkele tientallen boven de kamertemperatuur, zich in een nieuwe fysische staat bevindt, welke zeer gunstig is voor een groot aantal technische karakteristieken. De optimalisatie van het proces geschiedt door het gebruik van een warmhoudende installatie op gelijkstroom, speciaal ontworpen en op punt gezet. Dit apparaat werkt continu. Het heeft geen filter nodig aangezien de techniek geen stof produceert. Figuur 48: Bovenaanzicht van de warmhoudende installatie Figuur 49: Warmhoudende installatie Het doel van deze installatie is de Ecomac op een temperatuur te houden, die steeds lager is dan 80 C. Hierbij worden zowel bindmiddel als aggregaten verwarmd. Binnen de drie uur na het verlaten van de installatie is de temperatuur al ongeveer 10 C gezakt in het binnenste van het mengsel bij een buitentemperatuur van 15 C. Dit is voldoende om het mengsel te transporteren en de plaatsen onder gunstige omstandigheden. c. Karakteristieken Het vereist drie maal zo weinig energie als de hot mix asfalt en vermindert eveneens de TOC s en produceert geen stof of gassen. Bovendien is het mogelijk met Ecomac om gerecycleerde granulaten te gebruiken. Het verhoogt de mechanische karakteristieken en aldus de technische prestaties van het asfalt. Het laat eveneens een betere controle op de implementatie en homogeniteit van de omhulling toe. De macrotextuur is typisch voor een dunne laag met een gemiddelde textuurdiepte groter dan 0,6 cm. De temperatuursstijging van enkele tientallen graden vergemakkelijkt de verwerkbaarheid en de plaatsing door de verlaging van de viscositeit van het bindmiddel. Het water kan ook beter beheerst

131 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 118 worden, waardoor het mengsel beter verdicht kan worden. Er is eveneens een betere weerstand tegen het breken van de emulsie. De nuttige levensduur van de verwarming bedraagt drie uur, wat voldoende is voor op de werf. Het uiteindelijke watergehalte na verwarming is met de helft gereduceerd, waardoor nog slechts 3% water aanwezig was in de proefmonsters. d. Aanleg en toepassingen Ecomac wordt voornamelijk toegepast voor onderhoudswerken op wegen met zwak verkeer. Maar het kan ook gebruikt worden voor nieuwe werken (als onderlaag of verbindingslaag) of als herprofilering. Het wordt geplaatst in een dunne laag van 3 tot 5 cm. Het laat bovendien een snelle opening van het verkeer toe, biedt een groot rijcomfort en vermijdt het opspatten van steentjes. Er wordt geprobeerd een hoeveelheid holle ruimtes van minder dan 12% te bereiken. In Frankrijk werden de eerste proefvakken aangelegd in 2003 en 2004 met goede resultaten. In België zijn nog geen wegen aangelegd met Ecomac Evotherm a. Omschrijving Figuur 50: Geplaatst Ecomac Evotherm is een op asfaltemulsie gebaseerde koudasfalt met warme aggregaten ontwikkeld door de firma Meadwestvaco. Het is een Amerikaanse technologie en kent geen toepassingen in Europa. b. Procedé Hierbij wordt de koude emulsie (5%) gemengd met hete aggregaten om zo een mengsel te produceren tussen 85 en 115 C. De meerderheid van het water in de emulsie verdwijnt als stoom wanneer de emulsie met de aggregaten vermengd wordt. De emulsie is een latex polymeer gemodificeerde emulsie bestaande uit 85% water en 15% van een chemisch pakket. Dit chemisch pakket bevat materialen die de verwerkbaarheid verbeteren, de adhesie optimaliseren en het mengsel emulsifiëren. Het wordt samengesteld uit een relatief hoog asfaltresidu (ongeveer 70%). Deze emulsie maakt het mogelijk om de latex polymeer deeltjes in de waterfase van de emulsie te laten waardoor een stabiele asfaltemulsie bekomen wordt. Hierdoor vormen ze polymeernetwerken als zijnde een behandelde bitumen emulsie.

132 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 119 Figuur 51: a.) Schematische illustratie van een latex gemodificeerde emulsie tonende dat latex deeltjes in de waterfase blijven. b.) Latex deeltjes veranderen in een continue polymeerfilm die asfaltdeeltjes omhult, wat tot bovenstaande structuur leidt. Het voordeel van deze polymeernetwerken is dat zij flexibel blijven en grote spanningen kunnen uitspreiden zonder zware vervormingen. Om dit stabiele netwerk te behouden moet de emulsie 20 uur gedroogd worden op 80 C. Het water in de emulsie wordt bevrijd uit het Evotherm in de vorm van stoom wanneer het gemengd wordt met het hete aggregaat. De resulterende Warm mix asfalt (WMA) lijkt op de hot mix op het vlak van omhulling en kleur. c. Karakteristieken Aan de hand van de Superpave gyratory compactor (SGC) resultaten blijkt dat Evotherm de optimale asfalthoeveelheid verlaagt. Er wordt aangeraden om de optimale asfalthoeveelheid te bepalen aan de hand van een typisch PG gegradeerd bindmiddel en dan de Evotherm emulsie te substitueren. Evotherm verbetert de verdichtbaarheid en verwerkbaarheid van de mengsels. Er is een algemene reductie van de holle ruimten bij de verlaagde temperaturen. Het proces om Evotherm aan te leggen en te verdichten is hetzelfde als de hot mix. De economische en ecologische voordelen van de Evotherm techniek liggen nog een stuk hoger dan die van de andere technieken. Hieronder worden enkele waarden weergegeven: Deze WMA brengt serieuze dalingen in uitstoot van toxische gassen met zich mee.de uitstoot van CO₂, CO en NOx dalen met resp. 50, 67 en 64%. Bovendien is er een reductie van 60% in brandstof consumptie, wat uiteraard een vermindering vormt van de kosten. Zo wordt er gemiddeld bij een Hot mix 11,4 liter stookolie per ton verbruikt, waar Evotherm slechts 5,2 liter verbruikt. En ook de aanleg- en productietemperaturen liggen een pak lager zoals de andere WMA s. Zo worden de aggregaten verwarmd tot 125 C, kan er asfalt gefabriceerd worden op 95 C en verdicht worden op 85 C. Deze lagere verdichtingstemperatuur (60 C lager) verhoogt wel de potentiële vochtigheidsschade. d. Aanleg en toepassingen Bij de aanleg wordt Evotherm opgepompt van een nabijgelegen tanker. Deze tanker is dan verbonden met de asfaltlijn door gebruik te maken van een enkele of een paar verwarmde kleppen. Door het verbinden van de tanker met de fabriek door middel van kleppen wordt hercirculatie

133 Hoofdstuk 4: Economische en ecologische verbeterde technieken 120 mogelijk. De temperaturen van de olielijnen zouden gereduceerd moeten worden tot 95 C voordat het Evotherm opgepompt wordt om te voorkomen dat de emulsie breekt. De afstelling van de asfaltcentrale voor de asfaltinhoud moet verhoogd worden omdat het bindmiddel residu ongeveer 70% bedraagt van de massa van de Evotherm emulsie. Figuur 52: a.) Verwarmde kleppen laten hercirculatie toe b.) Tanker die Evotherm in de asfaltcentrale pompt De techniek is reeds toegepast in Frankrijk, Canada, China, Zuid-Afrika en de Verenigde Staten. In België zijn nog geen toepassingen. e. Variant Er is ook een nieuwe gelijkaardig proces ontwikkeld genaamd DAT (dispersed asphalt technology), waarbij hetzelfde chemische pakket verdund met een kleine hoeveelheid water geïnjecteerd wordt in de asfaltlijn juist voor de mengkamer LEAB (Laag Energie Asfalt Beton) a. Omschrijving Deze techniek, ontwikkeld door BAM (een Nederlandse firma), is een asfaltmengsel bestaande uit steenslag, zwakke vulstof, een schuimbitumen en asfaltgranulaat. b. Procedé De granulaten worden eerst verwarmd op 90 C, waarna ze omhuld worden met het schuimbitumen. Het gerecycleerde materiaal wordt opgewarmd tot 110 à 115 C. Uiteindelijk wordt water geïnjecteerd onder druk in het schuimbitumen, waardoor het schuimt en de aggregaten volledig kan omhullen. Er wordt een additief toegevoegd aan het bindmiddel vlak voor het mengen om de adhesie en de omhulling te bevorderen. Dit bevordert eveneens de levensduur van het schuim en aldus de verwerkbaarheid. Het proces lijkt heel erg op die van het LT-asfalt met het verschil dat hierbij wordt nog een additief wordt toegevoegd aan 0,1% van het gewicht van het bindmiddel om de schuim te stabiliseren, een betere omhulling te verzorgen en om de adhesie te verbeteren. Bovendien wordt in de LT-asfalt nog een hygroscopische vulstof in het mengsel gebracht dat hier niet het geval is. Hierbij kan asfalt geproduceerd worden bij een temperatuur van 95 C.