Monitoring laagtemperatuurasfalt in Rotterdam

Transcriptie

1 Monitoring laagtemperatuurasfalt in Rotterdam Steven Bouman Gemeente Rotterdam, Stadsbeheer Robbert Naus Dura Vermeer Infrastructuur Gert Brinkman Gemeente Rotterdam, Stadsontwikkeling Samenvatting In het kader van het Rotterdam Climate Initiative zijn in 2010 twee proefvakken met laagtemperatuurasfalt aangelegd op een stroomweg in de bebouwde kom van Rotterdam. Eén halfwarm (ca. 100 C) en een warm (ca. 130 C) mengsel AC16 ( steenslagasfaltbeton ). Bij de aanleg is zowel milieu- als civieltechnisch gekeken naar de eigenschappen van dit soort mengsels in vergelijking tot een referentievak met een conventioneel geproduceerd AC16 bind/base mengsel. Om het effect op de langere duur te bekijken is tevens een civieltechnisch monitoringsprogramma opgezet. Hierbij is zowel lab- als veldonderzoek uitgevoerd: visuele inspecties, valgewichtdeflectiemetingen, triaxiaalonderzoek en watergevoeligheid. Deze proeven zijn zowel direct na aanleg als 5 jaar na dato uitgevoerd. De vraag is wat levert dit op? En kan hiermee de koudwatervrees voor laagtemperatuurasfalt worden weggenomen? In deze bijdrage worden de resultaten van dit onderzoek weergegeven en bediscussieerd. Steekwoorden Laagtemperatuurasfalt, monitoring proefvakken, klimaat, CO 2 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

2 1. Inleiding Het Rotterdam Climate Initiative (RCI) heeft onder meer als doelstelling een halvering van CO 2 -uitstoot in De aanpak van dit programma is gebaseerd op energiebesparing, duurzame energie, CO 2 -afvang (hergebruik) en aanpassing aan klimaatverandering. Naast besparing van energie en daarmee beperking van CO 2 -uitstoot in de industrie kan eveneens een CO 2 -besparing gerealiseerd worden in de mobiliteit (voertuigen) en bijvoorbeeld in de productie en verwerking van asfalt. In het kader van het RCI zijn in 2010 twee proefvakken met laagtemperatuurasfalt (LTA) aangelegd op een stroomweg (Gordelweg Kanaalweg) in de bebouwde kom van Rotterdam. Voordien waren er wel vakken LTA aangelegd op rijks- en provinciale wegen, maar de gemeente wilde specifiek de omstandigheden in een stedelijke omgeving met kleinschaliger werkomstandigheden (handwerk, aanwezige obstakels zoals putten) beoordelen. Er is één halfwarm (ca 100 C, Ecopave H, vak 3) en een warm ca 130 C, Ecopave W, vak 1) mengsel AC16 ( steenslagasfaltbeton ) aangelegd. Bij de aanleg is zowel milieu- als civieltechnisch gekeken naar de eigenschappen van dit soort mengsels in vergelijking tot een referentievak (vak 2) met een conventioneel geproduceerd AC16 bind/base mengsel. De deklaag bestond uit 25 mm SMA-NL 8B of een dunne geluidreducerende deklaag (DGD). Figuur 1 Gordelweg-Kanaalweg proefvaklocaties Om de civieltechnische eigenschappen goed te kunnen beoordelen is een monitoringsprogramma opgezet, waarbij 5 jaar lang diverse onderzoeken en inspecties zijn uitgevoerd. In deze bijdrage zijn de conclusies van zowel de aanleg als de monitoring weergegeven. 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

3 2. Opbouw en eigenschappen proefvakken De constructieopbouw op de Gordelweg en Kanaalweg is als volgt: 25 mm dunne geluidreducerende deklaag (DGD) of SMA 0/8 (SMA-NL 8B); 60 mm AC 16 bind TL-B; 70 mm AC 16 base OL-B; 300 mm menggranulaat 0/31,5. Daarbij zijn bij de proefvaklocaties de AC bind/base vervangen door Ecopave W en H. Doordat niet overal een geluidreducerende deklaag noodzakelijk was, heeft een proefvak een SMA deklaag en de ander een DGD. Proefvak Mengsel 1 Ecopave W 2 AC bind/base 3 Ecopave H Ecopave H: Dit mengsel is geproduceerd in een chargemenginstallatie (APE Eemnes), waarbij door middel van een tijdelijke aanpassing (schuimbitumensproeibalk) deze geschikt gemaakt is voor productie van dit asfalttype. Het bitumen wordt vervangen door schuimbitumen, dat een dusdanige lage viscositeit heeft, dat het gemengd kan worden met aggregaat bij een temperatuur tot minimaal 90 C. Daar de productietemperatuur slechts ca. 100 C bedraagt (referentieasfalt ca. 160 C), levert dit een aanzienlijke energiebesparing op. De CO 2 -reductie ten gevolge van de lagere productietemperatuur wordt geschat op 20 à 25 %. Ecopave W: In vergelijking tot Ecopave H is Ecopave W direct produceerbaar en niet afhankelijk van een aanpassing in de asfaltcentrale. Ecopave W is een asfaltmengsel met toevoeging van een wax waarbij 3 % van het bitumenaandeel vervangen wordt om de viscositeit van het bitumen te verlagen. Hierdoor kan het bitumen bij lagere temperatuur ( C) worden gemengd met het aggregaat. De productietemperatuur bedraagt ca. 130 C (ca. 30 C lager t.o.v. referentieasfalt), voor de producent levert dit eveneens een energiebesparing op. De CO 2 -reductie van Ecopave W ten gevolge van de lagere productietemperatuur wordt geschat op ca. 10 à 15 %. Zowel in de laagtemperatuurasfalt als de conventionele mengsels is 50% PR gebruikt. De verkeersbelasting op deze locatie is ca motorvoertuigen per dag, waarvan 6,8 % vrachtverkeer is. 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

4 3. Mileutechnisch onderzoek In samenwerking tussen Agentschap NL, Universiteit Twente (Aspari), M+P Raadgevende ingenieurs, Dura Vermeer en Ingenieursbureau gemeente Rotterdam is onderzoek [1 en 2] verricht naar de milieukundige invloeden van het gebruik van laagtemperatuurasfalt. 3.1 Milieu profiel De toepassing van lage temperatuurasfalt leidt tot een verlaging van de CO 2 emissies bij de asfaltcentrale. Als gevolg van energiebesparing treedt een duidelijk zichtbare verbetering op aan het milieuprofiel van asfalt. Dit wordt veroorzaakt doordat de grootste bijdrage aan de milieueffecten wordt geleverd door de processen in de asfaltcentrale (gasverbruik). Vergelijking van milieugerichte ketenanalyses van Ecopave H en Ecopave W toont aan dat energiegebruik tijdens het productieproces niet uitsluitend bepalend zijn voor de CO 2 footprint. Hoewel het energieverbruik in de asfaltcentrale voor Ecopave H lager ligt dan bij Ecopave W, zorgt het gebruik van een klein aandeel cement in Ecopave H toch voor een hogere totaalscore op het effect klimaatverandering. In de onderstaande figuur is deze CO 2 footprint van Ecopave H, Ecopave W en AC bind/base weergegeven van de winning tot en met de productie (cradle to gate). Functionele eenheid is 1 m 2 asfaltverharding (base en bind). De deklagen zijn hierbij dus niet meegerekend. De hoeveelheid materiaal voor deze functionele eenheid bedraagt 0,15 ton. Er is gekozen om alle klimaatveranderende emissies naar CO 2 equivalenten om te rekenen. Figuur 2 Klimaatveranderende emissies voor 0,15 ton asfalt (cradle to gate) met karakterisatiemethode (NDB2010-NEN8006-MRPI INTRON V2.07 / MKI-SBK single-score) [2] De invloed van transport van asfaltcentrale naar het werk is afhankelijk van de toepassingslocatie en daarmee variabel. Voor de Rotterdamse situatie geldt, dat het voordeel van lage temperatuur asfalt teniet wordt gedaan, wanneer het product uit Eemnes komt in plaats van uit de centrale in de Botlek. De herkomstlocatie van het asfalt doet er dus toe. Voor deze specifieke projectsituatie ligt het omslagpunt voor Ecopave H bij 25 km 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

5 transportverschil en voor Ecopave W bij 43 km. Aanbeveling is om deze transportafstand door middel van aanbestedingscriteria te beperken. 3.2 Lokale luchtkwaliteit Tijdens de aanleg is uitstoot van fijn stof emissies gemeten bij de asfaltspreidmachine en in de omgeving. Er is geen onderbouwing gevonden van de aanname uit eerdere onderzoeken dat de aanleg van lage temperatuurasfalt voordelen biedt voor de lokale luchtkwaliteit. Het gebruikte materieel is de belangrijkste bron van fijn stof bij asfalteerwerkzaamheden, met name voertuigbewegingen van kippers en het verplaatsen van de asfaltspreidmachine. Wel ontstaan er minder dampen en geurhinder tijdens het verwerkingsproces. Figuur 3 Detailanalyse voor PM 1 emissies bij het asfalt verwerkingsproces van de proefvakken 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

6 4. Civieltechnisch onderzoek Om de civieltechnische kwaliteit na aanleg en in de loop van de tijd is een meerjarig monitoringsprogramma opgezet: Conventionele opleveringscontrole na aanleg (laagdikte, verdichting) Draagkrachtmeting door valgewichtdeflectiemeting na 0 en 5 jaar Triaxiaalonderzoek na 0 en 5 jaar Watergevoeligheid na 0 en 5 jaar. Visuele inspectie - jaarlijks 4.1 Verwerking Door de onderzoeksgroep Aspari van de Universiteit Twente is tijdens de aanleg onderzoek [5] verricht en een relatie gelegd tussen uitvoeringsaspecten zoals aantal walsgangen, walstijd, verloop van de asfalttemperatuur tijdens het walsen en de kwaliteit van het asfalt (o.m. dichtheid). Locaties met afwijkingen in het uitvoeringsproces zoals voortijdige asfaltafkoeling, stopplaatsen, handwerk, moment en afwijkend walsregime en lassen zijn geverifieerd door middel van dichtheidsmetingen van het asfalt. De toepassing van lage temperatuur asfalt heeft invloed op het asfaltverwerkingsproces. Voorwaarde is een goede monitoring en sturing op het uitvoeringsproces. Ook logistiek is het verwerkingsproces kritischer. Het tijdsinterval tussen asfaltspreiding en walsen gaat omlaag als gevolg van de geringere temperatuurinhoud van Ecopave H en Ecopave W. De totale beschikbare walstijd is ca.7 minuten minder. Met name de fysieke belasting bij handmatige verwerking wordt als probleem ervaren door een asfaltploeg. 4.2 Valgewichtdeflectiemeting Door Unihorn zijn in 2010 en 2015 valgewichtdeflectiemetingen uitgevoerd. Daaruit zijn de teruggerekende laagstijfheden berekend. Deze zijn weergegeven in onderstaande tabel. Figuur 4 Teruggerekende laagstijfheden per subvak In 2010 zijn de valgewichtdeflectiemetingen vrijwel direct na aanleg, voor openstelling voor verkeer, uitgevoerd. In het algemeen worden dan lagere waarden voor de asfaltstijfheid 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

7 afgeleid. Het vrijwel direct meten wijkt af van wat normaal gedaan wordt. Doorgaans worden de valgewichtdeflectiemetingen ca. 6 maanden na aanleg uitgevoerd. Hierbij zijn de stijfheidsmoduli dusdanig toegenomen, dat het asfalt zijn volledige stijfheid bereikt heeft. Dat blijkt ook uit de in het algemeen hogere waarden die in 2015 zijn gemeten. 4.3 Triaxiaalonderzoek en watergevoeligheid Per vak zijn vier boorkernen voor triaxiaalproef en acht voor watergevoeligheid (vier meteen beproeven en vier retained na waterbad) geboord en vervolgens beproefd in het laboratorium. Deze waarden zijn vergeleken met de waarden die zijn bepaald in het typeonderzoek (ITT). Boorkern Ecopave W AC16 Ecopave H Laag Verdichtings graad [%] Eis (lab) [f c max ] ITT [f c max ] Boorkern [f c max ] Eis (lab) ITSR [%] ITT ITSR [%] Boorkern ITSR [%] T 100,6 0,6 0,30 0, O 99,5 1,0 0,30 0, T 97,1 0,6 0,31 0, O 97,6 1,0 0,31 0, T 100,7 0,6 0,85 0, O 96,7 1,0 0,85 1, Figuur 5 Onderzoeksresultaten direct na aanleg (2010) In 2010 is geconstateerd dat het referentievak lagere dichtheden vertoonde, terwijl Ecopave W (vak 1) hogere dichtheden vertoonde. Het vak met Ecopave H (vak 3) had een vrij grote spreiding in dichtheden. Na vijf jaar zijn wederom kernen geboord en is het onderzoek herhaald. De vergelijking tussen deze metingen is weergegeven in figuur 6. Ecopave W AC16 Ecopave H Verdichtingsgraad [%] Permanente vervorming Watergevoeligheid [f c,max ] ITSR[%] Laag T 100,6 100,3 0,23 0, O 99,5 101,6 0,27 0, T 97,1 98,5 0,23 0, O 97,6 97,5 0,15 0, T 100,7 100,8 0,86 1, O 96,7 101,2 1,08 1, Figuur 6 Vergelijking onderzoeksresultaten boorkernen 2010 en 2015 De eisen aan de AC bind/base zijn in de afgelopen periode gewijzigd. De aanleg is volgens de eisen RAW Standaard 2005 (wijziging 2008) uitgevoerd. Momenteel zijn de eisen conform RAW Standaard 2010/2015. De verschillen zijn weergegeven in figuur 7 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

8 Figuur 7 Gewijzigde eisen Standaard 2005/2008 versus 2010/2015 De verdichtingsgraden (o.b.v. 12 proefstukken per type en per laag) van 2015 liggen op hetzelfde niveau of zijn iets hoger vergeleken met De Ecopave H onderlaag is fors hoger in verdichtingsgraad. De weerstand tegen permanente vervorming (o.b.v. 4 proefstukken per type en per laag) liggen voor AC16 en Ecopave W op hetzelfde niveau of zijn fors verbeterd vergeleken met De Ecopave H is juist slechter geworden, waarbij opgemerkt moet worden dat er een vrij grote spreiding op de resultaten zit. Als de twee grootste afwijkende kernen eruit worden gelaten, geeft dat vooral bij de onderlaag meteen een ander beeld. De spreiding in de resultaten van de tussenlaag is minder groot. De resultaten voor de referentie AC16en Ecopave W zijn naar verwachting, maar bij Ecopave H is de weerstand tegen spoorvorming dus nog lager geworden. In onderstaande figuren zijn enkele verbanden weergegeven tussen de verdichtingsgraad en de weerstand tegen permanante vervorming (f c ) en retained splijtspanning. Figuur 8 Vergelijking verdichtingsgraad (tussenlaag) en permanente vervorming (2015) 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

9 Figuur 9 Vergelijking verdichtingsgraad (tussenlaag) en retained splijtspanning (2015) Tussen de verdichtingsgraad en weerstand tegen permanente vervorming is niet bij elk mengsel een eenduidig verband te bepalen, vooral bij Ecopave H is dit het geval. De relatie tussen verdichtingsgraad en (retained) splijtspanning is eenduidiger. 4.4 Visuele inspectie Zoals eerder vermeld is de deklaag niet bij elk proefvak hetzelfde. Er is geen structurele schade zichtbaar in de diverse deklagen. De gemeten spoordiepten zijn als volgt: Vak Mengsel Deklaag spoordiepte 1 Ecopave W DGD ca 2mm 2 AC bind/base SMA 0 tot 3 mm 3 Ecopave H SMA 0 tot 5 mm 5. Conclusie, aanbevelingen en stellingen Ten opzichte van de metingen van 2010 zijn de gemeten deflectiewaarden van 2015 lager c.q. zijn de asfaltstijfheden van 2015 toegenomen. Dit is deels te verklaren doordat de 0- metingen direct na aanleg zijn uitgevoerd en daardoor de volledige stijfheid nog niet bereikt was.de gemiddelde asfaltstijfheid van Ecopave W is lager en van Ecopave H hoger ten opzichte van het referentievak. De verdichtingsgraden na 5 jaar liggen op hetzelfde niveau of zijn iets hoger vergeleken met De Ecopave H (schuimbitumen) onderlaag is fors hoger in verdichtingsgraad. De holle ruimte van de onderlaag en tussenlaag van Ecopave H en Ecopave W is relatief laag ten opzichte van de holle ruimte van het referentievak. 5 jaar monitoring LTA CROW Infradagen

10 De weerstand tegen permanente vervorming [f c max ] op de boorkernen (zowel 2010 als 2015) is bij Ecopave H lager dan de eis, gesteld in Standaard RAW Bepalingen aan laboratoriumvervaardigde proefstukken. De lage f c max wordt niet verklaard door een lage verdichtingsgraad of zichtbare spoorvorming in het proefvak. De watergevoeligheid (ITSR (%)) van Ecopave H en Ecopave W is gelijkwaardig c.q. (iets) hoger ten opzichte van de referentie AC. De watergevoeligheid van de onderlaag van de referentie AC (boorkern) is lager dan de eis, gesteld in Standaard RAW Bepalingen aan laboratoriumvervaardigde proefstukken. De waarden f c max en ITSR (%) van het typeonderzoek voldoen aan de eisen van Standaard RAW Bepalingen, uitgezonderd de tussenlaag Ecopave H. Verder onderzoek naar correlatie van typeonderzoek (molengemengd materiaal) en boorkernonderzoek wordt wenselijk geacht. Op basis van correlatie van voldoende data uit boorkernonderzoek kan functioneel geverifieerd en gespecificeerd worden. Met de monitoring van het laagtemperatuur asfalt kunnen we concluderen dat in het algemeen de resultaten naar verwachting zijn en dat vijf jaar na dato het laagtemperatuurasfalt geen afwijkend patroon laat zien in vergelijking tot het referentie AC. Hiermee is de koudwatervrees voor toepassen van laagtemperatuurasfalt in een stedelijk gebied weggenomen, zolang handmatige en kleinschalige verwerking wordt vermeden. Met het klimaatakkoord dat wereldwijd in Parijs 2015 is gesloten is nogmaals de urgentie tot maatregelen onderstreept om de jaarlijkse CO 2 uitstoot te beperken. Gebruik van laagtemperatuur asfalt kan hierbij bijdragen. Maar zoals ook aangetoond in het milieuonderzoek is elke schakel in de productieketen en levensduur van belang om ook daadwerkelijk een milieuvoordeel te behalen (cradle to cradle). Referenties: [1] Drie asfaltmengsels vergeleken op duurzaamheid, M. van Groen, artikel Asfalt nr [2]- Lage temperatuur asfalt in Rotterdam, Eindrapportage t.b.v. onderzoek naar milieugegevens en verwerkingsproces van Ecopave H en Ecopave W in Rotterdam, L.F.Dijk, 2011 [3] Rotterdam beproeft kouder asfalt vijf jaar lang, P.Bhairo / R.Naus / J.Mutsaers, artikel Land+Water, nr 3 maart 2011 [4] Laagtemperatuurasfalt, Proefvak Gordelweg/Kanaalweg, Monitoring civieltechnische eigenschappen, G.Brinkman, eindrapportage. februari 2016 [5] Process Quality Improvement, Gordelweg/Kanaalweg Rotterdam, F.Bijleveld / A.Dorée, ASPARi (Universiteit Twente), januari jaar monitoring LTA CROW Infradagen