Invloed van het type vulstof op de eigenschappen van asfaltmengsels

Transcriptie

1 Invloed van het type vulstof op de eigenschappen van asfaltmengsels Salil Mohan KWS Infra bv Alex v.d. Wall KWS Infra bv Samenvatting Al lange tijd wordt er in de praktijk gestreefd naar het toepassen van asfaltgranulaat op een groter en breder niveau. Hiermee worden niet alleen economisch voordelige mengsels geleverd, maar wordt ook een bijdrage geleverd aan zowel het verminderen van het kooldioxide uitstoot als de ontginning van primaire grondstoffen. Verhogen van het aandeel asfaltgranulaat resulteert in een relatief klein aandeel nieuwe bouwstoffen. In tegenstelling tot het asfaltgranulaat, worden er strikte eisen gesteld aan het relatief laag aandeel nieuwe bouwstoffen. De gedachtegang die hierbij hoort is dat bij wijzigingen in de nieuwe bouwstoffen, deze directe invloed hebben op de eigenschappen van het asfaltmengsel. In het hier beschreven onderzoek is nagegaan in hoeverre een wijziging van het relatief laag aandeel (fabrieks)vulstof, nog invloed heeft op de mechanische eigenschappen van asfalt en hoe dit zich verhoudt tot de gestelde eisen in de huidige regelgeving. De bijdrage beoogt een discussie op gang te krijgen met betrekking tot de praktische meerwaarde van deze eisen.

2 1. Introductie Met de intrede van het functioneel omschrijven van asfaltmengsels, hebben asfaltproducenten de vrijheid om met innovatieve mengsels op de markt te komen. Een manier van innoveren in de praktijk is het toepassen van asfaltgranulaat. Hiermee wordt niet alleen een bijdrage geleverd aan het milieu maar worden ook economische mengsels ontwikkeld die vallen binnen dezelfde prestatieklasse van mengsels zonder asfaltgranulaat. Om de prestatieklasse van een asfaltmengsel c.q. het toepassingsgebied te bepalen moeten asfaltproducenten het typeonderzoek procedure volgen conform proef 62 van de RAW bepalingen 2010, de Nederlandse invulling van NEN-EN , alvorens het mengsel op de markt kan worden gebracht. Theoretisch is het typeonderzoek 5 jaar geldig, waarna deze dient te worden herhaald. Daarnaast is een nieuw type onderzoek verreisd indien wordt voldaan aan het gestelde in proef 62, paragraaf 1. De gedachtegang hierbij is dat door een wijziging in bouwstoffen, de mengseleigenschappen veranderen. Met betrekking tot het aandeel fabrieksvulstof, stelt paragraaf 1 punt d., dat het typeonderzoek dient te worden herhaald indien er een wijziging optreedt in het type en/of merk fabrieksvulstof. Dit vindt zijn herkomst in het gegeven dat van natuurlijke grondstoffen de herkomst van belang is. In het geval van fabrieksmatige grondstoffen is dit vertaald naar producent en type. Hoewel het bekend is dat vulstoffen een significante invloed kunnen hebben op de mastiekeigenschappen en daarmee ook op het uiteindelijke asfaltmengsel, is het de vraag of bij hoge percentages hergebruik de invloed van het type vulstof niet gemarginaliseerd wordt door de invloed van het asfaltgranulaat. Bij mengsels met een relatief hoog percentage asfaltgranulaat, %, is er afhankelijk van het type asfaltgranulaat, de wijze van verwerken, het aandeel aanhangend stof en de inrichting van de asfaltcentrale, slechts een aandeel nieuwe fabrieksvulstof aanwezig variërend tussen 0.1 en 2 % Automatisch leidt dit tot de vraag in hoeverre het lage aandeel fabrieksvulstof nog invloed kan hebben op de typeonderzoek resultaten en hoe reëel de gestelde eisen mbt het herhalen van het typeonderzoek zijn. Zeker in de wetenschap dat in de productie zelf de lage percentages in het recept betekenen dat er géén vulstof wordt gedoseerd. Een andere aanleiding voor het onderzoek is de inconsequentie van de huidige regelgeving. Een wijziging van vulstoftype bij een dosering van enkele tienden vereist een nieuw typeonderzoek. Het percentage asfaltgranulaat mag echter 25 % variëren zonder dat dit een nieuw onderzoek vraagt. Dat er bij een verlaging van het percentage asfaltgranulaat, er een hoeveelheid (vrij te bepalen) vulstof wordt toegevoegd is schijnbaar niet relevant. 2. Doelstelling Doel van dit onderzoek was om middels het uitvoeren van functionele proeven op een asfaltmengsel, conform proef 62, na te gaan of het wijzigen van type en merk fabrieksvulstof bij relatief lage percentages, nog invloed heeft op de functionele eigenschappen van het mengsel. Met de verkregen resultaten wordt beoogd een discussie op gang te krijgen of het gestelde in proef 62 met betrekking tot fabrieksvulstoffen wel een reële eis is, en of het niet noodzakelijk is om andere benaderingswijze te hanteren.

3 3. Materialen In dit onderzoek is uitgegaan van één mengsel in 3 varianten. Het betreft een AC 16 dat zowel als onder- en als tussenlaag kan worden toegepast. De varianten verschillen voor wat betreft het type vulstof. Het onderzochte mengsel heeft een percentage nieuw toe te voegen vulstof van 2%, arbitrair gekozen als mogelijke bovengrens voor niet-significante vulstofpercentages Met de nadruk op merk en type is uitgegaan van een 100 % primaire vulstof en 2 verschillende merken van een samengesteld type. Het mengsel met alleen eigen stof, variant 4, is als additioneel meegenomen in dit onderzoek. Tabel 1 geeft de samenstelling weer van de onderzochte varianten. Tabel 1: Samenstelling van de verschillende mengselvarianten Type fabrieks vulstof Keerkring1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof Variant Morene steenslag (%) Rivierzand (%) Gereinigd zand (%) Vulstof (%) 1,77 1,86 1,95 1,99 Asfaltgranulaat 0/20 (%) Bitumen 70/100 (%) 2,1 2,1 2,2 2,2 De eigenschappen van de verschillende vulstoffen die zijn bepaald in het kader van dit onderzoek zijn opgesomd in tabel 2 en 3. De eigenschappen in tabel 4 zijn overgenomen van het KOMO-certificaat van betreffende vulstof. Tabel 5 geeft de eigenschappen van het asfaltgranulaat weer. Tabel 2: Bepaalde eigenschappen verschillende vulstoffen Type HR (Rigden) (% V/V) Bitumengetal Dichtheid (kg/m³) Keerkring Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof Tabel 3: Korrelverdeling van de verschillende vulstoffen (% door ) Zeefgrootte (mm) Keerkring 1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof ,125 95,1 96,7 96,7 89,5 0,063 88,3 84,3 84,3 73,0 Tabel 4: Samenstelling van de verschillende vulstoffen Merk Keerkring 1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof Type zwak zwak met CaOH zwak met CaOH zeer zwak Primaire grondstoffen (%) Secundaire grondstoffen (%) Kalkhydraat (%) Tabel 5: Omschrijving van het asfaltgranulaat Eigenschap Granulaat 0/20 Penetratie (dmm) 19 Verwekingspunt ( C) 60,4 Klasse vreemde bestanddelen F1

4 4. Resultaten & Discussie In dit onderzoek zijn de volgende, voor het typeonderzoek vereiste, eigenschappen onderzocht: - Watergevoeligheid - Weerstand tegen permanente vervorming - Stijfheid - Weerstand tegen vermoeiing Het vervaardigen en beproeven van verschillende proefstukken is uitgevoerd conform proef 62 van de RAW 2010, het type onderzoek. Een overzicht van het aantal proefstukken, onderzocht voor het bepalen van de verschillende eigenschappen per variant, is gegeven in tabel 6. Tabel 6: Overzicht aantal onderzochte proefstukken Proef/Variant Keerkring 1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof Indirecte trekproef droog Indirecte trekproef nat Triaxiaal proef Stijfheid Vermoeiing Watergevoeligheid In tabel 7 zijn de verschillende proefresultaten per variant opgesomd. Tabel 7 geeft tegelijkertijd aan waarom het noodzakelijk is ook naar de absolute treksterkte te kijken en niet alleen naar de ratio van droog en nat. Volgens de ITSR waarden scoort het mengsel met eigenstof het hoogst. Ook scoort dit mengsel beter wat betreft de natte treksterkte, vergeleken met variant 2 en 3. Dit is nogal vreemd omdat zowel variant 2 en 3 een vulstof bevatten met calciumhydroxide waarvan verondersteld wordt dat deze de hechting en weerstand tegen waterschade verbeterd. Als de varianten 1,2 en 3 worden vergeleken op basis van de absolute treksterkte resultaten, dan is het duidelijk dat het vreemde beeld het gevolg is van een lage treksterkte van de droge proefstukken. Tabel 7: Resultaten splijtproef Mengselvariant ITS droog (MPa) ITS nat (MPa) ITSR (%) Keerkring 1 3,17 2,52 80 Wigras 40K 3,03 2,25 74 Duras Filler 18K 3,11 2,30 75 Eigen stof 2,88 2,39 84

5 Indien de individuele resultaten grafisch worden uitgezet, figuur1 en 2, dan blijken deze globaal op 1 lijn te zitten rekeninghoudende met de matige reproduceerbaarheid van de splijtproef. 4,00 3,50 ITS droog (MPa) 3,00 2,50 2,00 Keerkring 1 Wigras 40K 1,50 Duras Filler 18K Eigen stof 1, # varianten Figuur 1: Individuele droge treksterkte resultaten (gemiddelde ± st.dev) 4,00 3,50 ITS nat (MPa) 3,00 2,50 2,00 Keerkring 1 Wigras 40K 1,50 Duras Filler 18K Eigen stof 1, # varianten Figuur 2: Individuele natte treksterkte resultaten (gemiddelde ± st.dev) 4.2. Weerstand tegen permanente vervorming Bij het bepalen van de weerstand tegen permanente vervorming is aangehouden dat het mengsel zal worden toegepast als tussenlaag. De weerstand tegen permanente vervorming wordt gekarakteriseerd middels de kruipsnelheid, bepaald met de triaxiaalproef. Deze wordt bepaald door een rechte lijn te fitten door het lineaire deel van de kruipkromme. In dit onderzoek is in alle gevallen de rechte lijn gefit over het interval De helling van de deze lijn wordt gehanteerd als kruipsnelheid. Zie voorbeeld in figuur 3.

6 εp (%) 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 y = 2,05E-05x + 0, N Figuur 3: Voorbeeld bepaling kruipsnelheid Tabel 8: Vergelijking kruipsnelheid, fc (%), verschillende mengselvarianten Proefstuk nr./variant Keerkring1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof 1 0,21 0,19 0,22 0,38 2 0,2 0,28 0,21 0,28 3 0,18 0,18 0,14 0,24 4 0,19 0,18 0,15 0,16 Gemiddelde 0,19 0,21 0,18 0,27 0,40 0,35 0,30 fc (µm/m) 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Figuur 4: Vergelijking kruipsnelheid (gemiddelde ± st.dev) # Keerkring 1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof Uit verkregen resultaten, tabel 8, vallen geen significante verschillen te herleiden voor de mengsels met verschillend type fabrieksvulstof. Met uitzondering van het mengsel met eigenstof, liggen de verkregen resultaten op 1 lijn.

7 4.3 Stijfheid De stijfheid van de verschillende mengsels is bepaald conform proef 62, paragraaf 4.4. In figuur 5 zijn de verkregen stijfheden per mengselvariant weergegeven. Ook uit deze proefresultaten blijken er geen significante verschillen op te treden als gevolg van een wijziging van het type of merk fabrieksvulstof. Smix (MPa) Keerkring 1 Wigras 40K Duras Filler 18K Eigen stof Frequentie (Hz) Fasehoek (º) Figuur 5: Resultaten stijfheid, T=20 C 4.4. Weerstand tegen vermoeiing De weerstand tegen vermoeiing is bepaald conform proef 62, paragraaf 4.6. De op te leggen verplaatsing is bepaald op basis van ervaring uit eerdere onderzoeken. Als uitgangspunt is aangehouden dat minimaal 3 balken een levensduur halen boven 1 miljoen lastherhalingen. Figuur 6 geeft de resultaten weer van de verschillende resultaten per mengselvariant. 7,5 6,5 5,5 log N 4,5 3,5 Keerkring 1 2,5 Wigras 40K Duras Filler 18K 1,5 Eigen stof 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 log ε (µm/m) Figuur 6: Resultaten vermoeiingsproef

8 Om de weerstand tegen vermoeiing te karakteriseren is met behulp van lineaire regressie een rechte lijn getrokken door de log N versus log ε resultaten. De resultaten zijn weergegeven in tabel 9. Tabel 9: Resultaten vermoeiingsproef Variant p A0 ε6 (µm/m) R² Keerkring 1 4,92 15, ,94 Wigras 40K 4,77 15, ,94 Duras Filler 18K 4,60 15, ,92 Eigen stof 4,40 14, ,97 Uit tabel 9 valt te herleiden dat het verschil tussen de 3 mengsels niet significant is. Eén op één vergelijken van de helling of het snijpunt van de vermoeiingslijn is niet gerechtvaardigd aangezien voor elk van de mengsels, verschillende rekniveau s zijn gehanteerd. Op het eerste gezicht lijken er met betrekking tot de p-waarde, verschillen op te treden die mogelijk significant zijn. Vooral omdat de p-waarde een grote invloed heeft op dimensionerings berekeningen. Uit analyse van figuur 6 in combinatie met de ervaringen met de reproduceerbaarheid van de vermoeiingsproef, volgt echter dat de verschillen niet significant zijn. Zeker niet omdat algemeen geaccepteerd wordt dat de parameters in tabel 9 in grote mate bepaald worden door de bindmiddeleigenschappen.

9 5.Conclusies Op basis van de verkregen resultaten in dit onderzoek wordt geconcludeerd dat het wijzigen van het type en/of merk (fabrieks)vulstof, bij een relatief laag aandeel, geen noemenswaardige invloed heeft op de mechanische eigenschappen van dichte asfaltmengsels. Hoewel het wordt geaccepteerd dat het type vulstof wel degelijk invloed heeft op de eigenschappen van een asfaltmengsel en daarmee dus de relevantie van punt d uit paragraaf 1 van proef 62 wordt onderbouwd, geven de resultaten van dit onderzoek nadrukkelijk aanleiding om de wijze waarop met vulstof wordt omgegaan in relatie tot het herhalen van het typeonderzoek aan te passen. Zeker gezien de inmiddels opgedane kennis van de variatie die van nature in de onderzoeksresultaten optreedt (met alle consequenties voor de ontwerpberekeningen). Nog los van de het feit dat er in de regelgeving (begrijpelijkerwijs) géén rekening wordt gehouden met de consequenties van het wijzigen van het percentage asfaltgranulaat Het is noodzakelijk dat dergelijke contradicties in de regelgeving op korte termijn worden aangepakt zodat de energie kan worden gericht op de vele meer relevante vraagstukken die voorliggen.

10 6. Referenties 1) Standaard RAW Bepalingen ) NEN Toeslagmaterialen voor asfalt en oppervlakbehandeling voor wegen, vliegvelden en andere verkeersgebieden 3) NEN-EN , Bitumineuze mengsel- Materiaalspecificaties- Deel 20: Typeonderzoek 4) Nevulboekje ) VBW krant, Natuurlijk asfalt, januari ) VBW Asfalt, Functionele eisen in het contract: Verslag van de werkgroep FEC 7) W. Van den Bergh, M.F.C. van de Ven, Asfaltgranulaat: Ervaringen in Vlaanderen