Verbetering levensduur tweelaags ZOAB

Transcriptie

1 Verbetering levensduur tweelaags ZOAB Synthese rapport: Kennisimpuls voor markt en wegbeheerder Rapportnummer DVS Status: Definitief Auteurs: F. van Reisen, S. Erkens, M. v.d. Ven, J. Voskuilen, R. Hofman Datum: 17 april 2008

2 2

3 Colofon 1. Rapportnummer DVS Ontvanger catalogus nummer - 5. Datum rapport April Schrijver(s) Fons van Reisen, Sandra Erkens, Martin v.d. Ven, Jan Voskuilen, Rob Hofman 9. Naam en adres opdrachtnemer Rijkswaterstaat DVS Postbus GA Delft 12. Opdrachtgever Rijkswaterstaat DGP & VROM 2. Serienummer - 4. Titel en ondertitel Verbetering levensduur tweelaags ZOAB Synthese rapport 6. Code uitvoerende organisatie - 8. Nummer rapport uitvoerende organisatie Projectnaam Verbetering levensduur tweelaags ZOAB 11. Contractnummer Type rapport Onderzoeksrapport 14. Code andere opdrachtgever Opmerkingen 16. Trefwoorden - IPG, tweelaags zoab, rafeling, levensduur, homogeniteit, LOT 17. Referaat De huidige kosteneffectiviteit van tweelaags ZOAB wordt grotendeels bepaald door de levensduur van de toplaag. De verbetering van de levensduur van tweelaags ZOAB is daarom een belangrijk speerpunt binnen het IPG. De technische levensduur van tweelaags ZOAB wordt bepaald door het optreden van rafeling in de bovenste laag van het wegdek. De inspanningen van IPG hebben belangrijke nieuwe inzichten opgeleverd. Het doel van dit rapport is om deze resultaten op hoofdlijnen en in samenhang te presenteren. De synthese heeft ook de functie om de achterliggende onderzoeksrapporten te ontsluiten voor de geïnteresseerde lezer. 18. Aantal blz Acceptatie projectleider Dr. F. van Reisen 19. Prijs Acceptatie programma manager IPG Ir. W. v.d. Pangaard 22.Acceptatie afdelingshoofd I&I Ir. G. Debeus 23 Acceptatie directeur Mobiliteit Drs.Ing. A. L. J. Sprangers De Dienst Verkeer en Scheepvaart van Rijkswaterstaat heeft de in deze publicatie opgenomen gegevens zorgvuldig verzameld naar de laatste stand van wetenschap en techniek. Desondanks kunnen er onjuistheden in deze publicatie voorkomen. Het Rijk sluit iedere aansprakelijkheid uit voor schade die uit het gebruik van de hierin opgenomen gegevens mocht voortvloeien. 3

4 4

5 Inhoudsopgave INHOUDSOPGAVE... 5 SAMENVATTING 7 1 INLEIDING IMPULS LEVENSDUUR TWEELAAGS ZOAB DOEL VAN SYNTHESERAPPORT LEESWIJZER BESCHRIJVING VAN HET PROJECT DE GEKOZEN STRATEGIE OVERZICHT VAN UITGEVOERDE ACTIVITEITEN KENNIS VAN RAFELING INLEIDING KENNIS OP WEGDEKNIVEAU KENNIS OP NIVEAU INVLOEDSFACTOREN Overzicht invloedsfactoren Veroudering van bindmiddel Invloed van vochtinwerking KENNIS OP HET MICRO-NIVEAU SAMENVATTING BEPROEFDE VERBETERINGEN INLEIDING MEGAPAVE DE SHUTTLE BUGGY + INFRAROODDETECTIE ZOAB IN PROCESS CONCLUSIES PROEFVAKKEN ONTWERPINSTRUMENTARIUM OPEN MENGSELS INLEIDING BESTAAND INSTRUMENTARIUM NIEUWE TECHNIEKEN VOOR ONDERZOEK VAN CRUCIALE INVLOEDSPARAMETERS Microscopische en scanning technieken Chemische analyses Kunstmatige veroudering Watergevoeligheid LABPROEVEN LEVENSDUUR OPTIMALISATIE TOOLS Labproeven voor meten sterkte en vervorming Waterschade en veroudering in LOT RAFELINGSPROEVEN

6 5.6 WERKING EN RESULTAAT VAN MATERIAAL-LOT Opzet van instrument Werking van instrument Resultaten van materiaal-lot WERKING EN RESULTAAT VAN HET LEVENSDUUR LOT Techniek van het instrument Selectie van parameters Werking van het instrument Mogelijkheden voor gebruik en doorontwikkeling TOEPASBAARHEID VAN RESULTATEN INLEIDING R&D IN DE DAGELIJKSE PRAKTIJK DE TOEPASSING VAN LOT-INSTRUMENTEN GEWENSTE DOORONTWIKKELING REFERENTIES RAPPORTEN OP BIJGEVOEGDE CD OVERIGE REFERENTIES

7 Samenvatting Doel van IPG De toename van weg- en spoorverkeer dwingt tot inspanningen om de geluidsoverlast te beperken. Om Nederland betaalbaar stiller te maken wil de Nederlandse overheid versterkt inzetten op bronmaatregelen, zoals stille wegdekken. Om implementatie van deze bronmaatregelen te versnellen is in 2002 het innovatieprogramma geluid (IPG) gestart. Een belangrijk onderdeel van IPG was het wegnemen van implementatiebelemmeringen. Voor tweelaags ZOAB, momenteel het stilste beschikbare wegdektype, is de relatief beperkte levensduur de belangrijkste belemmering. Deze beperkte levensduur beïnvloedt belangrijke beleidsthema s als kosteneffectiviteit en wegbeschikbaarheid (en doorstroming) nadelig. De slijtage van tweelaags ZOAB wordt veroorzaakt door rafeling, het proces waarbij stenen uit de bovenste asfaltlaag worden gereden. Binnen IPG is fors ingezet op verbetering van de rafelingslevensduur van tweelaags ZOAB. Als concreet doel is een levensduurverlenging van twee jaar gesteld. Om dit te realiseren heeft IPG in eerste instantie de diverse betrokkenen, wegbeheerders, kennisinstituten en aannemers, inclusief leveranciers van asfaltbouwstoffen, samengebracht om te inventariseren wat nodig was om de levensduur te verbeteren. Dit heeft geleid tot de volgende strategie: 1. Vergroten van de basiskennis; 2. Demonstreren van hogere kwaliteit met bestaande materialen en methoden. Hierbij wordt in eerste instantie gefocust op het elimineren van slechte wegdekken door het aanleggen van tweelaags ZOAB met een constantere homogenere kwaliteit; 3. Ontwikkelen van LOT-instrumenten voor stimuleren en beoordelen van nieuwe levensduuroptimalisaties. Bij de uitvoering van deze onderdelen is nadrukkelijk een beroep gedaan op de kennis en ervaring van aannemers en nationale en internationale kennisinstituten. De bewaking van de onderdelen en de aansluiting van de onderdellen is geregisseerd door de DVSprojectgroep, die dit syntheserapport heeft samengesteld. Vergroten van basiskennis Bij het vergroten van basiskennis is veel aandacht besteed aan het micro-niveau waarop rafeling zich voordoet: de slijtageprocessen tussen de steentjes en de mastiek. Hieruit zijn diverse nieuwe inzichten ontstaan, ook over de bruikbaarheid van de toegepaste technieken: Geavanceerde technieken uit andere vakgebieden, zoals CT-Scan en optische microscopie, zijn ingezet om de micro-structuren in het tweelaags ZOAB uit praktijkvakken van diverse leeftijd vast te leggen. In dit onderzoek zijn kenmerkende schadepatronen van adhesief en cohesief falen geanalyseerd. Nieuwe inzichten zijn het optreden van schade in diepere lagen van het ZOAB en het aandeel van uiteengevallen mastiek in de vervuiling van de holtes van het 7

8 open asfalt. Door de vorming van zogenaamde micro-zoab in de holtes ontstaat een versnelde degradatie van het asfalt. Onderzoek is gedaan naar de chemische en fysische toestand van oudere ZOAB-wegvakken. Uit dit onderzoek bleek dat de aanwezigheid van vulstof een positieve invloed heeft op diverse eigenschappen, die de levensduur van tweelaags ZOAB bepalen. De kennis over de complexe processen veroudering en vochtinwerking is vergroot. Verouderingsonderzoek heeft een nieuw verouderingsprotocol opgeleverd, dat het mogelijk maakt tweelaags ZOAB proefstukken in het lab op een nieuwe manier te verouderen, waardoor praktijkveroudering op meer realistische wijze kan worden gesimuleerd. Een realistische praktijkveroudering van drie jaar is nu mogelijk. Tevens zijn voorstellen gedaan voor een aangepast protocol, dat in staat is veroudering gedurende de gehele levensduur te simuleren. De invloed van vochtinwerking op rafeling is in het laboratorium onderzocht. Op basis hiervan is een nieuwe meetmethode vastgesteld die de invloed van watergevoeligheid kan kwantificeren. Er is een systematisch overzicht van beschikbare kennis op alle onderdelen van de keten (van productontwerp tot gebruiksfase). Een ketenbenadering met een goede kwaliteitsbeheersing kan leiden tot een substantiële verbetering van de levensduur van tweelaags ZOAB. Demonstreren van homogeniteit Voor het realiseren van tweelaags ZOAB met een homogenere kwaliteit is gebruik gemaakt van een prijsvraag. Hierbij werd marktpartijen gevraagd te komen met oplossingen, die leiden tot een homogenere kwaliteit. De marktpartijen hadden daarbij toegang tot een gedeelte van de hierboven beschreven basiskennis. Tien consortia hebben een innovatie ingeleverd. Door een onafhankelijke jury zijn drie inzenders geselecteerd, die hun innovatie mochten aanleggen op een proefvak op de A35 nabij Hengelo. Dit betreft de volgende innovaties; Megapave. Deze innovatie gebruikte staalslakken in de toplaag, in plaats van mineraal aggregaat. Dit materiaal houdt de warmte beter vast waardoor deaanleg minder gevoelig is voor lage temperaturen. Uit de proefnemingen bleek dat afkoeling inderdaad langzamer verliep en Megapave goed kan worden ingezet bij aanleg van tweelaags ZOAB bij lage temperatuur. Shuttle Buggy. Met dit apparaat wordt de aangeleverde asfaltspecie vlak voor aanleg opnieuw gemengd. Hierdoor worden koude plekken in het aangelegde asfalt, waarvan bekend is dat ze een korter levensduur hebben, vermeden. Doordat de Shuttle Buggy fungeert als buffer tussen de vrachtwagens en de spreidmachine, ontstaat een grotere continuïteit in het aanlegproces, waardoor stopplaatsen worden voorkomen. De proefneming op de A35 heeft aangetoond dat de geclaimde verbetering (vermindering van koude plekken) ook daadwerkelijk wordt gerealiseerd. De aannemer heeft de onderbouwde verwachting, dat zowel de toegenomen vlakheid als de temperatuurhomogeniteit bijdragen aan een levensduurverlenging van tenminste 12%. Het verbeteren van het complete ZOAB proces (van grondstofselectie tot aanleg). Hierbij is ingezet op een groot aantal verbeteringen variërend van betere 8

9 grondstofselectie, betere procesbeheersing, inzet van geavanceerde meettechnieken (infrarood camera en GPS) en inzet van geavanceerde aanlegapparatuur (Shuttle Buggy en tweelaagsasfaltmachine). Ook hier is een betere homogeniteit gerealiseerd. Ontwikkeling van LOT-instrumenten De ontwikkeling van modellen, die gebruikt kunnen worden om de levensduur te verbeteren is verdeeld in twee delen: 1: Materiaal-LOT (ontwikkeld door TUDelft): Met dit fysische model kan op basis van een aantal materiaaleigenschappen, die de adhesieve en cohesieve krachten karakteriseren, een voorspelling worden gedaan van de relatieve levensduur van alternatieve ZOABmengsels. De fysische karakterisering is gedaan met bestaande en nieuw toegepaste meettechnieken op proefstukken in het laboratorium. Met een Eindig Elementen Model wordt de belasting op een korrelstructuur gesimuleerd. Het model levert een prognose op van het cohesief en adhesief falen van de korrelstructuur. De prognose van een aantal mengsels komt behoorlijk overeen met de ranking van semi-praktijkproeven in de testbaan STUVA. 2: Levensduur-LOT (ontwikkeld door TNO): Met dit statistisch model kan een voorspelling worden gedaan van de levensduur op basis van de spreiding van de meest bepalende invloedsfactoren, die betrekking hebben op de mengseleigenschappen, de uitvoeringswijzen, de uitvoeringsomstandigheden en de gebruiksomstandigheden. Daarmee toont dit model het belang van een ketenbenadering: het optimaliseren van één aspect (bijv. materiaaleigenschappen) is weinig zinvol, als andere aspecten (bijv. uitvoeringsomstandigheden) worden verwaarloosd. Het Levensduur-LOT is een probabilistisch model dat gevoed wordt met een database, die gevuld is met in de praktijk gemeten waarden van een groot aantal invloedsfactoren. Zo kan bepaald worden welke van deze factoren de levensduurverwachting het meest beïnvloeden. Het vullen van de database met reële levensduurgegevens bleek momenteel nog niet goed mogelijk, omdat de meeste vakken het einde van de levensduur nog niet hadden bereikt. Als alternatief is gekozen om de database te combineren met gekwantificeerde expertmeningen van wegbeheerders, aannemers en kennisinstituten. Doelstelling gehaald? De genomen initiatieven hebben veel resultaat opgeleverd. Leidt dit nu ook tot een twee jaar langere levensduur? Eén jaar levensduurwinst is hard, de extra winst van de beproefde verbeteringen zal moeten blijken door het monitoren van de nieuw aangelegde vakken. De meetresultaten zijn positief. De LOT-instrumenten geven richting aan systematische vervolgverbeteringen en kwaliteitsbeheersing. Dat is een belangrijke stap voor verdere optimalisatie. Als een hogere kwaliteit wordt gevraagd, dan kunnen marktpartijen die leveren en een goede inschatting maken van 9

10 10

11 1 Inleiding 1.1 Impuls levensduur tweelaags ZOAB In het Innovatieprogramma Geluid (IPG) is in de periode 2002 t/m 2007 hard gewerkt aan maatregelen om Nederland op een betaalbare wijze stiller te krijgen. Er zijn nieuwe wegdektypen beproefd en bestaande wegdekken verbeterd. Tweelaags ZOAB is een bestaand produkt, met uitstekende akoestische eigenschappen. De beperkte levensduur van tweelaags ZOAB is echter een nadeel, met gevolgen voor de toepasbaarheid en de kosteneffectiviteit van tweelaags ZOAB. De verbetering van de levensduur van tweelaags ZOAB is daarom een belangrijk speerpunt binnen het IPG. De geluidstille open deklagen ZOAB en tweelaags ZOAB worden op het hoofdwegennet in Nederland op grote schaal toegepast. ZOAB ligt inmiddels (eind 2007) op 72% van het Nederlandse hoofdwegennet, waarvan het aandeel van tweelaags ZOAB 4% bedraagt. Tweelaags ZOAB wordt toegepast in situaties waarin de akoestische reductie van gewoon ZOAB niet voldoet en er daardoor extra maatregelen nodig zijn, zoals geluidsschermen. Tweelaags ZOAB is dan een kosteneffectieve maatregel, ondanks de kortere levensduur. De technische levensduur van ZOAB en tweelaags ZOAB wordt bepaald door het optreden van rafeling in de bovenste laag van het wegdek. Rafeling treedt op bij alle open wegdektypen. Bij de inspectie van wegen wordt de mate van rafeling bekeken. Bij een bepaalde ernst en omvang van rafeling is de deklaag toe aan vervanging. Rafeling is tegenwoordig de belangrijkste aanleiding voor het plegen van onderhoud. Van de totale onderhoudsinspanningen op open deklagen (ZOAB en tweelaags ZOAB) is 90% het gevolg van rafeling. 1.2 Doel van syntheserapport De inspanningen van IPG hebben belangrijke nieuwe inzichten opgeleverd. Een groot aantal onafhankelijke deelonderzoeken heeft veel nieuwe kennis en instrumenten opgeleverd, waarmee marktpartijen tweelaags ZOAB met een langere levensduur kunnen realiseren. Het doel van dit rapport is om deze resultaten op hoofdlijnen en in samenhang te presenteren. De synthese heeft ook de functie om de achterliggende onderzoeksrapporten te ontsluiten voor de geïnteresseerde lezer. De ontwikkelde inzichten zijn gericht op de volgende doelgroepen: Adviseurs van Rijkswaterstaat (kwaliteitsadviseurs, medewerkers beheer & onderhoud) Aannemers en toeleveranciers (R&D, medewerkers kwaliteitsbeheersing, projectleiding ) Onderzoeks- en ingenieursbureau s Andere wegbeheerders waar open deklagen worden toegepast 11

12 Het verbeteren van de kwaliteit van (stille) wegdekken is met de geleverde inspanningen niet ten einde. De inzichten bieden de basis voor vervolgprojecten, zowel op het vlak van toepassing van de resultaten als het verwerven van nieuwe inzichten. Deze samenvattende rapportage dient als springplank daarvoor. 1.3 Leeswijzer Deze rapportage start in hoofdstuk 2 met een introductie van de diverse deelprojecten die zijn uitgevoerd. De resultaten van deze projecten zijn als bijlage opgenomen op de bijgevoegde CD. Hoofdstuk 3 gaat in op de kennis die het project heeft opgeleverd. Wat weten we nu meer over rafeling en over de processen die rafeling beïnvloeden? Een aantal van deze inzichten zijn beproefd in een aantal proefvakken. De resultaten hiervan komen aan de orde in hoofdstuk 4. Hoofdstuk 5 behandelt de diverse methoden en instrumenten, die gebruikt kunnen worden voor het systematisch verbeteren van de asfaltkwaliteit. Hierbij gaat het om bestaande en nieuw ontwikkelde laboratoriumproeven, proeven om rafeling te simuleren en de twee ontwikkelde Levensduur Optimalisatie Tools (LOT), waarmee rafeling en levensduur voorspeld kunnen worden. In hoofdstuk 6 wordt ingegaan op de bruikbaarheid van de resultaten en de instrumenten in de praktijk van de wegenbouw. Ook de mogelijkheden tot doorontwikkeling komen aan bod. Hoofdstuk 7 tenslotte bevat de referenties, waarvan gebruik is gemaakt bij het schrijven van dit rapport. 12

13 2 Beschrijving van het project 2.1 De gekozen strategie De levensduur van tweelaags ZOAB wordt bepaald door een groot aantal factoren, die een rol spelen bij zowel de aanleg van het wegdek als gedurende de gebruiksfase van de weg. De kennis over deze invloedsfactoren en processen was tot nu toe beperkt, niet alleen wat betreft tweelaags ZOAB, maar ook voor enkellaags ZOAB, dat wordt toegepast sinds eind jaren 80 van de vorige eeuw. Om niet alleen de kennis te vergroten, maar ook de daadwerkelijke kwaliteitsverbeteringen te kunnen demonstreren, heeft het project zich gericht op twee pijlers: 1. Demonstreren van hogere kwaliteit op basis van bestaande kennis en methoden 2. Ontwikkelen van instrumenten voor stimuleren en beoordelen van nieuwe levensduuroptimalisaties Het project heeft zich van hieruit gericht op het verbeteren en nieuw ontwikkelen van: Technisch-inhoudelijke kennis(-leemten) over rafeling Omstandigheden en randvoorwaarden tijdens aanleg en gebruiksfase Statistische verbanden Beoordelingsmethoden Stimuleren van de markt (contractvormen) Kwaliteitsbeheersing Het doel van het project is om de levensduur van tweelaags ZOAB met twee jaar te verhogen, waardoor de toepasbaarheid en kosteneffectiviteit toeneemt. Ook het programma Technisch Instrumentarium van DVS was betrokken bij de uitvoering van een aantal projectonderdelen, gericht op de ontwikkeling van instrumenten, waarmee kwaliteitsverbeteringen vanuit de markt door Rijkswaterstaat kunnen worden beoordeeld. De ontwikkeling van een Levensduur Optimalisatie Tool (LOT) heeft een centrale plaats gekregen in het programma. Het LOT vertaalt de kennis naar een instrument waarmee rafelings- en levensduurprognoses kunnen worden gemaakt. Het voordeel daarvan is dat het onderzoeken en beproeven van verbeteringen op een systematischer manier kan plaatsvinden, terwijl dat tot nu toe vaak een hoog trial and error gehalte had. 13

14 2.2 Overzicht van uitgevoerde activiteiten Tabel 2.1 bevat een overzicht van de uitgevoerde deelprojecten. Een referentielijst van deze projecten is opgenomen in hoofdstuk 7. In hoofdstuk 3 wordt ingegaan op de samenhangende inzichten die zijn ontstaan dankzij de uitvoering van deze activiteiten. Invloed van vocht op rafeling Proefvakken homogeniteit Danish Road Institute Tabel 2.1 Projecten die op initiatief van IPG zijn uitgevoerd voor verbetering van levensduur van tweelaags ZOAB Project Uitvoering Periode Doel Kennis-update Intron 2006 Systematisch overzicht van beschikbare kennis en kennisleemten Leren van de weg TU Aachen 2006 Kennis van eigenschappen asfalt aan einde levensduur Microonderzoek rafeling Onderzoek veroudering TU Delft TU Delft Heijmans BAM Dura Vermeer Materialen-LOT TU Delft Levensduur- LOT Levensduur in contracten Kosteneffectiviteit Rafelingsnorm voor 2LZOAB TNO Inzicht in schadeverschijnselen in het asfalt Inzicht in veroudering van mastiek Protocol voor kunstmatige veroudering Inzicht in de invloed van vocht op adhesieve en cohesieve sterkte 2007 Demonstreren van een hogere kwaliteit (homogeniteit) door inzet van bestaande technieken Rekenmodel voor optimaliseren van 2007 materiaaleigenschappen Statistisch model met 2007 invloedsparameters voor rafeling Meurs 2007 Stimuleren van extra kwaliteit in contracten M+P Actualisatie van kosteneffectiviteit 2008 van (verbeterd) tweelaags ZOAB Asfaltblik & Royal 2007 Herzien van interventienorm voor Haskoning tweelaags ZOAB 14

15 3 Kennis van rafeling 3.1 Inleiding In Nederland is sinds de jaren negentig van de vorige eeuw duidelijk geworden dat de maximale technische en akoestische levensduur van ZOAB in grote mate wordt bepaald door rafeling. In tegenstelling tot dichte deklagen wordt einde levensduur bepaald door rafeling, het steenverlies uit het oppervlak. Uiteraard was bekend dat de hoge holle ruimte van ZOAB hier een belangrijke rol in speelt, want daardoor is het mengsel toegankelijk voor zuurstof, UV, vocht en vervuiling. Statistisch is de afgelopen decennia vastgesteld dat de levensduur van Nederlands ZOAB 0/16 op de zwaarst belaste strook gemiddeld ongeveer 11 jaar is en op de linker rijstrook 16 jaar. Onderzoek op basis van het 15 jaar lang monitoren van proefvakken van ZOAB mengsels, waarvan op basis van trial and error een langere levensduur werd verwacht, heeft uiteindelijk geleid tot het toepassen van het zogenaamde ZOAB+, dat een 2 tot 3 jaar langere levensduur heeft dan standaard ZOAB. Vanwege de lange tijdsduur van dergelijk onderzoek is het daarom gewenst om ook fundamenteler onderzoek uit te voeren, omdat hiermee het verbeterproces kan worden versneld. Daarnaast is rafeling een uitermate complex fenomeen. Er is een groot aantal invloedsfactoren: klimaat, verkeer, vervuiling, dode dieren, olie, enz. Hierdoor is het vaak erg moeilijk om in de praktijk vast te stellen waardoor de schade precies is ontstaan. Een andere belangrijke reden om fundamenteel onderzoek te doen, is dat rafelingsprocessen zich vooral afspelen op meso- en micro niveau, waardoor het moeilijk is om op basis van fenomenologie (waargenomen effekten in de praktijk) voorspellingen te doen. Voordat IPG startte met het rafelingsonderzoek, is uit enquêtes met asfalt experts en beheerders een goede indruk verkregen wat er al bekend was. Ook is een bezoek gebracht aan Japan, het enige andere land in de wereld met veel ZOAB deklagen op de autosnelwegen. Hieruit bleek dat in Japan uitgebreide eisen worden gesteld aan het aggregaat en dat een hoogviskeus (zwaar SBS gemodificeerd) bindmiddel wordt toegepast. In een uitgebreid mengselontwerp met diverse proeven wordt onderzocht of het mengsel voldoet aan de eisen, in tegenstelling tot het eenvoudige volumetrische mengselontwerp in Nederland (Voskuilen & Van de Ven, 2005). De Japanners hebben ook een sterke voorkeur voor semi-praktijkproeven. In Japan wordt ook voornamelijk enkelllaags ZOAB toegepast. Uit de enquêtes onder experts en beheerders is belangrijke informatie beschikbaar gekomen die is gebruikt om het onderzoek mede richting te geven. Enkele conclusies uit de enquête zijn: Rafeling ontstaat en groeit door een combinatie van factoren Er is een verschil tussen de mechanismen die verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van rafeling en de toename ervan Ontstaan van rafeling wordt voor een belangrijk deel bepaald door de uitvoeringsomstandigheden 15

16 Er bestaat een wisselend beeld of het vrijkomende materiaal geheel, gedeeltelijk of helemaal niet omhuld is met bitumen: rafeling komt voor in verschillende vormen: een mix van adhesief en cohesief falen. Seizoensinvloeden bepalen voor een groot deel de groei van rafeling Er is een duidelijke relatie tussen verkeersbelasting en rafeling. Duidelijk werd dat er aanzienlijke winst in levensduur kan worden behaald als het hele proces van aanleg zodanig wordt verbeterd dat een homogenere ZOAB laag wordt verkregen. Hierdoor wordt de spreiding in de eigenschappen geringer en op basis van een eenvoudige statistische beschouwing (zie ook hoofdstuk 4) kan worden aangetoond, dat hierdoor reeds aanzienlijke winst in minimale levensduur kan worden geboekt. Zoals alle mechanische bezwijkvormen, treedt rafeling op als de materiaalsterkte lager wordt dan de optredende belasting. De materiaalsterkte hangt af van de geschiktheid van de grondstoffen (potentiële sterkte) en de uitvoering (werkelijke sterkte). Dit komt tot uiting in de spreiding van de sterkte direct na aanleg. Terwijl het verkeer in de tijd toeneemt en tegelijkertijd ten gevolge van het cumulatief effect (vermoeiing) de weerstand van het materiaal tegen belasting afneemt, verandert de sterkte van het materiaal ook in de tijd, zelfs zonder mechanische belasting, ten gevolge van chemische en fysische processen. Schade treedt op als de belasting gelijk wordt aan de resterende materiaal sterkte. Met behulp van een probabilistische benadering kan op ieder tijdstip de faalkans worden berekend indien de kansverdelingen van sterkte en belasting in de tijd bekend zijn. Uitzonderingen op dergelijke probabilistische berekeningen zijn bijvoorbeeld velgschades, waarbij een eenmalige extreem zware belasting tot lokale schade leidt, zie figuur 3.1. Figuur 3.1 Schade ontwikkeling rondom velgschade 16

17 . Om ook de bestaande kennis van rafeling in IPG optimaal te kunnen gebruiken voor levensduurverlenging is gebruik gemaakt van een twee-sporen strategie: Het ene spoor is vooral gericht geweest op het elimineren van slecht presterende zoab mengsels in de markt (homogeniseren van de totale productie onder het motto ZOAB is een specialty). Het onderzoek is vooral gebaseerd op resultaten van enkellaags ZOAB mengsels. De informatie hiervoor kan worden teruggevonden in de state of the art study Zwart mozaiek en de studie van TU Aken Leren van de weg Het tweede spoor is vooral gericht op het begrijpen van de processen die rafeling veroorzaken en verbetering van de levensduur op basis van fundamentele verbeteringen. Volgens huidige inzichten wordt rafeling veroorzaakt doordat de bindingssterkte tussen de mastiek en de steenslag in de loop van de tijd afneemt (zie figuur 3.2), met als gevolg dat uit de bovenste laag steenslag wordt uitgereden onder de optredende wielbelastingen. Dit proces doet zich voor bij alle open deklagen; bij dichte deklagen (met geringe holle ruimte, lager dan 6%) treden andere schadeverschijnselen (met name scheur- en spoorvorming) op. Figuur 3.2 De hechting van mastiek en aggregaat met voorbeeld van mogelijk verschil in hechtbrug tussen twee stenen bron: Intron, 2006 De kennisontwikkeling van rafeling is gericht geweest op drie niveau s: A. Kennis op wegdekniveau B. Kennis op het niveau van invloedsfactoren C. Kennis op het microniveau (schademechanismen in het asfalt) De opgedane kennis op de drie niveaus zal kort in grote lijnen worden besproken. Voor volledige informatie wordt verwezen naar de vermelde bronnen. 17

18 3.2 Kennis op wegdekniveau Op wegdekniveau (vormen van rafeling, progressie, verschillen in rafeling tussen gewoon ZOAB en tweelaags ZOAB) is de kennisontwikkeling nog beperkt, met name voor tweelaags zoab. In 2005 is de gemiddelde levensduur van tweelaags ZOAB berekend op basis van een paar eerste vakken van tweelaags ZOAB, die op dat moment circa 6 jaar oud waren. De gemiddelde levensduur is toen bepaald op ruim 7 jaar. Eind 2007 is deze inschatting van de levensduur herhaald waarbij een groter aantal wegvakken is meegenomen. De nieuwe berekening levert een levensduur op van bijna 8 jaar (7,9 jaar) (Asfaltblik, 2008). De levensduur is tot nu toe bepaald op basis van de rafelingsnorm die ook wordt aangehouden voor gewoon ZOAB. Deze norm dateert van 1994 en is voor gewoon ZOAB in de praktijk goed toepasbaar gebleken. Een voordeel van tweelaags ZOAB is, dat de steenslag afmetingen van de toplaag aanzienlijk kleiner zijn dan van enkellaags ZOAB 0/16. Hierdoor heeft rafeling minder consequenties voor de veiligheid (onvlakheid, ruitbreuk) en de geluidsreductie. Bij de inspectie van oudere wegvakken tweelaags ZOAB blijkt dat die vakken er nog goed bijliggen als er een kritische rafelingsomvang volgens de bestaande norm is bereikt. Daarom is een advies opgesteld om voor tweelaags ZOAB vooralsnog een ruimere norm te hanteren (Asfaltblik, 2008). Tabel 3.1 Categorieën van ernst en omvang van rafelingsschade Ernst (per m2 uit rijspoor) Omvang (per 100 m. vak) Licht Matig Ernstig Gering Beperkt Groot ZOAB 6-10% 11-20% > 20% <15% 15-25% >25% 2LZOAB 6-10% 11-20% > 20% <15% 15-25% >25% Tabel 3.1 geeft aan welke categorieën worden aangehouden bij het bepalen van de ernst en de omvang van de rafeling. Voor enkellaags ZOAB 0/16 wordt het moment van onderhoud bereikt wanneer matige en ernstige rafeling in grote omvang voorkomt (>25%). Voor tweelaags ZOAB is geadviseerd om de grens te leggen bij het moment waarop ernstige rafeling (>20%) in grote omvang optreedt (>25%). Deze aangepaste norm zal worden toegepast en worden geëvalueerd. Naar verwachting zal de technische levensduur van tweelaags ZOAB hierdoor met enkele jaren toenemen. 3.3 Kennis op niveau invloedsfactoren Overzicht invloedsfactoren Op het niveau van de invloedsfactoren tijdens uitvoering en gebruik is uitgebreid onderzoek gedaan. 18

19 Figuur 3.3 Processchema voor tweelaags ZOAB % )$ #!"!" (!" #$ % # (!" ' &!" bron: Intron, 2006 Figuur 3.3 geeft een beeld van het grote aantal factoren dat een rol speelt bij de aanleg en het gebruik van tweelaags ZOAB. Het rafelingsonderzoek is gericht geweest op het verkrijgen van meer inzicht in de meest dominante invloedsfactoren. Uit de kennis-update rafeling (Intron) is gebleken dat het optreden van rafeling wordt beïnvloed door uiteenlopende factoren die ondergebracht zijn in vier clusters: Materialen, kenmerken van het mengsel (bindmiddel%, % holle ruimte) Processen tijdens aanleg en gebruik (productie, transport, spreiden, verdichten, onderhoud) Gebruiksomstandigheden in de vorm van optredende belasting en het klimaat (veroudering, vochtwerking, vermoeiing, verkeersbelasting) Methoden voor het verbeteren van de kwaliteit en voorkomen van Inhomogeniteit (temperatuurverloop, walspatroon, ontmenging) De kennisupdate heeft ertoe geleid dat een aantal initiatieven zijn genomen om de processen tijdens aanleg te verbeteren. Hierdoor kan een kwalitatief beter en meer constant product worden verwacht. In de volgende hoofdstukken wordt hier uitgebreid over gerapporteerd Veroudering van bindmiddel Zoals in het begin van dit hoofstuk is aangegeven wordt rafeling veroorzaakt door gebrek aan adhesie, cohesie en/of een combinatie van deze twee. Om deze redenen is onderzoek gedaan naar de invloed van veroudering van het bindmiddel en de inwerking van vocht op de eigenschappen van het mengsel. Hierbij is ook onderscheid gemaakt tussen twee zones in de ZOAB laag, vanwege de mogelijke sterkere invloed van UV straling en zuurstof aan het oppervlak. Zie ook figuur

20 Figuur 3.4 Schematische weergave van de impact van omgevingsfactoren op de duurzaamheid Bron: Hagos et al, 2006 In het laboratorium zijn nieuwe verouderingsmethoden toegepast om de praktijkveroudering beter te simuleren. Het bleek nodig om een speciaal verouderingsprotocol te ontwerpen voor veroudering in een zogenaamde weatherometer. Hiermee kan temperatuurveroudering en UV-veroudering zo realistisch mogelijk worden gesimuleerd. Er is een protocol ontwikkeld, waarbij een plaat ZOAB gedurende 1000 uren aan een realistische UV straling, temperatuur en humiditeitsbelasting wordt blootgesteld. Ook de verandering in chemische samenstelling ten gevolge van veroudering in het laboratorium is onderzocht en deze is vergeleken met de praktijk. Uit eerste bevindingen kan worden geconcludeerd dat we met het nieuwe protocol beter in staat zijn om de praktijkveroudering van enkellaags ZOAB na te bootsen. De standaard verouderingsproeven voorspellen minder dan een jaar veroudering in de praktijk. Het gebruikte protocol in de weatherometer resulteert in ongeveer drie jaar veroudering vergeleken met de praktijk. Verdere ontwikkeling van het verouderingsprotocol is nodig om de totale levensduurveroudering te simuleren. Daarnaast blijkt uit het onderzoek dat er verschil is tussen de praktijk veroudering van de zwaar belaste strook en de pechstrook. Een mogelijke reden hiervoor kan zijn dat de pechstrook niet wordt schoongemaakt. Opgemerkt dient ook hier te worden dat alle proeven en vergelijkingen zijn gebaseerd op onderzoek aan enkellaags ZOAB 0/ Invloed van vochtinwerking Ook is onderzoek gedaan naar de ontwikkeling en implementatie van een procedure waarmee de binding tussen de steen en de mastiek in de aanwezigheid van vocht kan worden geoptimaliseerd. Hierbij is een koppeling aangebracht tussen vochtdiffusie, mechanische schade in de mastiek-steen binding en de oppervlakte energie. Op deze manier is het mogelijk om uitspraken te doen over de levensduur van mastiek-steen combinaties. Zo kan een selectieprocedure worden ontwikkeld voor het optimaliseren van de weerstand tegen waterschade voor de afzonderlijke asfaltmengsel componenten. Voor de componenten is gebruik gemaakt van oppervlakte energie metingen en thermodynamische berekeningen. De voorkeursranking van de mastiek-steen combinaties die volgt uit deze procedure is vergeleken met de proefresultaten. 20

21 Uit het onderzoek blijkt dat de voorgestelde thermodynamische selectie procedure zeer goed in staat is om geschikte en minder geschikte combinaties te selecteren voor het tegengaan van waterschade in de mastiek-steen binding. Wel is gebleken dat in het geval van een hoog gemodificeerd bitumen met een qua vochtgevoeligheid slecht aggregaat (zoals graniet) de thermodynamische selectie procedure een slechtere ranking geeft ten opzichte van (trek)proeven op aan water blootgestelde proefstukken. In dit onderzoek is een voorkeursranking ten opzichte van adhesieve (steen-mastiek) rafelingsweerstand ontwikkeld. De uiteindelijke ranking ten aanzien van vochtgevoeligheid van de onderzochte mastiek-steen combinaties kan pas gemaakt worden bij combinatie van adhesieve en cohesieve vochtschade, zoals schematisch weergegeven in figuur 3.5. Figuur 3.5 Bepaling van de weerstand tegen rafeling als combinatie van cohesieve en adhesieve sterktes. Bron: Scarpas et al, Kennis op het micro-niveau Het bezwijken van een deklaag is een complex proces bepaald door adhesieve en cohesieve faalmechanismen die elkaar kunnen beïnvloeden en opvolgen. Bij belasten is dan ook de lokale geometrie erg belangrijk voor het bepalen van spanningen en rekken die uiteindelijk zullen leiden tot het uittreden van steentjes aan het oppervlak. Op microniveau kan de spanning in de buurt van onregelmatigheden in het oppervlak verhoogd zijn. Hierdoor kunnen deze zwakke plekken reeds bij relatief lage (externe) belastingen bezwijken. Bij cohesief falen treedt breuk op in de mastiek of in de steenslag. Bij adhesief falen wordt de hechting tussen mastiek en aggregaat verbroken. De kennisupdate rafeling heeft de hypothese bevestigd dat rafeling op korte termijn (binnen ca. twee jaar) met name door cohesief falen wordt veroorzaakt. Vooral de randen van het werk en plaatsen waar onregelmatigheden zijn opgetreden (stopplaatsen), zijn hiervoor kwetsbaar. 21

22 Oorzaken van het cohesief falen zijn onder andere: Te veel of te weinig verdichting Bij een verkeerde temperatuur verdichten Incidenten, zoals velgschade Op langere termijn worden adhesieve krachten dominant. De hechtende eigenschappen van het bitumen verminderen ten gevolge van de mechanische, chemische en thermische belastingen die optreden. De snelheid van adhesief falen wordt vooral beïnvloed door: Filmdikte (hoeveelheid bitumen, afdruipremmers) Aggregaateigenschappen (chemisch, textuur, gradering) Calciumhydroxide (vulstoffen) Hechtverbeteraars Mate van vervuiling De inwerking van vocht komt tot uiting in: Stripping (agv chemische processen) Oplossen/verdwijnen van bitumen Twee belangrijke onderzoeken, die hebben bijgedragen tot meer inzicht op het microniveau, zijn het DRI (Deens) onderzoek en het onderzoek van TU Aachen. Bij het Deense onderzoek lag de focus op morfologische waarnemingen van gerafelde wegvakken met de microscoop, in combinatie met CT scans. Kernen van 16 verschillende wegvakken van verschillende leeftijd en mate van rafeling zijn onderzocht. Alle wegvakken waren enkelllaags ZOAB 0/16. Op basis van micro-structurele parameters is de invloed op rafeling van cohesie, adhesie, vervuiling en homogeniteit geanalyseerd. Het Deense onderzoek laat duidelijk de degradatie van de mastiek zien in de loop van de tijd. Zie onder andere figuur 3.6. In de mastiek ontstaan scheurtjes (small- size voids). Figuur 3.6 Voorbeeld van een goed presterend oppervlak (links, goede adhesie) en een slecht presterend oppervlak (rechts, slechte adhesie) Bron: DRI,

23 De volgende conclusies konden worden getrokken: De belangrijkste oorzaak voor schade is gerelateerd aan de adhesie tussen de mastiek en het aggregaat. De initiatie van scheuren in de mastiek is gerelateerd aan klimaatinvloeden en niet aan het verkeer. In de topzone van slecht presterende verhardingen was het gehalte aan zg. adhesieve mastiek significant hoger en het gehalte aan zogenaamde cohesieve mastiek (contact bruggetjes) lager. Bij adhesief falen wordt ook veel vervuiling gesignaleerd. De mastiek valt uiteen in mengsels met slechte adhesie eigenschappen, met als gevolg vervuiling in de holtes. Het blijkt dat de vervuiling toeneemt met de leeftijd van het asfalt. In de rijsporen wordt minder vervuiling waargenomen. Het onderzoek is een goede aanzet voor vervolgonderzoek. Vanwege het fenomenologische karakter van de studie, zijn de resultaten slechts geldig voor de onderzochte verhardingen met hun specifieke belasting en klimatologische omstandigheden. Verdere modellering, vooral op basis van CT scans zou samen met proeven meer zekerheid kunnen geven, waarbij voor tweelaags zoab ook aanpassing is gewenst. TU Aachen heeft onderzoek gedaan aan kernen van enkellaags ZOAB vakken die aan het einde van hun levensduur waren. Het aggregaat en de mastiek werden uitgebreid onderzocht. Het onderzoek van de TU Aachen heeft aangetoond, dat de vervuiling in de holle ruimten bestaat uit externe deeltjes en uit de uiteengevallen mastiek. Samen vormen zij een soort micro-zoab in de poriën die bijdraagt aan de achteruitgang. De verwachting is dat deze deeltjes zorgen voor een turbulentie en daardoor bijdragen aan een versnelde degradatie van de mastiek (zandstraaleffect). Er kon echter geen duidelijke relatie worden gelegd tussen het inwendige verval (vorming micro-zoab) en het uitwendige verval (verdwijnen stenen uit het oppervlak). De veroudering van het bindmiddel kon niet duidelijk worden aangetoond door het toenemen van de zware fractie asfaltenen, zoals verwacht. Hierbij moet worden opgemerkt dat niet de gebruikelijke standaard SARA analyse methode werd toegepast. Het gehalte aan bitumen zoals toegestaan in Nederland werd ervaren als extreem laag, waardoor in het algemeen slechts dunne mastiek films worden geproduceerd met een grote gevoeligheid voor veroudering en dergelijke. Het gebruik van 70/100 pen bitumen in combinatie met kalksteenvulstof met een minimaal gehalte aan kalk wordt gezien als een gouden combinatie, vanwege het feit dat hierdoor een stijvere mastiek wordt verkregen (belangrijk voor rafeling in het begin), alsmede de veroudering zou worden tegengegaan. Bovendien kan de aanwezigheid van kalk de adhesie positief beinvloeden bij aanwezigheid van vocht. 23

24 Figuur 3.7 Vergelijking fasehoek van (teruggewonnen) bitumen van bitumenvulstof(10%) mengsels bij verschillende temperaturen Figuur 3.7 geeft een indruk van de invloed van toevoeging van Calciumhydroxide op de fasehoek. In beide gevallen is 10% Wigro 60k en calciumhydroxide toegevoegd aan het bitumen, waarna het bitumen werd teruggewonnen. De fasehoek van het met calciumhydroxide voorbehandelde bitumen is beduidend lager dan die van het onbehandelde bitumen. Het blijkt dat na de inwerking van calcium hydroxide ongeveer 1190 mg calcium per kg bitumen is gebonden. Door de toevoeging van zowel calciumcarbonaat als calciumhydroxide worden de zure bitumenbestandelen geneutraliseerd. Dit is belangrijk voor veroudering en watergevoeligheid. 3.5 Samenvatting Op basis van de bestaande kennis is duideljk geworden dat een betere homogeniteit van het eindproduct een belangrijke bijdrage levert aan de beperking van de spreiding in de levensduur. ZOAB moet worden behandeld als een speciaal product, dat grote eisen stelt aan de processen tijdens aanleg en gebruik. Daarnaast is de afgelopen jaren het onderzoek vooral gericht geweest op het helder krijgen wat de hoofdoorzaken van rafeling zijn. Indien dat bekend is, kan ook getracht worden gericht verbeteringen in te voeren. Een belangrijke stap is hiermee gezet in het beter begrijpen van het ontstaan van rafeling aan het oppervlak van zoab deklagen. Adhesief en cohesief falen spelen gezamenlijk een essentiële rol in het begrijpen van het rafelingsproces. Veroudering en inwerking van vocht spelen hierbij een zeer belangrijke 24

25 rol. Kennis over de invloed van deze factoren op adhesief en cohesief gedrag in de tijd zijn van essentieel belang voor beter begrip en voor de simulatie van effecten bijvoorbeeld in het LOT project. Zowel het onderzoek van DRI als TU Aachen geven een goed inzicht in de aantasting van de mastiek in de zoab deklaag, waarschijnlijk door een combinatie van vervuiling, vochtinwerking en verkeersbelasting. Een belangrijke bijdrage is ook de aanzet tot een selectieprocedure voor het optimaliseren vooraf van de weerstand tegen waterschade van de afzonderlijke componenten en de materiaalcombinaties. Deze nieuw opgedane kennis heeft richting gegeven aan de initiatieven op het vlak van proefvakken en het voorspellen van rafeling in het LOT project.. Wel moet worden geconcludeerd dat de meeste kennis is opgedaan aan enkellaags ZOAB 0/16. De resultaten kunnen niet automatisch worden overgedragen op ZOABmengsels met een veel kleinere maximale korrel zoals zoab 2/6 en 4/8 in tweelaags ZOAB. 25

26 26

27 4 Beproefde verbeteringen 4.1 Inleiding Om de kwaliteitsverbeteringen voor tweelaags ZOAB in de praktijk te brengen, heeft IPG een prijsvraag uitgeschreven, waarin geselecteerde marktpartijen een proefvak konden aanleggen. Het doel van de prijsvraag was om de markt te stimuleren om met ideeën te komen waarmee de spreiding in levensduur is te verkleinen en de levensduur is te verlengen. Het sleutelwoord bij deze verbeteringen is homogeniteit. Met meer homogeniteit wordt een constantere kwaliteit en een langere gemiddelde levensduur beoogd. Het is bekend dat heterogeniteit leidt tot grotere spreiding in levensduur en een kortere levensduur. Een veel voorkomend voorbeeld is het verwerken van koud asfalt. Oververdichting van te koud asfalt kan leiden tot verbrijzeling van stenen, waardoor mogelijk eerder stripping zal ontstaan en vroegtijdige rafeling. Ook verwerking van koude brokken, die zijn ontstaan door afkoeling van asfalt in de hoeken van asfaltwagens, kan leiden tot vroegtijdige schade in de vorm van gaten. Een ander voorbeeld is het verwerken van te warm asfalt, wat kan leiden tot afdruipen van het bindmiddel en segregatie. Door afdruipen ontstaat er in de bovenste steenlaag van het ZOAB een te dunne bitumenfilm. Hierdoor zal eerder veroudering optreden met vroegtijdige initiatie van scheurvorming en rafeling als gevolg. In figuur 4.1 is schematisch aangegeven wat de beoogde voordelen van een homogenere kwaliteit zijn op de levensduur en spreiding in levensduur van tweelaags ZOAB. De spreiding is bovendien scheef verdeeld. De verbeteringen in homogeniteit richten zich op de early failures, die zich bevinden in het linkerdeel van de spreidingsverdeling. Figuur 4.1 Te bereiken verbeteringen als gevolg van betere homogeniteit 0,3 reference 0,25 0,2 0,15 0,1 improved average improved deviation exclusion of early failures 0, ,05 F. Tolman,

28 Zowel het verkleinen van de spreiding in levensduur als het verlengen van de levensduur van tweelaags ZOAB zijn van groot belang voor het efficiënt plannen van onderhoud door Rijkswaterstaat. Uit de voor de prijsvraag ingediende tien ideeën zijn door de door de jury de drie beste ideeën gekozen, die door de indieners in proefvakken op de A35 zijn toegepast om de geclaimde verbeteringen aan te tonen. De gekozen ideeën richten zich op verschillende kwaliteitsaspecten: Megapave: een toplaagmengsel van Tweelaags ZOAB met staalslakken i.p.v. natuurlijk steenslag. Enerzijds wordt een langere levensduur verwacht vanwege een hoge haakweerstand en anderzijds wordt een betere homogeniteit verwacht vanwege de betere thermische eigenschappen; Shuttle buggy: Een Shuttle buggy zorgt voor extra menging van het asfaltmengsel vlak voor de verwerking en voor een gelijkmatiger aanlegproces. Hierdoor wordt een homogenere kwaliteit verkregen. ZOAB in process: verbeteringen van kritieke onderdelen in het totale asfaltproces vanaf bouwstofkeuze, mengselontwerp, productie, transport en verwerking in de weg. Hierbij is vooral getracht om door middel van procesoptimalisatie de verwerkbaarheid van asfaltspecie te verbeteren en de constructie robuuster te maken. Ter onderbouwing van de mogelijke verbeteringen van homogeniteit en levensduur zijn vele labproeven uitgevoerd aan bouwstoffen en asfaltmengsels en zijn er tijdens en na de aanleg veel extra metingen verricht op de proefvakken. De uitgevoerde proeven om een langere levensduur aan te tonen geven een indicatie in die richting, maar om het effect van de verbeteringen op de uiteindelijke levensduur echt te kunnen kwantificeren zullen de proefvakken moeten worden gemonitord tot einde levensduur. 4.2 Megapave Megapave is een toplaag van tweelaags ZOAB, waar EOS-edelsplit is toegepast als aggregaat. Dit materiaal is een staalslak met een hoge haakweerstand en heeft goede thermische eigenschappen. In figuur 4.2 is goed te zien dat EOS-Edelsplit een hoog specifiek oppervlak en een goede korrelvorm heeft, wat de hechting aan bitumen bevordert. In het proefvak is één werkvak Megapave aangelegd (op rijstrook 1 en 2) en één referentievak met een gangbare steenslag (Bestone) in de toplaag van tweelaags ZOAB (op de vluchtstrook en de uitvoegstrook). 28

29 Figuur 4.2 EOS-Edelsplit Het vervoer van asfalt is geoptimaliseerd door de inzet van vrachtwagens met een optimale thermische isolatie. Deze zijn geselecteerd met behulp van infrarooddetectie. Op figuur 4.3 is een voorbeeld te zien van een infraroodopname van een vrachtwagen met asfalt. Hierbij is goed te zien, dat er veel warmte vrijkomt bij de zijkanten van de bak. Het onderzoek heeft uitgewezen, dat er veel verschil zit in de isolatie van vrachtwagens voor asfalt. Door zorgvuldige selectie van vrachtwagens, kan worden voorkomen dat asfalt tijdens transport te veel afkoelt op minder goed geïsoleerde plaatsen. Zo blijft de temperatuur van het asfalt homogener. Dit komt de asfaltkwaliteit ten goede. Figuur 4.3 Infraroodopname van asfalttransportwagen 29

30 Resultaten van Megapave Toepassing van EOS-Edelsplit leidt tot een aantal positieve punten, maar er zijn ook enkele negatieve punten te noemen: Hoger energieverbruik het kost meer energie om de slakken op productietemperatuur te brengen en door de hoge dichtheid kost het transport meer energie. Een betere warmtehuishouding van ZOAB met EOS-Edelsplit duurt kan eerder leiden tot afdruipen van het bindmiddel en het duurt langer voordat de weg weer kan worden open gesteld voor verkeer. Bij gelijke laagdikte is ZOAB met EOS-Edelspit 32% zwaarder dan ZOAB met conventioneel steenslag. Dit kan bij kunstwerken een kritische factor zijn. EOS-Edelsplit absorbeert bitumen, waardoor om dezelfde effectiviteit te verkrijgen meer bitumen moet worden gedoseerd. Een langere mengtijd van ZOAB met EOS-Split vermindert de productiecapaciteit Daar staan voordelen tegenover. Uit de onderzoeksresultaten blijkt dat de functionele eigenschappen van EOS-Edelsplit gelijkwaardig zijn aan die van ZOAB met conventioneel steenslag. De grootste winst bestaat uit de toegenomen thermische homogeniteit. Dit heeft een positief effect op de verwerkingstijd van het asfaltmengsel. In figuur 4.4 is het verschil in afkoeltemperatuur weergegeven van de toplaag van tweelaags ZOAB met EOS-Edelsplit en B-stone, een conventioneel groevemateriaal. Figuur 4.4 Verschil in afkoeltemperatuur tusen EOS-Edelsplit en Bestone 5/8 Bron: Dura Vermeer,

31 Omdat dit de homogeniteit van de asfalttemperatuur ten goede komt, mag een kleinere spreiding in de levensduur worden verwacht. De thermische voordelen van Megapave kunnen vooral aan de randen van het seizoen voor kwaliteitswinst zorgen, als de buitentemperatuur aan de lage kant is. Met name in de maanden april en oktober kan het gebruik van Megapave interessant zijn. Maar ook bij nachtwerk in de zomermaanden kan het gebruik van Megapave voordeel bieden. Uit het project is ook gebleken dat de isolatiewaarde van de transportauto s sterk uiteen kan lopen. Bij de aanleg van dunne en/of open asfaltdeklagen dient hiermee rekening te worden gehouden. De verwachting is dat de kwaliteit van tweelaags ZOAB met EOS-Edelsplit als aggregaat homogener wordt en dus minder spreiding zal vertonen. Ondanks de genoemde nadelen heeft de toepassing van EOS-Edelsplit potentie, mits de toepassing daadwerkelijk leidt tot een geringere spreiding in de levensduur. Of door toepassing van EOS-Edelsplit als aggregaat in tweelaags ZOAB de levensduur kan worden verlengd, is niet in dit onderzoek vastgesteld. Eventuele levensduurverlenging kan worden onderzocht door de proefvakken van tweelaags ZOAB met EOS-Edelsplit en referentievakken te monitoren in de tijd. 4.3 De Shuttle buggy + infrarooddetectie De Shuttle Buggy is een machine die op het werk fungeert als schakel tussen de asfalttransportwagens en de asfaltspreidmachine. In figuur 4.5 is een foto van de Shuttle Buggy weergegeven. De Shuttle Buggy heeft meerdere voordelen: De Shuttle Buggy functioneert als tussenopslag tussen de vrachtwagen (met warm asfalt) en de spreidmachine. Door de bufferfunctie wordt het aanlegproces minder gevoelig voor verstoringen. Het ontbreken van stoppunten resulteert in een homogenere kwaliteit. De Shuttle Buggy mengt het asfalt opnieuw, voordat deze via een transportband - in de hopper van de asfaltspreidmachine wordt gevoerd. Door het ontbreken van koude brokken en hermengen van eventueel gesegregeerd asfalt ontstaat er een betere homogene kwaliteit. De bevoorrading van de spreidmachine vindt contactloos plaats. Dit in tegenstelling tot het conventioneel bevoorraden, waarbij de vrachtwagens tegen de spreidmachine aan stoten. Het is bekend dat dergelijk bump locaties later zijn te traceren als slechtere plekken. 31

32 Figuur 4.5 Shuttle Buggy Met infrarooddetectie van de aangelegde asfaltverharding kan gemonitord worden of de temperatuur van de aangelegde asfaltlaag homogeen is. Bij de aanleg van het proefvak is één wegvak met de traditionele methode (referentievak = spreidmachine+ aanvoer met vrachtwagen) en één wegvak met de shuttle buggy en een spreidmachine aangelegd. In figuur 4.6 is links een voorbeeld gegeven van de goede homogeniteit van de asfalttemperatuur van de toplaag tweelaags ZOAB, dat met de Shuttle Buggy is verwerkt. Rechts is de temperatuur te zien op een stopplaats in het referentievak. De homogeniteit van de asfalttemperatuur van de toplaag is hier een stuk minder. Figuur 4.6 Temperatuurhomogeniteit met een Shuttle Buggy (links) en bij een stopplaats Bron: Heijmans & Van Kleef,

33 Door de extra handeling met de Shuttle Buggy is de verblijftijd van het asfalt tussen vrachtwagen en spreidmachine wat langer. In figuur 4.7 is te zien dat dit resulteert in een structureel lagere asfalttemperatuur achter de spreidmachine. De toegenomen temperatuurhomogeniteit is duidelijk zichtbaar. Figuur 4.7 Verloop van de asfalttemperatuur in het referentievak (links) en met de Shuttle Buggy (rechts) Bron: Heijmans & Van Kleef, 2007 Om de dagelijkse praktijk te simuleren zijn op het referentievak korte en lange stopplaatsen ingebouwd en is de snelheid van de spreidmachine een enkele keer verhoogd. De snelheid van de spreidmachine en dus ook de stopplaatsen zijn met GPS geregistreerd. Op figuur 4.8 is te zien hoe een GPS ontvanger en een infrarood camera zijn gemonteerd op de spreidmachine. Om het effect van stopplaatsen te kwantificeren zijn uit het proefvak kernen geboord voor de Rotating Surface Abrasion Test (RSAT). Dit is gebeurd in het proefvak met Shuttle Buggy en in het referentievak met conventionele verwerking, op gewone plekken en op stopplaatsen. In de RSAT proef worden normaal RSAT asfaltplaten beproefd op bestandheid tegen wringkrachten door middel van wielspoorproeven met een onder een hoek staand wiel. Daar asfaltplaten moeilijk uit de weg zijn te halen is hier gekozen voor onderzoek aan boorkernen. Omdat met boorkenen nog geen ervaring was met de RSAT, kunnen de resultaten alleen onderling worden vergeleken en geven een indruk van een relatieve levensduurverwachting. Om te onderzoeken of het verwerken met de Shuttle Buggy effect heeft op andere functionele eigenschappen, zijn tevens langsvlakheids- en geluidsmetingen uitgevoerd. 33

34 Figuur 4.8. GPS ontvanger en IR camera op spreidmachine Resultaten van Shuttle Buggy Op basis van de uitgevoerde metingen kan worden geconcludeerd dat de inzet van een Shuttle Buggy bij de aanleg van de toplaag tweelaags ZOAB resulteert in een betere langsvlakheid en betere geluidsreducerende eigenschappen. Door hermenging in de Shuttle Buggy wordt de homogeniteit van de asfalttemperatuur achter de spreidmachine verbeterd (afname van de standaarddeviaties) en daalt de absolute asfalttemperatuur. Uit het RSAT onderzoek blijkt dat deze lagere asfalttemperatuur niet leidt tot een slechtere kwaliteit van het asfalt. In tabel 4.1 zijn de resultaten van de RSAT proeven weergegeven. Tabel 4.1 Resultaten RSAT proeven Bron: Heijmans & Van Kleef,

35 Uit de RSAT proeven blijkt dat de boorkernen genomen uit het referentievak met conventionele verwerkeing, waarbij een stopplaats is gesimuleerd, het slechtste resultaat geeft (23,36 g. steenverlies). De boorkernen uit het proefvak, waarbij de normale snelheid van de spreidmachine is aangehouden geeft een aanzienlijk beter resultaat in de RSAT proef (12,87 g.steenverlies). De boorkernen uit het proefvak met de Shulttle Buggy, waarbij een normale snelheid van de spreidmachine is aangehouden, maar waarbij het asfalt tussen de vrachtwagen en spreidmachine is hergemengd, geven de beste resultaten in de RSAT proef (5,95 g. steenverlies). De RSAT proefresultaten geven een indicatie dat asfalt, dat met constante snelheid is aangelegd en dat is hergemengd, een potentieel langere levensduur zal hebben. Uit de gerapporteerde resultaten (Heijmans & Van Kleef, 2007) blijkt dat het voorkomen van discontinuïteiten in de vorm van stopplaatsen of snelheidsverlaging van de spreidmachine leidt tot betere langsvlakheid, geluidsreductie en duurzaamheid. Dit kan worden bewerkstelligd door het inzetten van de Shuttle Buggy, omdat hiermee de continuïteit van het verwerkingsproces en de homogeniteit (temperatuur en samenstelling) kunnen worden gewaarborgd. Een voordeel van de Shuttle Bugy is dat, indien om logistieke redenen of door files de aanvoer van asfalt tijdelijk is gestagneerd, het verwerkingsproces continu kan doorgaan omdat de Shuttle Buggy een grote buffer heeft. Een bijkomend voordeel van de inzet van de Shuttle Buggy is dat door de constante verwerkingssnelheid de uitvoeringstijd wel tot 1,5 keer sneller is door het ontbreken van stoppunten en vertragingen als gevolg van gestagneerde aanvoer van asfalt. Hierdoor hoeft de inzet van de Shuttle Buggy in reguliere werken niet kostenverhogend te zijn. Ook voor dit proefvak geldt dat de uiteindelijke effecten op de levensduur zullen moeten blijken na het monitoren van de weg gedurende een aantal jaren. De onderzoekers claimen wel een levensduurwinst. Op basis van de toegenomen vlakheid en de toegenomen temperatuurhomogeniteit wordt geprognosticeerd dat de levensduurverlenging tenminste 12% bedraagt. 4.4 ZOAB in Process Bij ZOAB in Process is getracht om de homogenteit van Tweelaags ZOAB te verbeteren door het voorkomen van early failures in het gehele proces vanaf bouwstofkeuze en mengselontwerp tot en met de verdichting van asfalt in de weg. In het project zijn de volgende verbeteringen uitgetest: 1. Nauwkeurige inkoopeisen 2. Verwerkbaarheidstoets 3. Temperatuurbeheersing asfaltinstallatie 4. CPA apparatuur 5. Shuttle Buggy 6. Tweelaags Asfalt Systeem 7. Lage temperatuur asfalt 8. Infrarood camera 9. GPS registratie bewegend materieel 10. Statistisch analyse model 35

36 Resultaten van ZOAB in Process Ad. 1 Op basis van eisen aan een goede viscositeit in het temperatuurtraject tijdens productie en transport en goede sterkte eigenschappen (robuustheid) is een speciaal bindmiddel geselecteerd voor de toplaag van Tweelaags ZOAB. Daarnaast is op basis van ervaringen met het modificeren van het IPG Zebravakmengsel Euf-C gekozen als vulstof om de aanvangsstroefheid te verbeteren. Ad. 2 Op basis van afschuifproeven (zie figuur 4.9), waarbij proeven met asfalt bij temperaturen van 80 tot 200 C zijn uitgevoerd met drie bindmiddelen met verschillende bitumengehaltes is het meest optimale mengsel gekozen. In figuur 4.10 worden de resultaten van dit onderzoek weergegeven. Op basis van deze resultaten is voor het proefvak gekozen voor bindmiddel PMB exp8 van Latexfalt. Figuur 4.9 Afschuifproef voor specie Figuur 4.10 Resultaten afschuifproef Resultaten afschuifproef 36

37 Ad 3. Met het verlagen van de productiecapaciteit is getracht om de temperatuur in de droogtrommel van de asfaltinstallatie beter te beheersen en daarmee het reguleren van het vochtpercentage in het mineraal aggregaat te verbeteren. Uit de registratie van de temperaturen van de droogtrommel en de mengtemperatuur is gebleken dat het verlagen van de productietemperatuur niet tot het gewenste resultaat heeft geleid. Als oorzaak wordt genoemd dat de productie van asfalt voor een proefvak eigenlijk te klein is om de voordelen van de productieverlaging aan te kunnen tonen. De tijdsduur van productie is te kort, want door het opstarten en het instellen van de juiste branderbesturing duurt het enige tijd voordat het proces constant verloopt. De gedachtengang is echter goed en zou nog eens op een groter werk moeten worden toegepast om het effect ervan te kunnen kwantificeren. Ad 4. Met Computer Particle Analysis (CPA) is aangetoond dat snel een indruk kan worden verkregen van de gradering van de toe te passen mineraal aggregaat. Door CPA in te zetten tijdens de productie is het mogelijk om bij te sturen op de gewenste gradering van het asfaltmengsel, zodat de homogeniteit van de asfaltspecie sterk verbetert. Ad 5. Door de Shuttle Buggy in te zetten worden een aantal voordelen geclaimd. Deze zijn reeds aan de orde gekomen in de vorige paragraaf. Tijdens de uitvoering van het proefvak zijn niet alle voordelen behaald. Dat had te maken met onbekendheid met het (nieuwe) materieel en de combinatie met de Tweelaags Asfalt Spreidmachine (TAS). Hierdoor was het niet mogelijk om met de Shuttle Buggy tegelijk de top- en onderlaag mengsels in de TAS te laden. Omdat gevreesd werd voor vermenging van het onderlaag- en topaagmengsel bij het wisselen van het mengsel in de Shuttle Buggy, is besloten om het toplaagmengsel in de bovenste hopper van de TAS te laden met een kraan. Positief was dat de kraan als beheersmaatregel stand-by stond voor het geval er met de gloednieuwe Shuttle Buggy, waar dus nog geen ervaring mee was, iets mis mocht gaan. Ad 6. Toepassing van de TAS. Tijdens het aanleggen van het proefvak zijn er problemen geweest met het vinden van de juiste afstelling van de hoogte van de afwerkbalken van de TAS, waardoor de homogeniteit en de kwaliteit van de langsvlakheid verslechterde. Op dit punt moet de TAS nog worden verbeterd. De TAS is een complexe werkmethode die vraagt om de inzet van getraind personeel. Ad 7. Vanuit IPG werd ingeschat dat toepassen van LT asfalt niet tot verbeteringen van kwaliteit zouden leiden en daarom is dit niet in het proefvak toegepast. Bovendien is het onverstandig om teveel innovaties in een project toe te passen, daar deze elkaar kunnen beïnvloeden, zodat het moeilijk is om het behaalde effect te kwantificeren. Ad 8. Om de homogeniteit van het asfalt te kunnen kwantificeren zijn infraroodcamera s ingezet. Figuur 4.11 geeft een voorbeeld van de resultaten van infraroodmetingen. Op basis van de infraroodmetingen konden stopplaatsen worden gedetecteerd. Ook is te zien dat de asfalttemperatuur daalt als de laatste specie uit de hopper wordt verwerkt. 37

38 Figuur 4.11 Voorbeeld van resultaat van asfalttemperatuurmetingen d.m.v. infrarood :00:00 05:38: :05:07 05:43: :08:37 05:47: :12:31 05:51: :17:33 05:56: :20:24 05:59: :23:57 06:02: :27:45 06:06: :32:20 06:11: Ad 9. GPS registratie bewegend materieel Om de bewegingen van het materieel tijdens de aanleg van het proefvak vast te leggen, is gebruik gemaakt van GPS-technologie. Hiertoe zijn op de asfaltspreidmachine en op de walsen GPS-systemen gemonteerd om de snelheid van de spreidmachine en het aantal walsgangen te detecteren. In figuur 4.12 is een voorbeeld gegeven van hoe het aantal walsgangen op het proefvak is verdeeld. Er is goed te zien dat de locatie links in het midden (gele kleur) meer walsovergangen heeft gehad en dus beter is verdicht. Ook is te zien dat op veel plaatsen de randen (blauwe kleur) minder walsgangen hebben gehad. Aangetoond is dat met GPS een goed beeld is te krijgen van het waslpatroon en dat dit een instrument kan zijn om het walsproces beter te beheersen. De gevolgen van een grillig walsproces zijn tweeërlei: Locaties met teveel walsgangen kunnen verbrijzeling van het steenskelet veroorzaken, waardoor de holle ruimte afneemt en waardoor er eerder initiatie van stripping kan ontstaan. Beide gevolgen kunnen leiden tot het eerder ontstaan van rafeling Locaties met te weinig walsovergangen, vooral aan de randen, kunnen eerder leiden tot materiaalverlies Figuur 4.12 Voorbeeld de verdeling van het aantal walsgangen op een proefvak Roller passes for Wed Lane 1, Roller 1 S4 S3 S Distance in metres S

39 Samenvatting van resultaten Ondanks enkele onvolkomenheden in de uitvoering van het proefvak tonen de meetresultaten aan dat de homogeniteit van het proefvak bovengemiddeld is. De meetresultaten leveren belangrijke nieuwe inzichten op over de homogeniteit van de verwerking op het vlak van temperatuurverdeling en de verdichting (het aantal walsbewegingen). Uit dit project zijn een aantal leerpunten gekomen voor de verdere optimalisatie van de procesbeheersing en de inzet van de tweelaags asfaltspreidmachine. 4.5 Conclusies proefvakken De proefvakken hebben veel inzicht gegeven in de mogelijkheden om de homogeniteit van asfalt te vergroten. We staan kort stil bij de volgende aspecten: procesbeheersing resultaten van metingen kosteneffectiviteit Procesbeheersing Uit het onderzoek is gebleken dat de verwerkbaarheid en robuustheid van het toplaag Tweelaag ZOAB mengsel enigszins is te verbeteren door de juiste keuze van bouwstoffen, maar dat de echte kwaliteitsverbetering kan worden behaald door het beter beheersen van het productie- en verwerkingsproces. Het presteren van een met kwaliteitsbouwstoffen goed ontworpen asfaltmengsel hangt in grote mate af van de productie- en verwerkingsproces. Hier valt nog grote winst te behalen. De reguliere aanleg van asfalt is sterk ambachtelijk en gebeurt meestal onder grote druk: tijdens dit proces is er weinig ruimte om zaken bij te sturen. Bij de proefvakken was er extra aandacht voor de procesbeheersing. Tijdens productie en verwerking kunnen veel verstoringen optreden. Met vaak beperkte middelen (checks, controles, metingen) kunnen deze potentiële verstoringen meer pro-actief worden beheerst. Er is op dit punt nog veel te verbeteren. Ook is er nog weinig stimulans voor aannemers om hierin te investeren. Indien zij met de reguliere middelen een werk uitvoeren, kunnen zij gemakkelijk aan de contracteisen voldoen. Als de inzet van extra middelen, waarmee een betere kwaliteit kan worden gerealiseerd, door de opdrachtgever wordt gewaardeerd, zullen meer aannemers hierin investeren. Dit zou bijvoorbeeld in een Economisch Meest Voordelige Inschrijving (EMVI) beoordeling tot uitdrukking kunnen komen. Resultaten van metingen Temperatuur is een belangrijke invloedsfactor voor de duurzaamheid. In alle drie proefvakken is gestreefd naar een betere temperatuurhomogeniteit. Met temperatuurmetingen is dit vastgelegd. De infraroodmetingen geven een goed beeld van de stopplaatsen en koude en warme plekken in het asfalt. Op basis daarvan kan worden vastgesteld dat: De proefvakken leiden tot een betere temperatuurhomogeniteit ten opzichte van de referentievakken 39

40 Bij het begin van het werk een grotere fluctuatie optreedt Het mengsel Megapave leidt tot een veel tragere afkoeling, waardoor over een langere periode verdicht kan worden. Bij één van de proefvakken zijn de walsbewegingen van de walsmachines in kaart gebracht. Hieruit blijkt dat de mate van verdichting verschilt. Er wordt niet volgens een systematisch walspatroon verdicht. Kosteneffectiviteit Door de aannemers wordt geclaimd dat met de toegepaste verbeteringen de kosteneffectiviteit wordt verbeterd. Dit kan echter pas worden vastgesteld als de geclaimde langere levensduur werkelijk wordt gehaald, want de uitvoeringskosten van de proefvakken waren hoger dan gewoonlijk. In de rapporten wordt geclaimd, dat de initiële kosten in reguliere werken niet of niet veel hoger zijn. Megapave - er wordt gesteld dat Megapave 5/8 met EOS-Edelsplit qua kostprijs kan concurreren met de toplaag van gangbaar Tweelaags ZOAB Shuttle Buggy De inzet van de Shuttle Buggy betekent extra materieel, transport, afschrijving en bemensing wat kostprijsverhogend werkt. Daar tegenover staat een hogere productiesnelheid, waardoor vooral wordt bespaard op loonkosten. Daar de minderkosten ruwweg wegvallen tegen de meerkosten, is de inzet van de Shuttle Buggy nagenoeg kostenneutraal. ZOAB in process Indien de verwerkbaarheidstoets wordt ingezet, het speciale bitumen en de speciale vulstof worden toegepast in het toplaagmengsel Tweelaags ZOAB en als er bij de verwerking de Shuttle Buggy en TAS worden ingezet en wordt gemonitord met Infrarood en GPS zijn de kosten 5 per ton meer. Als wordt aangenomen dat door deze maatregelen een levensduur wordt bereikt van 9 jaar in plaats van 7 jaar, wordt de kosteneffectiviteit door de genomen maatregelen met ongeveer 25% verbeterd. De werkelijke effectiviteit van de maatregelen kan uiteraard pas worden vastgesteld op basis van structurele monitoring en een goede analyse van de verkregen monitoringgegevens. Indien bij gelijkblijvende initiële kosten of iets toenemende kosten geen levensduurverbetering wordt bereikt, maar wel mindere spreiding in levensduur (betrouwbaarder), dan zijn grotere onderhoudsintervallen mogelijk. Dit leidt uiteindelijk tot kostenbesparing en toename van wegbeschikbaarheid. 40

41 5 Ontwerpinstrumentarium open mengsels 5.1 Inleiding Om tot efficiënte, duurzame wegconstructies te komen is instrumentarium nodig, dat het mogelijk maakt het effect van materiaalkeuze en uitvoeringskwaliteit op de levensduur te beoordelen. Marktpartijen hebben dit nodig om hun aanbiedingen te optimaliseren, wegbeheerders om de aangeboden alternatieven op objectieve wijze te beoordelen. Ook op dit vlak zijn verschillende stappen gezet om te komen tot een instrumentarium dat dergelijke optimalisatie voor ZOAB en tweelaags ZOAB mogelijk maakt. De hypothese bij deze onderzoeken was dat de kwaliteit van ZOAB in de weg een complexe combinatie is van de kwaliteit van en synergie tussen de grondstoffen en de wijze waarop het mengsel wordt geproduceerd en verwerkt. Hierbij spelen vele factoren een rol, die niet tegelijkertijd onderzocht kunnen worden. Toch is het juist vanwege de vele invloeden die meespelen van belang om wel de belangrijkste processen mee te nemen om een reëel beeld te krijgen van het rafelingsproces. In het verleden is vooruitgang op het terrein van rafeling vaak gehinderd doordat er zoveel zaken een rol spelen. Hierdoor is een onderzoek vaak niet breed genoeg en blijken de onderzochte invloeden onvoldoende te verklaren wat er in de praktijk wordt waargenomen. Anderzijds kan een onderzoek dat alle invloeden mee neemt, nooit alles in detail beoordelen en daardoor verzanden ook deze overkoepelende benaderingen. Daarom is bij het ontwikkelen van proeven en instrumenten zowel de diepte als de breedte gezocht. De aandacht is enerzijds gericht op een aantal invloeden waarvan de verwachting was dat deze cruciaal zijn voor het verloop van rafeling. Deze komen in paragraaf 5.3 aan de orde. Daarnaast is rafeling als totaalprobleem benaderd en is de ontwikkeling van een integraal Levensduur Optimalisatie Tool in gang gezet om tools te creëren waarin alle belangrijke invloeden kunnen worden samengebracht. Het LOT bestaat uit twee componenten: Materialen LOT, dat de potentiële sterkte van een ZOAB mengsel kan voorspellen op grond van eigenschappen van de gebruikte grondstoffen; Levensduur LOT, een instrument dat het effect van productie, uitvoering en belasting op de werkelijke prestatie van het materiaal kan bepalen, zodat duidelijk wordt welke zaken de meeste invloed hebben op verschillen in potentiële en werkelijke sterkte. Samen vormen ze een methode om te optimaliseren in materiaalkeuze en processturing. Voordat we ingaan op de nieuwe proeven en instrumenten, wordt in paragraaf 5.2 eerst ingegaan op het bestaande instrumentarium, dat gericht is op de bestaande eisen en weinig inzicht geeft in de levensduurkwaliteit. Zoals gezegd worden in paragraaf 5.3 een aantal onderzoeken besproken, die zijn gericht op het begrip van het rafelingsproces. In paragraaf 5.4 staan de laboratoriumonderzoeken centraal die zijn gebruikt bij de ontwikkeling van het LOT. In paragraaf 5.5 wordt ingegaan op rafelingsproeven waarmee 41

42 ervaring is opgedaan op zowel labschaal als op semi-praktijkniveau. In paragraaf 5.6 wordt het Materiaal-LOT gepresenteerd en in paragraaf 5.7 het Levensduur-LOT. 5.2 Bestaand instrumentarium In de huidige praktijk kan onderscheid worden gemaakt tussen proeven die gedaan worden door asfalttechnologen in het lab bij de selectie van asfaltmengsels; en de contractueel verplichte proeven die worden gedaan na oplevering van een werk. De laatste dekken voornamelijk de kwaliteit van de uitvoering af, de eersten geven de potentiële kwaliteit van het materiaal aan. Om tot een optimaal mengsel te komen, moet allereerst het mengselontwerp zo gestuurd kunnen worden dat de gewenste eigenschappen worden gerealiseerd, Daarnaast moet de uitvoering zorgvuldig zijn, zodat het mengsel ook werkelijk de kwaliteit heeft die het kan hebben. De proeven die gebruikelijk zijn bij mengselontwerp en oplevering staan in de onderstaande tabel. Tabel 5.1 Bestaande onderzoeksmethoden Onderzoek Methode Selectie mengsels Ring & Kogel EN 1427 penetratie EN 1426 splijtsterkte (retained) EN ( EN ) bitgehalte RAW 65.1, Soxlet extractie Ca(OH)2 gehalte teruggewonnen RAW 61.3, NEN fractie <0,063 conform Holle ruimte Rigden RAW 59 Contracten dichtheid proefstuk RAW 67 dichtheid mengsel RAW 68 verdichtingsgraad RAW 6.1 korrelverdeling Holle ruimte Proef 69 RAW Waterdoorlatendheid Beckermeting De bestaande ontwerpproeven richten zich alleen op de grondstoffen en de volumetrische samenstelling en zijn niet in staat de in de weg geconstateerde verschillen te verklaren of voorspellen. De omschrijving van ZOAB in de RAW standaard is dan ook puur gericht op volumetrie en samenstelling en biedt geen proeven om de duurzaamheid in de weg te borgen. Dit betekent dat het bestaande instrumentarium niet voldoet om te optimaliseren in het mengselontwerp. Per 1 maart 2008 is in Europees verband de CE-markering voor asfaltspecie in werking getreden. Nederland heeft voor ZOAB voor de empirische benadering gekozen (zie 42

43 hoofdstuk 31.2 van de aanvulling RAW 2005 (CROW, 2007)), waardoor het bestaande mengselontwerp min of meer kan blijven bestaan. Wel moet in ieder geval met de indirecte trekproef de watergevoeligheid worden bepaald (retained ITS). 5.3 Nieuwe technieken voor onderzoek van cruciale invloedsparameters Binnen dit spoor zijn diepgaande onderzoeken uitgevoerd naar bepaalde invloeden waarvan er redelijk eensgezindheid bestond over het belang ervan voor het rafelingsproces en naar nieuwe proeven of meetmethoden die een bijdrage kunnen leveren aan het begrip over rafeling Microscopische en scanning technieken Microscopische en scanning technieken zijn ingezet om aanwijzingen over het verloop van het rafelingsproces in kernen uit wegvakken op te sporen om de op die manier geconstateerde schade te koppelen aan leeftijd, belasting en gebruikte materialen (DRI, 2007; Gharabaghy & Csink, 2006). Gezien de aanwijzingen dat de voor rafeling belangrijke processen zich op micro- of mesoniveau afspelen, ligt het voor de hand om op dit niveau naar het materiaal te kijken. Er is gebruik gemaakt van zogenaamde thin en plane sections (slijpplaatjes) en X-ray tomography oftewel CT-scans. Slijpplaatjes zijn speciaal voor microscopische analyse geprepareerde stukjes ZOAB. Bij het maken van de plaatjes wordt de structuur van asfalt geconserveerd door kernen te impregneren met epoxy. Hierdoor worden de holle ruimte, eventuele scheurtjes in stenen en mastiek en de opbouw van de mastiek zelf als het ware bevroren. Uit de zo geconserveerde kernen worden dan de thin en plane sections gehaald. CT-scans worden op de gehele asfaltkern uitgevoerd. Hierbij wordt door middel van röntgenstralen naar de drie dimensionale structuur van het asfalt gekeken. De overeenkomst tussen beide technieken is dat dieper in het materiaal gekeken kan worden en veel gedetailleerde informatie verkregen wordt dan de in de wegenbouw gebruikelijke bulkparameters zoals de holle ruimte als een getal voor een hele kern. Er zijn wel onderlinge verschillen. Zo geven thin sections een heel locaal, zeer gedetailleerd puur 2D beeld, plane sections zijn ook 2D maar minder gedetailleerd en bieden daardoor een meer algemeen geldend maar minder nauwkeurig inzicht. CT-scans zijn 3D en bieden daardoor nog weer meer samenhang in het beeld, maar geven minder details. Thin sections Thin sections worden gemaakt door een ongeveer 30 bij 45 mm grote en 10 tot 20 mm dikke plak uit de asfalt kern te zagen. Deze plak wordt op een glasplaat gelijmd en onder vacuüm geïmpregneerd met kleurloze epoxy hars. Het geïmpregneerde, en daarmee geconserveerde, asfalt wordt nu verder gezaagd en gepolijst tot er uiteindelijk een monster van 20 tot 30µm over blijft dat onder de microscoop geanalyseerd kan worden. Thin planes worden vooral gebruikt voor de analyse van de micro structuur van het asfalt door middel van polarisatie of fluoricentie microscopie. Hierbij wordt door verschillende lichtsoorten te gebruiken de epoxy of de mineralen in de vulstof, zand en stenen zichtbaar (zie figuur 5.1). Hiermee worden scheurtjes in mastiek of stenen gevonden, 43

44 indringing van mastiek in stenen en homogene of juist inhomogene mineralogische samenstellingen worden zichtbaar. Feitelijk leveren deze monsters dus een zeer gedetailleerde visuele inspectie van het materiaal op. Figuur 5.1 Voorbeelden van polarisatie microscopie op een slijpplaatje, links doorvallend licht, midden gekruisde polarisatoren en rechts mbv hulp filter rood Bron: Gharabaghy & Csink, 2006 Plane sections Plane sections worden uit met epoxy hars geïmpregneerde asfalt monsters gezaagd en zijn ongeveer 100 mm breed en net zo hoog als het monster waar ze uit worden gehaald. De dikte van de plane sections is zo n 10 mm (dus 500 keer zo dik als de thin sections). Figuur 5.2 Schematisch overzicht van vervaardiging van slijpplaatjes uit een asfaltkern 100 mm Drill Core Thin section 10 mm 60 mm 10 mm 10 mm 10 mm Saw cut Saw cut Plane section Thin section 10 mm 10 mm 60 mm 100 mm Thin section Saw cut Plane section Saw cut Thin section Bron: DRI, mm De bruikbaarheid van de plane sections is in de praktijk tegengevallen. Vooraf was de verwachting dat op dit schaalniveau veel micro-parameters goed te onderscheiden 44