Hergebruik van asfalt

Transcriptie

1 Hergebruik van asfalt Ervaringen Jan Voskuilen Senior adviseur verhardingen afd. GPO

2 Inhoud Inleiding, begrippen en historie Hoeveel hergebruik mag? Uitgevoerde onderzoeken Mechanische karakterisering van hergebruikt asfalt Mengselontwerp Dimensionering asfaltconstructies met hergebruikt asfalt 2 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

3 Apparatuur voor hergebruik Uitvoering van het werk Beheersing kwaliteit Kosten evaluatie Recente onderzoeken en nieuwe technieken 3 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

4 Enige begrippen definities en afkortingen PR = Partiele Recycling In Europa Reclaimed Asphalt (RA) genoemd volgens de Europese standard EN In USA wordt dit Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) genoemd PR is oud asfalt, dat wordt verkregen door frezen of het breken van schollen oud asfalt. 4 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

5 Nederlandse asfaltmengsels Deklagen: ZOAB= Zeer Open AsfaltBeton DAB = Dicht AsfaltBeton (AC surf) SMA = SteenMastiekAsfalt DGD = Dunne Geluidsreducerende Deklaag Tussenlagen: AC bin = vroegere STAB, GAB of OAB Onderlagen: AC base = vroegere STAB of GAB 5 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

6 Overzicht percentages hergebruik Mengsels Tot 2007 toegestane % PR Deklagen: ZOAB SMA DAB AC surf Na 2007 toegestane % PR Na validatie: tot Tussenlagen: STAB AC bin Onderlagen: STAB AC base vrij 60 Vrij 60 6 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

7 Karakterisering asfaltmengsels (eisen) Mengsels Tot 2007 empirisch Na 2007 empirisch en functioneel Deklagen: ZOAB SMA DAB AC surf Tussenlagen: STAB AC bin Onderlagen: STAB AC base Empirisch Empirisch Empirisch Empirisch Empirisch Empirisch Empirisch Functioneel Functioneel Functioneel 7 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

8 Karakterisering asfaltmengsels (proeven) Empirisch Functioneel 4-puntsbuigproef Triaxiaalproef Indirect Tensile Strenght Ratio Marshall hamer en -proef Triaxiaal proef 8 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

9 7. Equipment for recycling (2) Chargemenger met koude toevoeging van PR 9 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

10 Chargemenger met paralleltrommel 10 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

11 Paralleltrommel 11 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

12 7. Equipment for recycling (5) Trommelmenger: verhitting van PR samen met mineraal aggregaat; toevoeging samen met mineraal aggregaat (1) of in het midden van de paralleltrommel (2). 12 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

13 Historie Periode soms hergebruik van asfalt door toevoeging van olie Hergebruik van asfalt sinds de energie crisis 1973/1974 om te besparen op bitumen en primaire grondstoffen: Renofalt-installatie 1976 gebruikte stoom om PR te verwarmen Bitumarin-installatie 1984 ingezet om PR van waterbouwasfalt her te gebruiken (dijken) ADUCO eind jaren 70 - start hergebruik met charge mengers (PR tot maximaal 30%) Introductie trommelmengers % PR Introductie paralleltrommel % PR 13 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

14 Historie Micro Asphalt Recycling System (MARS) % PR Thermische reiniging Teerhoudend AsfaltGranulaat (TAG) Half Warm asfalt vanaf hergebruik van 60% PR met schuimbitumen techniek (LEAB en Greenway LE Na 2007 diverse AC bin/base mengsels met 60% PR met paralleltrommel/chargemenger LE2AP 2016 ca. 80% ZOAB PR hergebruik in ZOAB d.m.v. scheiding steen en mastiek en schuimbitumen techniek 14 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

15 Beleid (1) Regeringsbeleid is om zoveel mogelijk het gebruik van grondstoffen te reduceren en hergebruik van afvalstoffen te promoten in de GWW sector (circulaire economie) Hoe is dit te realiseren voor PR? Creeren van attractieve condities Uitvoeren van veel onderzoek Stortverbod op herbruikbare afvalstoffen Voorschrijven van hergebruik PR in contracten Hergebruik van PR promoten PR gratis ter beschikking stellen 15 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

16 Beleid (2) PR is verdeeld in: PR met 75 ppm PAK (voor heet hergebruik) PR met > 75 ppm PAK (moet uit de keten worden gehaald d.m.v. thermische reiniging) In onze contracten stond een minimum van: 40% voor hete recycling voor tussen- en onderlagen 20-25% voor deklagen (AC surf) Voorwaarde voor hergebruik: Kwaliteit van asfalt met PR minimaal gelijk aan asfalt zonder PR 16 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

17 Hoeveelheden PR per techniek Hoeveelheid PR bij hete asfaltmengsels: Koude toevoeging ca. 25% in charge menger Hete toevoeging tot ca. 50% in charge menger met een paralleltrommel of trommelmengser Hete toevoeging tot 90% MARS-installatie Hete toevoeging van 90 tot 100% met Remix techniek (in situ methode) Halfwarme toevoeging van 50 tot 60% in een charge menger met schuimbitumen 17 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

18 Hoe wordt PR gewonnen? 90% door frezen 10% door breken schollen oud asfalt 18 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

19 Totale hoeveelheid PR hergebruikt in asfalt in 1000 ton mengsel GAB STAB OAB DAB totale PR (%) Totale asfalt productie (15) (21) (23) (22) (23) (25) RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

20 Type asfaltmolen Soort asfaltmolen (1) Chargemenger met (2) paralleltrommel Chargemenger mt koude (3) toevoeging Trommelmenger geschikt voor PR (4) Asfaltmolens niet geschikt voor PR Totale hoeveelheid asfaltmolens Number of mixers RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

21 Specificaties/Eisen: Nationale RAW Standard Bepalingen 2015 voor specificaties en proeven: - type test procedure - factory production control PR mag in alle asfaltmengsels worden toegepast behalve in: SMA ZOAB Gietasfalt Het percentage voor AC surf is max. 30% PR, voor AC bin/base is het vrij. Onder speciale omstandigheden is hergebruik tot 90% PR mogelijk (Remix en MARS-installatie) 21 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

22 T.b.v. produceren van asfaltmengsels met PR voor RWS werken moest tot ca worden aangetoond dat de asfaltmolen geschikt was voor het produceren van asfalt met een zeker percentage PR: voor conventionele asfaltmolens was de beoordeling gebaseerd op de productie van 500 ton asfalt met PR Voor cconventionele asfaltmolens met een paralleltrommel werd ook speciaal gekeken naar de veroudering van bitumen (de penetratie mocht max. 10% lager zijn aan het eind van de trommel) voor elke niet-conventionele asfaltmolen (trommelmenger) of innovatieve asfaltmolen werd een productie van 2 x 500 ton asfalt beoordeeld. De beoordeling was gebaseerd op stijfheid, vermoeiing en spoorvormingsweerstand vergeleken met asfalt zonder PR. 22 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

23 Eisenset voor beoordeling Voor conventionele asfaltmolens homogeniteit van het asfaltmengsel kwaliteit op basis van Marshall eigenschappen soms onderzoek naar veroudering van bitumen Voor trommelmengers en niet-conventionele asfaltmolens: homogeniteit van het asfaltmengsel de dynamische stijfheid (n=24; 4-puntsbuigproef de vermoeiingsweerstand van het asfaltmengsel (n=24; 4- puntsbuigproef) Statische kruipproef (n=3) spoorvormingsweerstand (n=3); DWW wielspoorproef 23 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

24 Mechanische karakteristieken asfalt met PR proef paramete temp. statistic GAB OAB DAB r parameter wielspoor log ε 40 0 C µ s 0 0,756 0,756 0,906 σ 0 0,125 0,125 0,125 dyn. stijfheid log S d 0 0 C µ 0 1,236 1,236 1,218 σ 0 0,051 0,051 0,036 dyn. stijfheid log S d 20 0 C µ 0 0,823 0,873 0,768 σ 0 0,044 0,044 0,036 stat. kruipproef log S s 40 0 C µ 0 0,977 1,077 0,877 σ 0 0,097 0,097 0, RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

25 Mechanische karakteristiek voor asfalt met PR 10 log N f GAB/ STAB OAB DAB gemiddelde (min.) 4,30 4,40 5,00 standaard deviatie (max.) 0,75 0,60 0,55 Deze criteria zijn gebaseerd op 5% onderschrijdingskans voor de producenten. 25 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

26 Mechanical karakteristieken asfalt met PR 10 log S 0 GAB/ STAB OAB DAB gemiddelde (min.) 3,80 3,85 3,75 standaard afwijking (max.) 0,06 0,06 0,06 Deze criteria zijn gebaseerd op 5% onderschrijdingskans voor de producenten. 26 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

27 Eisen voor PR: max. 10% van mineraal aggregaat mag groter zijn dan de max. korrelgrootte van het asfaltmengsel voor GAB 0/32 moet de max. korrelgrootte van PR < C45 en PR moet minimaal bestaan uit 95,0% asfalt Voor STAB 0/22 moet de max. korrelgrootte van PR < C31,5 en PR moet minimaal uit 95,0% asfalt bestaan Voor DAB en OAB 0/16 moet de max. korrelgrootte < C31,5 en PR moet minimaal uit 99,0% asfalt bestaan met gebroken mineraal aggreggaat 2 mm; de hoeveelheid voegvulmateriaal mag max. 0,1% zijn penetratie van de PR x i 10 en x m 15 voor n=5 Naast steen, zand, vulstof en bitumen mag PR voor max. 0,1% bestaan uit niet-steenachtige materialen zoals smetalen, kunststoffen, hout, markeringsmaterialen enz. 27 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

28 Eisen aan PR voor homogeniteit korrelverdeling (%) max. standaard deviatie n=5 voor het hergebruikspercentage op C11,2 7,0 6,5 6,0 op C 5,6 6,0 5,5 5,0 op 2 mm 5,0 4,5 4,0 door 63 µm 1,5 1,2 1,0 bit. gehalte op 0,6 0,5 0,4 penetratie 7 (0,1 mm) 5 (0,1 mm) 4 (0,1 mm) 28 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

29 Hoe omgaan met PR? Onderzoek kwaliteit van de oude asfaltlagen Verdelen kwaliteit in: Hoeveelheid PAK s (> of 75 ppm) Als PAK s 75 ppm, dan materialen verdelen in: rond materialen (grind) gebroken materiaal (gebroken riviergrind en steengroevemateriaal) Mogelijk ZOAB PR apart opslaan Voor deklagen RWS werken steenslag 3 (PSV 58) opslaan 29 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

30 Hoe om te gaan met teer in PR en asfalt? In 1990 is het gebruik van teer in de wegenbouwconstructies gestopt Since 2001 is de toepassing van teer in wegenbouwconstructies verboden Hoe is de aanwezigheid van teer te meten in PR of asfalt? PAK-marker (spuitbuis met wegenverf) TLC (Thin Layer Chromatography) HPLC (High Pressure Liquid Chromatography) GC-MS (Gas Chromatography Mass Spectrometic Detection) Indien PAK > 75 ppm, moet teer uit keten worden verwijderd 30 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

31 Thermische reinigingg van Teerhoudend AsfaltGranulaat (TAG) 31 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

32 Uitgevoerd onderzoek in relatie tot mengselontwerp Meest belangrijke onderzoeken: Menging van oud en nieuw bitumen Eigenschappen van het mengsel van oud/nieuw bitumen De ontwerp parameters Proces Proeven op asfalt met en zonder PR: 1. marshall mengsel ontwerp (type testing) 2. 4-puntsbuigproef (stijfheid) 32 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

33 Vanuit technologisch oogpunt kunnen we het volgende leren: Om het juiste type pen grade bitumen en hoeveelheid nieuwe bitumen te kiezen is log pen-regel geschikt Er moet minimaal 10 sec. een droge voormenging worden uitgevoerd met nieuwe grondstoffen zonder nieuw bitumen. De homogeniteit van PR moet aan de eisen voldoen in relatie met de hoeveelheid PR in asfalt 33 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

34 Log pen regel: waarin : Pen mix a log pen 1 + b log pen 2 = (a + b) log pen mix = berekende penetratie van bitumen in asfalt met PR Pen 1 = penetratie van teruggewonnen bitumenuit PR Pen 2 = penetration van nieuw toe te voegen bitumen a en b = massa verhouding bitumen uit PR (a) en nieuw toe te voegen bitumen (b) in asfalt met PR, zodat a + b = 1 Voorbeeld : Pen 1 = 20; pen 2 = 90; a = 0,25 en b = 0,75 0,25 log ,75 log 90 = log pen mix log pen mix = 1,79094; de pen mix = RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

35 Op basis van het onderzoek is geconcludeerd: Asfalt met PR is gelijkwaardig aan asfalt zonder PR De normale mengselontwerpmethode kan als aceptatie methode worden gehanteerd (type test) In de praktijk betekent dit: het mengselontwerp van asfalt met PR is bijna hetzelfde als van asfalt zonder PR Het enige verschil is de selectie en hoeveelheid van het bitumen en het karakteriseren van de PR 35 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

36 Dus asfalt met PR heeft in het algemeen: Dezelfde mengselsamenstelling (hoeveelheid steenslag, zand, vulstof en bitumen), Dezelfde korrelverdeling, Dezelfde functionele eigenschappen, als asfalt zonder PR. 36 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

37 In NL-LAB worden functionele eigenschappen onderzocht in de volgende 3 fasen: - Labbereid, labverdicht (lab) - Molengemengd, labverdicht (praktijk/lab) - Molengemengd, walsverdicht (praktijk) Voor AC bin/base worden de volgende eigenschappen onderzocht: 4-puntsbuigproef - stijfheid en vermoeing Cyclische Triaxiaal proef - weerstand tegen vervorming Indirect Tensile Strenght Ratio (ITSR) watergevoeligheid In de toekomst worden ook de functionele eigenschappen van ZOAB, SMA, AC surf en DGD s onderzocht. 37 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

38 Dimensioneren constructies Geen verschil in ontwerpmethode voor constructies met asfaltlagen met en zonder PR. In het verleden: ASCON gebaseerd op elastische multilagen ontwerp model CARE (uitgebreider dan ASCON) Momenteel: OIA 38 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

39 Procedures voor het produceren van asfalt met PR Charge mengers: registratie van droge voormengtijd van PR, temperatuur en wegingen(molenregistratie) Trommelmengers: Aparte weging van PR CE type test en factory production control (FPC) Voor AC bin/base met PR gedurende de productie een gemiddelde holle ruimte van 4% (min. 2,5%) 39 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

40 Opslag van PR: Homogeniteit Voorkomen vermenging verschillende PR voorraden Producent is verantwoordelijk voor in- en uitgaande materialen Minimaliseer vochtgehalte in PR, overdekte opslag wordt aanbevolen Niet meer dan 10 20% PR met PMB in asfalt met PR 40 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

41 De producent checkt de kwaliteit gedurende het totale proces: binnenkomende materialen mengselontwerp Gedurende productie (transport naar de molen, wegen, zeven, transport in de molen, menging, opslag in de silo) na de productie 41 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

42 Normaal zou asfalt met PR duurder moeten zijn, want er zijn: frees kosten aanpassingen aan de asfaltmolen nodig lagere productie capaciteit extra transport opslag PR homogeniseren PR extra metingen t.b.v. de kwaliteitscontrole extra bitumentank 42 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

43 Maar de prijzen van asfalt met en zonder PR zijn gelijk, omdat: PR gratis is er wordt bespaard op kosten voor bitumen, vulstof, zand en stenen hoge stortkosten Dus, hergebruik is erg attractief voor de aannemers in Nederland 43 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

44 In RWS werken mogen alleen gevalideerde asfaltmengsels worden toegepast. Gevalideerde asfaltmengsels zijn: - standaard mengsels conform RAW innovatieve mengsels, die succesvol een RWS InnovatieTestCentrum (ITC) traject hebben doorlopen - niet-standard mengsels, die i.o.m. afdeling Wegen en Geotecniek van RWS GPO succesvol een gezamenlijk plan van aanpak hebben doorlopen. Gevalideerde niet-standaard mengsels worden door Steunpunt Wegen en Geotechniek op lijst gezet. 44 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

45 Onlangs door RWS gevalideerde asfaltmengsels: - LEAB van BAM - halfwarm schuimbitumen asfalt met 50%PR, alternatief voor AC bin/base - Greenway LE van Heijmans halfwarm schuimbitumen asfalt met 60% PR, alternatief voor AC bin/base - RZOAB van Van Gelder, een alternatief voor DZOAB met 50% PR - DZOAB van KWS met 25% PR - 2L-ZOAB 16 van KWS met 25% PR - 2L-ZOAB 16 van Boskalis met 30% PR 45 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

46 In onderzoek: - 2L-ZOAB 16 van BAM met 30% PR - 2L-ZOAB van Heijmans met 40% PR - 2L-ZOAB 8 van Heijmans met 40% PR 46 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

47 Laatste nieuwtje op gebied van hergebruik LE2AP van aannemer BAM ZOAB wordt gefreesd en gescheiden in steenslag (PA stone) en mastiek (zand+vulstof+bitumen) 80% oud ZOAB materiaal wordt hergebruikt: - Mastiek wordt verschuimd - PA stone wordt toegevoegd - 20% nieuwe bouwstoffen worden toegevoegd Productietemperatuur is ca. 100 g.c 1km proefvak is aangelegd, geluidsreductie is 7 dba 47 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

48 Dienst Weg en Waterbouwkunde Adviesdienst voor techniek en milieu in de weg- en waterbouw Conclusies: Er zijn geen technische bezwaren tegen hergebruik van PR in asfalt Eigenschappen van asfalt met en zonder PR zijn hetzelfde Omdat hergebruik economisch aantrekkelijk is, komen aannemers zelf met nieuwe ideeen Economie wordt bepaald door de voorwaarden die de overheid stelt Asfalt met PR is heel normaal en geacepteerd in Nederland. 48 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt

49 Dienst Weg en Waterbouwkunde Adviesdienst voor techniek en milieu in de weg- en waterbouw edankt voor uw aandacht 49 RWS INFORMATIE - Hergebruik van asfalt