Valcke, Siska; Leegwater, Greet; van Vliet, Dave; Erkens, S.; Maagdenberg, T.

Transcriptie

1 Delft University of Technology Ontwikkeling van een vorst-dooi test voor ZOAB Devlopement of a Frost Thaw test for Porous Asphalt Concrete Valcke, Siska; Leegwater, Greet; van Vliet, Dave; Erkens, S.; Maagdenberg, T. Publication date 2012 Published in CROW InfraDagen Citation (APA) Valcke, S., Leegwater, G., van Vliet, D., Erkens, S., & Maagdenberg, T. (2012). Ontwikkeling van een vorstdooi test voor ZOAB: Devlopement of a Frost Thaw test for Porous Asphalt Concrete. In CROW InfraDagen Important note To cite this publication, please use the final published version (if applicable). Please check the document version above. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download, forward or distribute the text or part of it, without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license such as Creative Commons. Takedown policy Please contact us and provide details if you believe this document breaches copyrights. We will remove access to the work immediately and investigate your claim. This work is downloaded from Delft University of Technology. For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to a maximum of 10.

2 Ontwikkeling van een vorst-dooi test voor ZOAB Siska Valcke, Greet Leegwater en Dave van Vliet TNO Sandra Erkens en Ton Maagdenberg Rijkswaterstaat, Dienst Verkeer en Scheepvaart Samenvatting Extreme wintercondities, zoals vorst-dooi, kunnen tot veel schade leiden in allerlei materialen. Bij zeer open asfalt (ZOAB) kan vorstschade leiden tot rafeling maar op dit moment is geen betrouwbare vorst-dooi test voor handen om de gevoeligheid voor dit type schade vast te stellen. ZOAB is dusdanig uniek met zijn open poriestructuur en lage bitumengehalte, dat de bestaande vorst-dooi proeven voor steenachtige materialen of dicht asfalt niet zomaar overgenomen kunnen worden en geen voorspellende waarde hebben voor de vorst-dooi bestendigheid. InfraQuestwerkt daarom aan een pragmatische vorst-dooi test voor ZOAB om een beeld te vormen van de parameters die van invloed zijn op het vorst-dooi gedragen uiteindelijk om te voorspellen of een materiaal bestand is tegen vorst-dooi cycli.daarbij worden bestaande vorst-dooi testen omgebouwd om specifiek rekening te houden met enerzijds de open structuur van ZOAB mengsels en anderzijds de dichte structuur van de bitumen component daarin. Verschillende zoet en zoutwaterbelastingen worden vergeleken voor een welbepaald cyclisch temperatuurregime. In deze paper wordt de proefmethode in detail beschreven en worden daarna de resultaten weergegeven van een eerste testserie van 3 mengsels. Samengevat komt uit dit onderzoek naar voren dat deze pragmatische vorst-dooi proef onderscheidend is voor goede versus slechte ZOAB mengsels en dus een goede basis vormt voor verdere ontwikkeling. Op basis van de huidige resultaten kan niet uitgesloten worden dat het mechanisme dat de proefstukken in de test verzwakt heeft, gekoppeld is aan watergevoeligheidop zich, al dan niet in combinatie met temperatuurs- en zoutbelasting. De resultaten van de indirecte treksterkte (ITS) beoordelingsmethode blijken gevoelig voor heterogeniteit en geven mogelijk een vertekend beeld, met name voor verouderde, stijve proefstukken. Op basis van de huidige resultaten wordt voorgesteld in de toekomst watergevoeligheid als een aparte variabele mee te nemen, alsook het effect van temperatuurcycli en mechanische belasting tijdens de vorst-dooi proef. De beoordelingsmethode mag niet worden beperkt tot ITS en uitbreiding met microscopie wordt voorgesteld op basis van een verkennende analyse van microscopiefoto s.

3 1. Inleiding Bij het ontwikkelen van een test verdient het de voorkeur deze af te stemmen op het schademechanisme dat wordt onderzocht. Op dit moment bestaat echter slechts de observatie dat na strenge winters meer rafeling van ZOAB blijkt op te treden. Er is zeer weinig bekend over de achterliggende schademechanismen in ZOAB en zelfs meer algemeen in asfalt. Daarom is de eerste fase van het ontwikkelen van een vorst-dooitest pragmatisch van aard en niet gericht op het volledig achterhalen van de vorst-dooi schademechanismen. Het doel van de empirische benadering is om na te gaan welke parameters een belangrijke invloed hebben op de verzwakking van ZOAB als gevolg van vorst-dooibelasting en om goede (niet vorst-dooi gevoelig) van slechte mengsels (vorst-dooi gevoelig) te kunnen onderscheiden. Op basis van een aantal algemene beschouwingen over ZOAB en vorst-dooibelasting zullen de randvoorwaarden en variabele parameters van de vorst-dooi test worden bepaald en worden bestaande vorst-dooi testen voor steenachtige materialen aangepast voor ZOAB. In dezepaper worden de resultaten weergegeven van een eerste testserie van de in ontwikkeling zijnde vorst-dooiproef voor drie types ZOAB mengsels (eenlaags en tweelaags). Om het onderscheidend vermogen van de proef te testen is gekozen voor twee mengsels met naar verwachting een goede weerstand en één mengsel met een slechte weerstand tegen vorst-dooi belasting. De resultaten worden besproken in termen van effect van (voor-)conditionering met water, zoutbelasting en aantal vorstdooi cycli op de visueel-macroscopische en mechanische eigenschappen (indirecte treksterkte) van de ZOAB proefstukken. Daarna worden suggesties gegeven voor verder onderzoek en optimaliseren van een nieuwe vorst-dooi test voor ZOAB. 2. Randvoorwaarden vorst-dooi test Hieronder worden de parameters beschouwd die van belang geacht worden bij het optreden van vorstdooi (rafelings)schade in ZOAB. Temperatuur, temperatuurgradiënt en vorst-dooi cycli De reologie van bitumen is sterk afhankelijk van temperatuuren ook van de tijdspanne waarin de temperatuursveranderingen plaatsvinden (temperatuurgradiënt en totale belastingduur). Het reologisch gedrag van bitumen als gevolg van temperatuur en tijdis complex en afhankelijk van de samenstelling van het bitumen. Het bitumen zou bijvoorbeeld kunnen gaan vloeien en/of healen bij temperaturen boven de 20 C. Zonder goede kennis over het reologisch gedrag van bitumen is het hierdoor risicovol vorst-dooi proeven versneld uit te voeren bij erghoge of lage temperaturen die niet reëel zijn voor vorst-dooi cycli in de praktijk, zoals bijvoorbeeld wel het geval is in de gemodificeerde Lottman watergevoeligheidstest (tot 60 C) [1].Volgens Voskuilen et al. [2] leert de ervaring dat veel korte cycli meer schadelijk zijn dan 1 lange. Voor een snelle proef die de meest risicovolle situatie nabootstis het dus interessant veel korte vorst-dooi cycli te hanteren in plaats van een aantal lange. Het nadeel hierbij is wel dat de temperatuurgradient (tijdspanne van temperatuurswisselingen) hoger wordtnaarmatehet aantal cycli verhoogd wordt binnen de tijdsduur van een praktisch haalbare proef: bijvoorbeeld met doorlooptijd van een maand.het is onbekend wat het effect is van een hoge temperatuurgradiënt op het reologisch gedrag van bitumen. Voor een op Nederland afgestemde test is het verder van belang om een vriesperiode te nemen die ongeveer gelijk is aan de dooiperiode, zodat het vorstfront niet na iedere cyclus dieper komt te liggen. Verder moeten cycli (vorstdagen) met matige vorst afgewisseld worden met strengere vorstperioden [3]. Waterbelasting vóór en tijdens de vorst-dooi cycli In open asfaltmengsels kan water/vocht indringen via de grote macroporiën tussen de toeslagkorrels, maar het kan ook infiltreren via zeer kleine (micro-)poriën in de mastiek [4]. Het water dat kan binnendringen in de mastiek, kan bij vriezen zorgen voor een veel hogere spanningsopbouw dan mogelijk is bij droge mastiek. De waterconditionering voor en tijdens de vorst-dooitest is daarom heel belangrijk. Het doel van de voorconditionering van ZOAB is gericht op het beoordelen van de invloed van wateropname in de mastiek op de vorst-dooigevoeligheid, eerder dan de invloed van water in de grote ZOAB luchtholtes omdat deze zelden volledig waterverzadigd zijn. Tijdens de vorst-cycli moet

4 voorkomen worden dat alle grote poriën van het gehele proefstuk volledig water verzadigd zijn, omdat het proefstuk anders onmiddellijk kapot vriest op een onrealistische manier [2, 5]. Het kan welin de praktijk voorkomen dat door onvoldoende vlakheid in dwarsprofiel van de onderlaag waarop ZOAB is aangelegd of door belemmeringen in de waterafvoer als gevolg van langsnaden of een vervuilde vluchtstrook lokaal water in de deklaag blijft staan en de grote poriën dus lokaal waterverzadigd zijn. In tegenstelling tot de vorstfase, is het tijdensde dooifaseis niet erg dat het proefstuk volledig waterverzadigd is, dat lijkt immers op de praktijk wanneer tijdens dooi overvloedig smeltwater aanwezig is. Zout Het is nog onduidelijk is in welke mate, maar dooizout kan zowel een positieve als negatieve invloed hebben op de vorst-dooigevoeligheid van ZOAB [6]. Er dient dus een zoutbelasting opgelegd te worden in vorst-dooiproeven, zowel tijdens de voorconditionering als tijdens de vorst-dooi cycli. Op basis van de strooi-gegevens van dooizouten in Nederland voor ZOAB kan worden afgeleid dat bij nat strooien de zoutoplossingen die het oppervlak belasten tegen verzadigingsconcentraties aan zitten (~20 gewichts %). Dit percentage wordt in de praktijk lager onder invloed van regen en smeltwater. Eenzijdige/alzijdige belasting geometrie proefstukken Omwille van het fysische proces van uitzetten en krimpen tijdens vorst-dooi en de spanningen die daar bij horen, is de geometrie van het proefstuk en de belastingzijde van belang. Veel bestaande vorst-dooiproeven voor verschillende materialen gaan uit van een alzijdige bevriezing, hoewel dit in de praktijk niet vaak voorkomt. Voor beton is bijvoorbeeld gebleken dat proeven die uitgaan van een alzijdige bevriezing een schadebeeld geven dat niet overeenstemt met de werkelijkheid, terwijl bij eenzijdige belasting het schadebeeld van horizontale scheuren ook in de praktijk waargenomen wordt. Aangezien ZOAB toegepast wordt als toplaag van wegdekken en de bevriezing van bovenaf wordt geïnitieerd, is het aan te raden om in de proef een eenzijdige belasting te hanteren.verder zouden de proefstukken bij voorkeur zo groot mogelijk moeten zijn, om te simuleren dat het asfalt ingesloten zit in de weg. Veroudering Hoewel vorst-dooi proeven zelf soms als een versnelde verouderingsmethode worden gebruikt voor vochtgevoeligheidstesten [1], kunnen andere verouderingsprocessen door zon, regen, temperatuur,etc de vorstgevoeligheid op hun beurt aanzienlijk verhogen[5]. Vandaar dat het interessant is om ook verouderde proefstukken te testen met vorst-dooiproeven. 3. Uitwerking vorst-dooi test In dit hoofdstuk wordt op basis van bovenstaande randvoorwaarden en relevante parameters een proefprotocol opgesteld op basis de zandkistmethode [7]. Van de bestaande vorst-dooiproeven voor steenachtige en asfalt materialen, voldoet de zandkistmethode aan de meeste randvoorwaarden behalve dat er geen zoutbelasting is opgenomen en dat de temperatuurgradiënt relatief hoog is in vergelijking met de praktijk. Verder is het in de huidige opstelling niet mogelijk om heel grote proefstukken te beproeven. Het grote voordeel van de zandkistmethode ten opzichte van andere methoden is dat de belasting eenzijdig is en het water van de dooifase lateraal kan wegstromen in het grindbed, hetgeen bij andere eenzijdige proeven niet het geval is. Om tegemoet te komen aan de wens om met zout te belasten is de zandkistproef dusdanig aangepast dat zoutbelasting kan plaatsvinden tijdens de voorconditionering en tijdens de vorst-dooi cycli. Dit is gedaan met behulp van een ingebouwde opstelling die geïnspireerd is op de CDF-proef [8]. Voor de voorconditionering met zoutwater wordt een concentratie gekozen net onder de verzadigingsconcentratie van NaCl (23gewichts%). De voorconditionering met zoutwater wordt enkel opgelegd aan de proefstukken die tijdens de vorst-dooi cycli ook met zout worden belast.

5 Hieronder zijn de 3 types voorconditionering weergeven die zijn opgelegd in de te ontwikkelen vorstdooiproef: Voorconditionering 1 (hoort bij vorst-dooi type A, zonder zout): o zoet onderdompelen 7 dagen Voorconditionering 2 (hoort bij vorst-dooi type A, zonder zout): o zoet onderdompelen en vacuüm onder water 4 uur o daarna 7 dagen zoet onderdompelen zonder vacuüm Voorconditionering 3 (hoort bij vorst-dooi type B&C, met zout): o zoet onderdompelen 4 dagen o daarna zout onderdompelen (23gewichts% verzadigde NaCl oplossing) 3 dagen De verschillende vorst-dooibelastingtypes zijn schematisch weergegeven in Figuur 1 en 2. In vorstdooibelastingtype A vindt geen zoutbelasting plaats en worden de cilindrische proefstukken zoals bij de conventionele zandkistmethode in een grindbak geplaatst waarbij enkel het bovenvlak van de cilinder onbedekt blijft. Bij vorst-dooibelastingtype B wordt de ZOAB cilinder in een bak met zoutwater geplaatst zodanig dat de onderkant van het proefstuk continu in 2 cm water staat. Dit water heeft eenzoutconcentratie van 10gewichts% om verdunde dooizouten na te bootsen in lokaal waterverzadigde, grote poriën. Bij vorst-dooi type C is de opstelling zodanig dat het proefstuk met het ZOAB bovenvlak naar beneden hangt (ondersteboven dus) en deze tijdens de vriesfase geen zoutwater belasting ondergaat (Fig. 1). Tijdens de dooifase wordt 2 cm van het bovenvlak ondergedompeld in zoutwater (Fig. 2). Hier is de zoutconcentratie 23gewichts% om nat gestrooide dooizouten na te bootsen aan het bovenvlak. Een deel van de proefstukken ondergaat 24 en een ander deel 48 vorst-dooi cycli. De beoordeling achteraf gebeurt door middel van visuele inspectie en de indirecte treksterkte bij 5 C volgens NEN- EN [9]. De tweelaags ZOAB cilinders kunnen niet in hun geheel beproefd worden met de indirecte treksterkte proef omdat ze te dik zijn en omdat ze uit twee verschillende lagen bestaan hetgeen zorgt voor te een heterogene spanningsverdeling en onnauwkeurige resultaten. Daarom is de fijnkorrelige toplaag van de grofkorrelige onderlaag los gezaagd en zijn beide apart beproefd. De temperatuurcycli die een proefstuk ondergaat tijdens de vorst-dooi proef zijn weergegeven in Fig. 3. Merk op dat de temperatuurovergangen relatief sterke gradiënten hebben, hetgeen voorlopig overgenomen is van de standaardprocedure. 4. Materiaal Om het onderscheidend vermogen van de proef te testen is gekozen voor twee mengsels met naar verwachting een goede weerstand en één mengsel met een slechte weerstand tegen vorstdooibelasting (Tabel 1). De proefstukken zijn cilindrisch met een diameter van 100mm en worden geboord uit platen. De dikte van de éénlaags ZOAB+ (mengsel 1 en mengsel 2) proefstukken is 50 mm en van de tweelaags ZOAB (mengsel 3) proefstukken is 70mm. Tabel 1: Mengselsamenstelling Mengsel 1 & 1* ( goed ) Mengsel 2 ( slecht ) Mengsel 3 & 3* top ( goed ) Mengsel 3 & 3* top ( goed ) Bitumen 70/100 Bitumen 70/100 Sealoflex SFB 5-50 (PA) Sealoflex SFB 5-50 (PA) Arbocel ZZ 8/1 Arbocel ZZ 8/1 Wigro 60K, Wigras 60, productiestof Wigro 60K Wigro 60K productiestof Bestone brekerzand Bestone brekerzand Schots Graniet brekerzand Schots Graniet brekerzand Bestone steenslag Schots Graniet steenslag Augitporhyrit Ierse Grauwacke (*) Veroudering is uitgevoerd volgens het protocol (1) ook toegepast door Hagos [10] (Tabel 2).

6 A B C Figuur 1:Opstelling ZOAB state-of-the-art-proef tijdens de vriesfase. In belastingstype A staat het proefstuk in een laag grind zonder water. In belastingstype B staat de onderkant (2 centimeter) van het proefstuk in een bak met zoutwater (NaCl 10%). In belastingstype C hangt het proefstuk omgekeerd en is het onderste deel ingepakt en de top blootgesteld aan de lucht. A B C Figuur 2: Opstelling ZOAB state-of-the-art-proef tijdens de dooifase. In belastingstype A staat het proefstuk onder zoetwater in een laag grind. In belastingstype B staat de onderkant (2 centimeter) van het proefstuk in een bak met zoutwater (NaCl 10%). In belastingstype C hangt het proefstuk omgekeerd en is de top voor 2 centimeter ondergedompeld in zoutwater (NaCl 23%). Figuur 3: Voorbeeld van de temperatuurscycli gehanteerd in de vorst-dooi test Tabel 2: Details verouderingsprotocol toegepast op de ZOAB mengsels in dit onderzoek Straling 60 W/m² Zwarte oppervlakte temperatuur 60 C Lucht temperatuur 40 C Relatieve vochtigheidsgraad 70% Duur proef 1000 uur Test cyclus Continu licht zonder regen

7 5. Resultaten De berekende ITSR zijn in grafieken weergegeven (Fig. 4-6).De 3 verschillende types voorconditionering en vorst-dooibelastingtypes (A, B, en C) konden niet voor elk type mengsel in tweevoud uitgevoerd worden door een beperking in de hoeveelheid beschikbaar materiaal. Gemiddeld ligt de spreiding van de ITSR voor proefstukken in tweevoud tussen 0 en 0,1. Ondanks deze spreiding vallen toch enkele trends te onderscheiden in gevoeligheid voor de voorconditionering en vorstdooibelasting. Het goede onverouderdezoab+ (mengsel 1) vertoont een verzwakking in indirecte treksterkte van ongeveer 20% of iets minder (ITSR ~ 0.8) na 24 vorst-dooi cycli, ongeacht van voorconditionering of vorst-dooi belastingstype (Fig. 4). Na 48 vorst-dooi cycli is de verzwakking van de onverouderde proefstukken dusdanig doorgezet dat deze wel significanter is dan 20% (ITSR <0,8) voor vorst-dooi belastingstype A, ongeacht voorconditionering. Bij vorst-dooi belastingstype B is de verzwakking na 48 cycli iets minder dan 20% (ITSR >0,8) (Fig. 4). De verouderde proefstukken van het goede ZOAB+ (mengsel 1*) zijn niet verzwakt na 24 vorst-dooi cycli, integendeel, sommige lijken zelfs iets sterker dan de verouderde referentie (Fig. 4). Het slechte ZOAB mengsel 2 vertoont al na de voorconditionering een lichte verzwakking in indirecte treksterkte van ongeveer 10% (ITSR ~ 0,9) (Fig. 5). Na 24 vorst-dooi cycli is de verzwakking voor de proefstukken zonder voorconditionering het minst, namelijk minder dan 20% (ITSR>0,8).Van de voorgeconditioneerde proefstukken is de verzwakking na 24 cycli vorstdooibelastingstype A het grootst, namelijk meer dan 20%. Voor vorst-dooibelastingstypen B & C is de verzwakking na 24 cycli opmerkelijk minder dan voor type A, namelijk ~20% (Fig. 5). Na 48 vorst-dooi cycli is de verzwakking niet verder doorgezet voor de reeds verzwakte proefstukken, namelijk degene met voorconditionering onder vorst-dooibelastingstype A. Voor de nog weinig verzwakte proefstukken, namelijk het niet voorgeconditioneerde proefstuk onder vorst-dooi belastingstype A en de voorgeconditioneerde proefstukken onder vorst-dooi belastingstype B & C, is na 48 cycli nog een lichte verzwakking opgetreden ten opzichte van 24 cycli, zodat de ITSR waarden nu rond de 0,8 liggen of iets lager (Fig. 5). 1,2 referentie VC 1 VC 2 VC 3 1 0,8 ITSR 0,6 0,4 0,2 onverouderd ZOAB+ verouderd ZOAB+ 0 geen VD 24 cycli 48 cycli Figuur 4: Grafiek van de indirecte treksterkte ratio van mengsel 1 (ZOAB0/16+ goed ), onverouderd en verouderd voor verschillende voorconditionering en vorst-dooi belasting (VC=voorconditionering, vorst-dooi types zijn aangeduid met A, B en C (zie bovenaan grafiek). De ratio van de verouderde samples is berekend ten opzichte van een verouderde referentie.

8 1,2 referentie VC 1 VC 2 VC 3 1 0,8 ITSR 0,6 0,4 0,2 0 geen VD 'slecht' ZOAB 24 cycli 48 cycli Figuur 5: Grafiek van de indirecte treksterkte ratio van mengsel 2 (ZOAB0/16+ slecht ) voor verschillende voorconditionering en vorst-dooi belasting (kleuren en codering zelfde als in Fig. 4) 1,4 referentie VC 1 VC 2 VC 3 1,2 1 ITSR 0,8 0,6 0,4 0,2 0 geen VD 2-laags ZOAB toplaag - onverouderd 2-laags ZOAB toplaag - verouderd 24 cycli 48 cycli Figuur 6: Grafiek van de indirecte treksterkte ratio van mengsel 3 (tweelaags ZOAB), toplaag, onverouderd en verouderd voor verschillende voorconditionering en vorst-dooi belasting (kleuren en codering zelfde als in Fig. 4). De ratio van de verouderde samples is berekend ten opzichte van een verouderde referentie. De toplaag van het tweelaags ZOAB, goede mengsel 3, vertoont geen vorst-dooi gevoeligheid na 24 cycli, terwijl er na 48 cycli een lichte verzwakking tot maximaal 10% wordt waargenomen. Verder is

9 er geen systematisch onderscheid te zien tussen de verschillende voorconditionering of types vorstdooibelasting (Fig. 6). De verouderde proefstukken van de toplaag van het tweelaags ZOAB vertonen geen tot weinig (maximaal 10%) verzwakking na 24 vorst-dooi cycli (Fig. 6). Visueel macroscopisch zijn na de vorst-dooi test geen verschillen waargenomen ten opzichte van de situatie vóór de vorst-dooi test noch ten opzichte van de referentie proefstukken die geen vorst-dooi cycli ondergaan hebben. Er zijn geen scheurtjes geobserveerd. Er dient te worden opgemerkt dat de proefstukken na de vorst-dooi test een kleurverandering vertonen als gevolg van stofdeeltjes die na de test achtergebleven zijn. 6. Discussie De gemeten mechanische verzwakking na de vorst-dooitestoverschrijdt de kritische ondergrens voor de ITSR waarde die door RWS wordt gehanteerd (0,8). De resultaten laten zien dat het mogelijk is om onderscheid te maken tussen het slechte ZOAB mengsel (2) en de goede ZOAB mengsels (1&3). Het slechte mengsel vertoont reeds na 24 vorst-dooi cycli een significante verzwakking in ITS sterkte, met ITSR lager dan 0,8, terwijl het goede ZOAB mengsel 1 pas na 48 cycli onder de 0,8 waarde duikt. De top van het tweelaags ZOAB ( goede mengsel 3) blijft zelfs boven de kritische ITSR waarde na 48 cycli. Voor de goede mengsels (1&3) valt weinig systematisch onderscheid te maken tussen de verschillende manieren van voorconditionering en vorst-dooi belastingstypes. Bij het slechte mengsel vertonen de proefstukken reeds na voorconditionering een lichte verzwakking. Dit duidt op een hogere watergevoeligheid van het slechte mengsel. Verder vertonen de voorgeconditioneerde proefstukken onder vorst-dooi belastingstype A duidelijk de meest significante verzwakking in vergelijking met belastingstype B & C. Een mogelijke verklaring hiervoor is dat zout het effect van vorst-dooi en/of waterbelasting zou vertragen. Echter, omwille van huidige beperkingen in de proefopstelling, is zoutbelasting niet het enige verschil tussen A, B en C. De proefstukken in type B & C zijn namelijk in significant mindere mate waterbelast (slechts gedeeltelijk onder water) dan deze in type A (telkens volledig ondergedompeld tijdens dooi). Voor watergevoelige mengsels zoals mengsel 2 zou de grotere verzwakking dus het gevolg kunnen zijn van de grotere waterbelasting (volledig onder water tijdens de dooifasen). De verouderde equivalenten van de goede ZOAB mengsels vertonen weinig tot geen vorst-dooi gevoeligheid. Het feit dat de verouderde proefstukken systematisch minder verzwakking vertonen (lees hogere/vergelijkbare ITS waarde dan de referentie) kan mogelijk worden verklaard door het feit dat verouderde proefstukken een hogere stijfheid hebben als gevolg van chemische en fysische processen in het bitumen na het kunstmatig verouderen. Dit kan resulteren in hogere ITS waarden wat geïnterpreteerd kan worden als weinig verzwakking als gevolg van vorst-dooi. Dit staat haaks op de verwachting dat mengsels door veroudering gevoeliger zouden zijn voor vorst-dooi [5]. Dit roept de vraag op of ITS metingen wel representatief zijn voor de rafelingsgevoeligheid van ZOAB. Er zijn nog twee andere redenen om de geschiktheid van ITSR voor vorstdooigevoeligheid ter discussie te stellen. In de eerste plaats zijnits metingen gevoelig voor heterogeniteit in het asfalt zoals luchtholtes [11]. In de tweede plaats is het belangrijk te bedenken dat vorst-dooi degradatie door de voorgestelde proef vooral aan het oppervlak van het asfalt zal optreden waardooreen ITS meting die de sterkte van de gehele diepte van de asfaltlaag beschouwt de impact van de degradatie zal onderschatten. Beide effecten zullen debet zijn aan de relatief grote spreiding in ITS data waardoor kleine variaties en trends niet altijd duidelijk te zien zijn. Een mogelijk alternatief om de degradatie als gevolg van vorst/dooi en/of water te evalueren, is (polarisatie en fluorescentie) microscopie van slijpplaten van de kernen [2, 12]. Deze techniek wordt tot nu toe weinig toegepast als beoordelingsmethode voor degradatie/rafelingsgevoeligheid, maar zou in de toekomst een bijdrage kunnen leveren om goede van slechte mengsels te onderscheiden en degradatiemechanismen beter te begrijpen. Het voordeel is dat degradatie op een heel lokaal niveau (bijvoorbeeld de top) kan bekeken worden. Om de geschiktheid van deze methode verder te onderzoeken zijn van enkele cruciale proefstukken slijpplaten gemaakt. Op deze slijpplaten waren

10 duidelijke verschillen waarneembaar tussen belaste en onbelaste proefstukken en tussen goede en slechte mengsels. Terwijl het bitumenoppervlak aan de rand van grote poriën glad is voor de vorstdooi test, is na vorst-dooi belasting een graduele verbrokkeling van het bitumen te zien vanaf de buitenrand van de grote poriën. Dit was voornamelijkzichtbaar in de topzone van het proefstuk, tot ongeveer 1 cm onder het oppervlak. In de slechte mengsels is deze verbrokkeling het verst doorgezet,dit is te zien aan losgekomen toeslagmateriaal en bitumen op de bodem van de grote poriën. Dit microscopische schadebeeld was al bekend uit de praktijk [eigen onderzoek en [2]], maar is dus nu ook voor het eerst waargenomen na laboratoriumbelasting van asfalt. Het voordeel van microscopie is dat lokale verschillen zichtbaar worden die in de ITS methode verdwijnen in de bulk spreiding. Het nadeel is dat deze techniek (voorlopig) kwalitatief is en het effect van de waargenomen schade op deze manier niet te kwantificeren is. Om toch tot een kwantitatief resultaat te komen wordt een combinatie van microscopie met rafelingstesten zoals wielbelastingsproevenals een kansrijke oplossingsrichting gezien. 0.2 mm 0.5 mm 0.2 mm Figuur 8: Voorbeeld van microscopie foto s van onbelaste (links) en vorst-dooi belaste proefstukken (midden en rechts). De bitumenranden beginnen van de porieranden te verbrokkelen (midden) hetgeen kan leiden tot accumulatie van toeslag en bitumen onderaan in de poriën. 7. Besluit en toekomst Samengevat komt uit de experimentele opzet van dit onderzoek naar voor dat deze state-of-the-art vorst-dooi proef onderscheidend is voor goede versus slechte mengsels en dus een goede basis vormt voor verdere ontwikkeling. Op basis van de huidige resultaten kan echter niet worden uitgesloten of het mechanisme dat de proefstukken in de test verzwakt heeft, gekoppeld is aan de watergevoeligheidansich, al dan niet in combinatie met temperatuurs- en zoutbelasting. De resultaten van de ITS beoordelingsmethode blijken gevoelig voor heterogeniteit en geven mogelijk een vertekend beeld, met name voor verouderde, stijve proefstukken. De resultaten en conclusies van dit eerste onderzoek naar een nieuwe vorst-dooi test nodigen uit tot verdere ontwikkeling van de test. Watergevoeligheid en zoutbelasting moeten in dit vervolgonderzoek als aparte variabelen worden meegenomen. Het temperatuurregime en de mechanische belasting (wielpassages gesimuleerd door wielspoorbelastingstesten) tijdens vorst-dooi, zijn variabelen die in dit onderzoek niet zijn meegenomen, maar in de toekomst wel onderzochtkunnen worden. De beoordelingsmethode zou niet moeten worden beperkt tot ITSR en om een vollediger beeld te krijgen wordtvoorgesteld dit uit te breiden met microscopie en eventueel een rafelingstest. Verdere validatie van de vorst-dooi testmet behulp van modellen (bijv. watergevoeligheidsmodellen) en praktijkvoorbeelden zijn nodig om na te gaan of het onderscheidend vermogen ook voor andere situaties geldt en of de proef leidt tot reële degradatiemechanismen.

11 Referenties [1] Lottman, R.P. NCHRP Predicting Moisture Induced Damage to Asphaltic Concrete: Field Evaluation. Transportation Research Board, Washington DC, 50p. [2] Voskuilen, J., Pijl, F. van der, Ven, M. van de Omgaan met vorstschade aan asfalt. Bijdrage aan de Infradagen 2010, CROW, 10p. [3] Visser, J.H.M Vorstdooizoutbestandheid van betonkernen uit New-Jersey profielen volgens de CDF-test of een aan Nederlandse omstandigheden aangepaste test. TNO-rapport 2002-CI-R p. [4] Kringos, N., Kasbergen, C., Scarpas, T Simulatie van vorstschade in asfaltmengsels. Bijdrage aan de Infradagen 2010, CROW, 10p. [5] Gaarkeuken, G., Water, J. van de, Besamusca, J Vermindering van vorstschade, onderzoek zonder veroudering is onvoldoende. Bijdrage aan de Infradagen 2010, CROW, 9p. [6] Feng, D., Yi, J., Wang, D., Chen, L Impact of salt and freeze-thaw cycles on performance of asphalt mixtures in coastal frozen region of China. ColdRegionsScienceand Technology 62, p [7] NEN Beproeving van steenachtige materialen. Nederlands Normalisatie Instituut, 10p. [8] NPR-CEN/TS Beproeving van verhard beton Deel 9: Vorst/dooi-bestandheid Afschilfering. Nederlands Normalisatie Instituut. 25p. [9] NEN-EN Bitumineuze mengsels - Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 23: Bepaling van de splijttreksterkte van bitumineuze proefstukken. NederlandsNormalisatieInstituut. [10] Hagos, E.T The Effect of Ageing on Binder Properties of Porous Asphalt Concrete, PhD Thesis, DelftUniversity of Technology. [11] Seghers, D., Van den Bergh, W., Stoop, J., Vansteenkiste, S., De Visscher, J. en Reynaert, R Onderzoek naar de inzetbaarheid van de ITS-R test als een rafelingsindicator voor SMA mengsels. Bijdrageaan de Infradagen 2010, CROW, 10p. [12] Nielsen, C Assessment of Porous Asphalt How to look inside. DVS Rapport