CE-eigenschappen: weten en dan meten

Transcriptie

1 CE-eigenschappen: weten en dan meten Dr. P.C. Hopman KOAC NPC Samenvatting Om een CE-markering voor asfaltmengsels te verkrijgen is Type Testing nodig. Voor dichte mengsels behoort daartoe het meten van stijfheid, weerstand tegen vermoeiing en weerstand tegen vervorming. Deze proeven zijn betrekkelijk duur en vragen samen veel tijd. Om niet, na een langdurige meetsessie, achteraf te moeten constateren dat niet aan de verwachtingen is voldaan, zou men graag eerst willen weten welke waarden uit de proeven zullen gaan komen. In deze bijdrage wordt eerst een overzicht gegeven van de proeven die binnen de Type Testing gedaan (moeten) worden. Vervolgens wordt ingegaan op strategieën waarbij zo snel mogelijk duidelijk wordt wat de vermoeiingseigenschappen van de onderzochte mengsels (zullen) zijn. Trefwoorden CE-markering, mechanisch onderzoek, functionele route, bestervingstijd, vermoeiing

2 Inleiding In Tabel 1 zijn de proeven gegeven, voor de vier mengselgroepen, zoals die op dit moment voorzien worden 1. Mengsels als gietasfalt ontbreken: daar behoeft geen CE-markering aan meegegeven te worden. In de Tabel zijn alle proeven opgenomen. Afgezien van de samenstellings-gegevens (Gradering tot en met Vullingsgraad) is het niet noodzakelijk al de proeven ook uit te voeren en de mengsels daarmee te karakteriseren. In grote lijnen zal het zo zijn dat een wegontwerper de eisen stelt en de producent een asfaltspecie zal leveren waarmee een mengsel gemaakt kan worden die aan de eisen van de ontwerper voldoet. Indien, bijvoorbeeld, een ontwerper geen eisen stelt aan het materiaalverlies van een zoab, dan kan hij daarvoor NR (No Requirement) eisen en de leverancier kan in zijn Type Testing dan NPD (No Performance Determined) opgeven. Uiteraard is het zo dat menige afnemer zal willen weten wat hij koopt, en dus voldoende specificatie zal vragen en dat zijn de proeven in deze Tabel 2. Tabel 1 is gebaseerd op de verwachting dat in Nederland de zogeheten functionele route wordt gevolgd. Hiermee wordt een keuze uit beschikbare proeven bedoeld. In feite wordt er dan niet gekozen voor de empirische Marshall-achtige methode, maar voor de meer functionele proeven als stijfheid en weerstand tegen vermoeiing. Overigens wordt terzijde- opgemerkt dat niet alle eigenschappen in de betreffende productnorm staan. Zo staat de vraag naar de Verdichtbaarheid te meten met een gyrator- in Annex B van de norm voor Type Testing zelf (EN ). Veel van de proeven zijn op zich snel en eenvoudig uit te voeren. Wel zijn er proeven die eenvoudig een lange doorloopttijd hebben, bijvoorbeeld die voor de watergevoeligheid. Bij deze laatste wordt de indirecte treksterkte bepaald aan drie kernen die onbehandeld zijn, en aan drie kernen die geretained (onder water bewaard, bij bepaalde omstandigheden) zijn. En dat retainen duurt 68 tot 72 uur (drie dagen dus). Evenzo moeten zoab kernen minimaal twee dagen bij kamertemperatuur bewaard worden voordat de gevoeligheid voor materiaalverlies (EN ) bepaald mag worden. Twee dagen duurt ook de rustperiode voor de tri-axiale kruipproef. 1 Hoewel volledigheid is nagestreefd, kan deze niet gegarandeerd worden. Dit omdat de inhoud van de betreffende normen nog wat kan wijzigen (ze zijn op het moment van schrijven nog provisional ). 2 Er mogen ook andere specificaties gevraagd worden, bijvoorbeeld betreffende de kleur. Daar is geen bezwaar tegen, zolang ze maar niet strijdig zijn met of plaatsvervangend zijn voor de genoemde eigenschappen. 2

3 Tabel 1: Overzicht van proeven binnen Type Testing Dunne Dichte ZOAB SMA Deklagen mengsels aantal EN EN EN EN samples Code max. steenmaat PA 11 SMA 11 ACVTL 8 AC 16 Gradering aantal zeven Bit.gehalte ('in') minimaal Additieven evt. evt. evt --- Holle ruimte EN ja nee ja ja Vullingsgraad EN nee > 71% ja nee Omhulling & homogeniteit waarnemen na mengen ja ja ja ja Verdichtbaarheid (gyrator) EN ja ja ja ja Watergevoeligheid EN * 3 ja ja ja ja Permanente deformatie - Triaxiale kruipproef EN B 5 nee ja nee ja - Wielspoor (large device) EN nee nee ja nee Stijfheid EN B 4 nee nee nee ja Vermoeiing EN D 18 nee nee nee ja Materiaalverlies EN ja nee nee nee Afdruipen EN kg ja ja nee nee Brandbestendigheid EN voldaan ja ja ja ja Vliegvelden: Gevoeligheid voor brandstof EN ja ja ja ja Gevoeligheid voor de-icing EN ja ja ja ja Hechting bitumen/aggregaat EN g ja nee nee nee De kroon wordt in dit opzicht gespannen door de eis in EN (vermoeiing) waarbij de proef pas ingezet mag worden twee weken na het zagen van de balken uit de platen 3. Een volledige bepaling van de mechanische eigenschappen van dichte asfaltmengsels vraagt daarom veel tijd. Zeker als het gedaan moet worden op de wijze die voorgeschreven is. In Figuur 0 is, voor een zeer reëel geval, het tijdsverloop aangegeven tussen het begin en het eind van zo n bepaling. Hierbij zij opgemerkt dat er verondersteld is dat er twee vijzels ter beschikking staan voor de meting van de vermoeiing. Indien er één vijzel beschikbaar is, is de totale doorlooptijd ongeveer een week langer. Verder is er van uit gegaan dat er geen beperking is van personeel; de proefstukken moeten s morgens voor en s avonds na de normale werktijden ingezet worden. Uiteraard is deze ongelukkige timing een gevolg van de opgelegde proefcondities. Overigens lopen de proeven normaliter zelfstandig: toezicht is niet nodig. 3 Indien vermoeiing gemeten wordt met een andere opstelling ook beschreven in de norm-, dan is die rustperiode niet altijd nodig: voor de tweepuntsbuigopstelling met trapeziumvormige proefstukken en voor de indirecte trekopstelling (cilindervormige proefstukken) wordt geen rustperiode voorgeschreven. 3

4 Direct valt op dat de grootste tijd geconsumeerd wordt door de genoemde rusttijden, waarbij kennelijk het asfalt moet besterven 4. Figuur 0: Doorlooptijd van bepaling van mechanische eigenschappen van dichte asfalt mengsels dagen (doorlooptijd) Activiteit mengsel idee (samenstelling) materiaal verzamelen Mixen: omhulling & homogeniteit Holle Ruimte (VMA,VfB, V) Watergevoeligheid Vervorming Vermoeing / stijfheid maken platen thermostreren besterven meten op 2 vijzels Rapporteren Uit het voorschrift voor de bepaling van de weerstand tegen vermoeiing blijkt dat er bij de bepaling van de vermoeiingsweestand 5, uitgedrukt in ε 6, niet minder dan 18 balkjes beproefd moeten worden, waarvan er 6 een levensduur moeten hebben van meer dan (en dat zijn beproevingstijden van 11 uur per stuk). Nu zullen de voorschriften gerespecteerd moeten worden. Dat betekent dat uiteindelijk de procedure doorlopen moet worden. De vraag is daarom: hoe kan -na zo kort mogelijke doorlooptijd- een redelijke schatting van de uiteindelijke waarden verkregen worden, zodat tijdverlies en kosten voorkomen worden. Besterven Belangrijk voor de doorlooptijd is de rustperiode of de bestervingstijd. Volgens voorschrift is dat twee weken, waarbij de proefstukken bewaard moeten blijven bij een temperatuur tussen 0 en 20 C. In de literatuur is niet beschreven wat er precies gebeurt in die bestervingstijd. Mogelijk komt het van het vroeger (eind jaren 1980) ontstane gevoel dat tijdens die periode het mengsel nog wat stijver wordt en nog wat meer weerstand tegen vermoeiing ontwikkelt. Ook kan in de praktijk nog steeds regelmatig het geluid gehoord worden dat asfalt niet direct na afkoelen opengesteld moet worden voor het verkeer, omdat de sporen er dan in springen dit zou betekenen dat rustperioden voor de tri-axiaalproef van belang is!-. In elk geval zijn er vanuit de theorie goede redenen om aan te nemen dat er een effect is (zie hierna). Hoe het zij, de rustperiode is onderdeel van het voorschrift en moet uiteindelijk gerespecteerd worden. 4 Met Besterven wordt de rustperiode aangeduid, direct na het maken van de proefstukken, tijdens welke het mengsel onbelast bewaard blijf, bij kamertemperatuur. Zie Voetnoot 3. 5 De vermoeiingsweerstand ε 6 is de rek waarbij 10 6 (= ) lastherhalingen opgelegd kunnen worden in een vermoeiingsproef. 4

5 Uiteraard kan, voor het onderbouwen van de verwachting van de proefresultaten, wel een mogelijk effect van de rustperiode verrekend of gesimuleerd worden. Kent men die, dan kan men eerder meten, de resultaten vermenigvuldigen met een bestervingsfactor en of direct het mengsel aanpassen of met vertrouwen de gehele procedure uitvoeren 6. Zoals gezegd, het precieze proces dat zich afspeelt tijdens besterving is niet bekend. Hier moet dus (nu) gespeculeerd worden. Het ligt voor de hand te denken aan iets waarbij het bindmiddel betrokken is. Om er enkele te noemen: er kan een doorgaande ruimtelijke oriëntatie zijn, waarbij de samenstellende delen van het bindmiddel zich op zichzelf en op elkaar heroriënteren en een meer stabiel geheel gaan vormen. (Denk hierbij aan een zak met magneetjes: die vormen het meest stabiele geheel als de tegenpolen tegen elkaar liggen.) In fysisch-chemische zin kan hierbij gedacht worden aan de vorming van inter- en intra-moleculaire bindingen, de vorming van micellen, het scheiden van fasen, etc. Bij polymeer modificaties kan zoiets ook optreden. Immers, het polymeer is gezwollen in het bitumen en heeft daarbij uiteraard een evenwicht bereikt. Voor de ligging van dit evenwicht de hoeveelheid geabsorbeerd materiaal- is ongetwijfeld onder meer de temperatuur belangrijk. En die temperatuur wordt verlaagd, waarmee het evenwicht verlegd wordt. Als het systeem (bitumen en modificatie) dit evenwicht niet kan volgen zal dat na-ijlen. Dan wordt dat evenwicht gezocht en ten slotte gevonden- tijdens de rustperiode. de hechting tussen het bindmiddel en de vulstof of het aggregaat. Hier geldt ook dat dit afhankelijk is van de temperatuur, en als de temperatuur te snel verandert, dan zoekt het systeem vertraagd het evenwicht. Al deze speculaties hebben gemeen dat het systeem (of deelsystemen) door de temperatuursveranderingen uit hun natuurlijk evenwicht raken en daardoor niet hun maximale stabiliteit halen. Dit wordt uiteraard opgelost door de temperatuur in een kritisch gebied langzamer te laten verlopen. Dit kritische gebied ligt waarschijnlijk rondom het verwekingspunt. De suggestie is dan ook om de proefstukken gedurende langere tijd rondom deze temperatuur te houden. Vermoeiingsproeven De tweede belangrijke langdurige tijdvragen is de vermoeiingsproef. Het officiële voorschrift vraagt het doormeten van 18 balkjes, waarvan 6 bij een rekniveau dat leidt tot lastherhalingen, 6 bij een niveau dat leidt tot en 6 bij een rek die leidt tot In totaal vraagt dat een doorlooptijd (op één vijzel) van 6 dagen, als de operator 12 uur per dag aanwezig is en er helemaal niets tegen zit. Het is reëler om uit te gaan van 8 dagen. Om tot een snelle eerste indicatie te komen ligt een eerste meting bij een rekniveau gelijk aan de (minimaal) geëiste ε 6 voor de hand. Wordt hierbij minimaal een miljoen lastherhalingen gehaald, dan is de eerste test succesvol.. Een alternatief is om eerst een meting te doen bij een hogere rek, waarbij het aantal lastherhalingen tussen en is (bij een dubbele vijzel direct twee metingen doen!). Dan een tweede meting uitvoeren bij een niveau met tot lastherhalingen. 6 Het is de vraag of er ontheffing van de letterlijke procedure verleend kan worden als een iets gewijzigde procedure wordt toegepast, met aantoonbaar dezelfde resultaten. 5

6 Vervolgens kan uit de zo verkregen metingen een eerste schatting gemaakt worden van ε 6. Deze alternatieve procedure vraagt ongeveer 7 uur. Aanbeveling 1. Op zeer korte termijn dienen er procedures ontwikkeld te worden die de doorlooptijd van het experimentele gedeelte van Type Testing drastisch beperken. 2. Bij de betrokken Europese instanties dient gelobbyd te worden om te zien of verkorte procedures met aantoonbaar dezelfde resultaten- geaccepteerd worden als wijze waarop officiële Type Testing verkregen kan worden. Stellingen 1. Als Type Testing een doorlooptijd heeft van meer dan 22 dagen, zal het niet functioneren en schade doen aan de bedrijfstak. 2. Het is mogelijk de effecten van besterven weg te nemen door de proefplaten een warmtebehandeling te geven. 6