ULTRA-THIN WHITETOPPING

Transcriptie

1 FACULTEIT TOEGEPASTE WETENSCHAPPEN Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter : Prof. Dr. Ir. Verdonck P. ULTRA-THIN WHITETOPPING door Dieter De Leersnyder Promotor : Prof. Ir. E. DE WINNE Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van : Burgerlijk bouwkundig ingenieur Academiejaar

2 Voorwoord Voorwoord Eind september 1999 was voor mij de start van een jaar waarin ultra-thin whitetopping één van de belangijkste termen zou zijn. Bijna een jaar later leg ik de laatste hand aan deze thesis. Dit is dan ook het moment om de vele mensen te danken waarmee ik in de loop van dit jaar in contact ben gekomen en van wie ik steun heb ondervonden. In de eerste plaats wil ik mijn promotor Prof. Ir. E. De Winne bedanken voor zijn begeleiding van deze thesis. Tevens wil ik Ir. W. Decorte danken die mij dagelijks met raad en daad heeft bijgestaan gedurende het tot stand komen van dit eindwerk. Zijn inbreng bij het tot standkomen van het hoofdstuk met de berekeningen is niet te schatten. Verder wil ik Dhr. F. Fuchs en P. Bauweraerts van het O.C.W. bedanken voor de stapel informatie die ze mij ter beschikking gesteld hebben, de goede raad die ze mij gegeven hebben, voor het verzorgen van de contacten en voor de informatie over de Belgische projecten. Dhr. J. De Groot van de firma Van Hees uit Tilburg verdient ook een woord van dank voor het ter beschikking stellen van het fotomateriaal, de informatie, zijn know-how en de gastvrijheid. Dank ook aan de mensen van de FEBELCEM, voor de vele documenten die ik ontvangen heb uit de bibliotheek en hun onverdroten inzet bij mijn vraag naar meer informatie. Tenslotte wil ik mijn ouders, vrienden en kennissen danken die, ondanks hun eigen werk, gedurende deze periode altijd voor mij klaarstonden. Hartelijk dank! Dieter De Leersnyder mei 2000 Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping

3 Toelating tot bruikleen Toelating tot bruikleen "De auteur geeft de toelating deze SCRIPTIE voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van de SCRIPTIE te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit deze SCRIPTIE." mei 2000, Dieter De Leersnyder Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping

4 Overzicht Overzicht "Ultra-thin whitetopping" door Dieter De Leersnyder SCRIPTIE ingediend tot het behalen van de academische graad van burgerlijk bouwkundig ingenieur. Promotor : Prof. Ir. E. De Winne Academiejaar Universiteit Gent Faculteit Toegepaste Wetenschappen Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter : Prof. Dr. Ir. Verdonck P. In onderhavig eindwerk wordt een studie gemaakt over de "nieuwe" overlagingstechniek ultra-thin whitetopping. Bij deze techniek, afkomstig uit Amerika, wordt een asfaltlaag 5 à 10 cm afgefreesd en wordt beton in de plaats gestort. Na het frezen, wordt het oppervlak gereinigd om een betere hechting te creëren tussen de asfalt- en de betonlaag. Bij ultra-thin whitetopping worden kleine afstanden tussen de voegen gebruikt (12 à 15 keer de betondikte). Deze methode wordt gebruikt om kruispunten, stukken weg met spoorvorming en opkrullende wegdekken te herstellen. Het eerste deel van dit eindwerk omvat een literatuurstudie over het onderwerp. Hierbij werd vooral beroep gedaan op Amerikaanse documenten, omdat de techniek daar het verst gevorderd is. In 11 hoofdstukken worden de belangrijkste zaken zoals constructie, hechting, afstand tussen de voegen, dikte van de asfalt- en betonlaag, tijdstip van zagen, betonsamenstelling, besproken. Het tweede deel bevat 3 berekeningsmethoden. Vooreerst is er een Amerikaanse berekeningsmethode, specifiek voor ultra-thin whitetopping, uitgewerkt. Dit is de enige methode die tot nu toe bestaat. Hierbij kan de benodigde dikte en de voegafstand bepaald worden met behulp van formules afgeleid uit meetresultaten en een 3D-eindige elementen berekening. Er zijn ook berekeningen gedaan met het eindige elementenpakket SAMCEF. Hierbij werd in een 2D-model de invloed van enkele bepalende parameters uit de theoretische achtergrond nagegaan. Tot slot is de klassieke berekeningsmethode van het OCW voor cementbetonverhardingen toegepast in het geval van ultra-thin whitetopping. Trefwoorden : betonoverlaging, hechting, voegafstand, berekeningsmethode. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping

5 Inhoudstafel INHOUDSTAFEL DEEL I : Theoretische achtergrond 1. INLEIDING 1 2. DEFINITIE ULTRA-THIN WHITETOPPING (UTW) 1 3. CLASSIFICATIE UNBONDED, CLASSICAL WHITETOPPING (ONGEBONDEN, KLASSIEKE WHITETOPPING) ULTRA-THIN WHITETOPPING (UTW) THIN COMPOSITE WHITETOPPING (DUNNE COMPOSIETWHITETOPPING) 2 4. GESCHIEDENIS 2 5. TOEPASSINGSGEBIEDEN 3 6. PRINCIPE VAN UTW PRINCIPE ASFALTLAAGDIKTE KLEEF Invloedsfactoren Factoren die kleef beïnvloeden Factoren die de duurzaamheid van de kleef beïnvloeden Praktisch Opmerking BETONLAAGDIKTE PLAATAFMETINGEN Voegafstand in langsrichting Voegen in dwarsrichting Werking van de voegen Gevolgen van de korte voegafstand CONSTRUCTIE VAN ULTRA-THIN WHITETOPPING CONSTRUCTIE VAN ULTRA-THIN WHITETOPPING IN 4 STAPPEN Frezen Beton storten en beschermen Het zagen Openen voor het verkeer MATERIALEN Beton Algemeen Betontechnologische kenmerken Cement Toeslagmateriaal Vulstoffen Water-cementfactor Hulpstoffen 20 Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping

6 Inhoudstafel Amerikaanse specificaties Sterkte Totale luchthoeveelheid Granulaten De zetmaat Opening voor het verkeer Vezels Algemeen Types voor UTW Staalvezels Polypropyleenvezels Praktijkervaringen Scheurvorming Herstelmethode ONDERZOEK ECONOMISCH VOORBEELDEN HET EERSTE EXPERIMENT : LOUISVILLE, KENTUCKY, IOWA, USA BENELUX Nederland België BESLUITEN EN OPMERKINGEN 32 Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping

7 DEEL I : Theoretische achtergrond Deel I : Theoretische achtergrond 1. Inleiding In het eerste deel van dit eindwerk wordt nagegaan in hoeverre de techniek reeds uitgewerkt en gekend. Hierbij wordt een definitie gegeven van ultra-thin whitetopping en aangegeven welke types er bestaan. Vervolgens wordt het principe van UTW besproken waarin aandacht wordt besteed aan de kleef, de diktes van de beton- en asfaltlagen, de plaatafmetingen. Daarna wordt dieper ingegaan op de constructie van deze overlagingen. In het hoofdstuk over materialen wordt het type beton en het gebruikt van vezels nader toegelicht. Tenslotte wordt aangegeven waar onderzoek over ultra-thin whitetopping aan de gang is en worden enkele voorbeelden besproken. 2. Definitie ultra-thin whitetopping (UTW) Ultra-thin whitetopping is een (ongewapende) betonnen overlaag (50 tot 100 mm), opzettelijk gebonden aan een bestaande asfaltlaag om een composietverharding te verwezenlijken. De voegen liggen op korte afstand van elkaar om buigspanningen (en dus het risico tot scheurvorming) in de betonnen overlaag te reduceren. Het kan als een duurzaam alternatief worden beschouwd voor de reconstructie van wegen met spoor- en/of ribbelvorming in asfalt. Ultra-thin whitetopping werd ontwikkeld begin de jaren '90 in de V.S. en onderscheidt zich op 3 manieren van de klassieke whitetopping (gewone overlaging, zie verder) : De betonnen overlaag is wezenlijk dunner dan bij klassieke whitetopping. Het gaat hier om een dikte van 50 tot 100 mm (2 tot 4 inch). De hechting tussen de betonnen overlaag en de bestaande, onderliggende asfaltlaag zorgt voor een composietwerking. Korte afstanden tussen de voegen. De functie van een dunne overlaagconstructie is : 1. het verbeteren van de oppervlakte-eigenschappen van de weg 2. het verhogen van het constructief draagvermogen. Waarom dun overlagen? Dik als het kan, dun als het moet. Men moet inderdaad bedenken dat dun overlagen in het specifieke domein van de wegenbouw spitstechnologie is. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 1

8 DEEL I : Theoretische achtergrond 3. Classificatie Whitetoppings zijn te classificeren in 3 categorieën : 3.1 Unbonded, classical whitetopping (ongebonden, klassieke whitetopping) Tot 1991 werd in de meeste projecten niet gestreefd naar een goede hechting tussen de asfalten de betonlaag. We noemen deze techniek nu de "gewone" of de " klassieke" whitetopping. Definitie : Een betonnen overlaging, gewoonlijk met een dikte van 100 mm of meer, onmiddellijk op de bestaande asfaltlaag gebetonneerd. 3.2 Ultra-thin whitetopping (UTW) Definitie UTW : zie vorige paragraaf 3.3 Thin composite whitetopping (dunne composietwhitetopping) Dit is een verdere evolutie van UTW. Waar ultra-thin whitetopping eerder gebruikt wordt voor toepassingen met lichter verkeer, is recent een analoge techniek toegepast op druk bereden snelwegen. In Amerika weren 3 experimenten uitgevoerd om deze techniek te beoordelen (TCW). Het gaat hier over betonnen overlagingen met een dikte variërend tussen 100 en 175 mm waar men een hechting probeert te verwezenlijken tussen de 2 materialen. Het is een ultra-thin whitetopping met een grotere dikte. Definitie TCW : Een betonnen overlaging (> 100mm) opzettelijk gebonden aan een bestaande asfaltlaag om een composietbekleding te creëren. De voegen liggen op korte afstand van elkaar om spanningen in de betonnen overlaag te reduceren. 4. Geschiedenis De basis voor deze techniek werd reeds gelegd in 1918 in Amerika. Toen werd voor het eerst een whitetopping toegepast op South 7th Street in Terre Haute, Indiana. De bestaande wegverharding kreeg een 75 tot 100 mm dikke overlaging in gewapend beton. Gedurende de jaren 40 en 50 werden op grote schaal flexibele oppervlakken van militaire en burgerlijke luchthavens verstevigd door een extra laag vlak beton om de lasten van de vliegtuigen te dragen. Vele van deze bekledingen werden opgevolgd en het blijkt nu dat, na zoveel jaren dienst, de meesten nog steeds dienst doen [2]. In de jaren 50 en 60 werd de techniek af en toe gebruikt om tegelijkertijd de frequentiecapaciteit te verhogen en het wegdek van bestaande autosnel- en landwegen te verstevigen. In dezelfde periode en ook nog in de jaren 70 werden in de staat Californië meerdere asfaltwegen overlaagd met een 175 mm 225 mm dik vlak beton. Drie onafhankelijke Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 2

9 DEEL I : Theoretische achtergrond studies, uitgevoerd van 1977 tot 1981, bevestigden dat deze vakken na 20 jaar nog in uitstekende staat verkeerden. Vanaf midden de jaren 70 steeg voornamelijk in de VS de populariteit van whitetopping sterk en dit tot op vandaag. Wat ultra-thin whitetopping betreft, werd reeds in 1988 geëxperimenteerd in Kentucky (90 mm) en in 1990 in Colorado (90 en 125 mm). De echte basis voor deze techniek is gelegd in 1991 te Louisville, Kentucky. Daar werd de toegangsweg tot een stort overlaagd met 50 en 90 mm (2,0 en 3,5 in.) vezelversterkt beton. De voegafstanden bedragen 0,6 en 1,8 m (2 en 6 ft.). De platen werden voorzien om spanningen en vervormingen te meten onder het gewicht van de vrachtwagens, waarvan het gewicht werd gemeten. De resultaten van dit proefvak hebben ervoor gezorgd dat deze techniek ook in Mexico, Canada, Zweden en andere staten in de V.S. toegepast en onderzocht is. Recent werd een proefvak uitgevoerd in Nederland. In Belgie werd tussen 1982 en 1988 geëxperimenteerd met dunne overlagingen. Het onderzoek pas te in de noodzakelijke, toekomstige renovatie van het Belgische wegennet. Hierbij werden overlagingen aangebracht voor een totale oppervlakte van m². 8 vakken zijn met 10 à 12 cm staalvezelbeton uitgevoerd en 4 met 12 tot 16 cm dik, doorlopend, gewapend beton [1]. In de loop van het voorbije jaar is er in Belgie een eerste ultra-thin whitetopping proefvak aangelegd (zie paragraaf 9.3.2). 5. Toepassingsgebieden Stukken van wegen waar veel geremd en versneld wordt (vb. aan verkeerslichten) Landwegen Vliegvelden Bushaltes Parkings Taxi stops Voor druk bereden wegen is een TCW eerder van toepassing. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 3

10 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping 6. Principe van UTW 6.1 Principe De hechting tussen de 2 lagen zorgt ervoor dat een composietverharding verkregen wordt. Voor een last in het midden van de plaat komt de neutrale as, door de composietwerking, lager te liggen en verminderen de trekspanningen aan de onderkant van de betonplaat (zie Figuur 1.1.) mm Beton N.L. neutrale as N.L. Asfalt Zonder hechting Met hechting Figuur 1.1. Invloed hechting op spanningen in beton. In de hoeken kan dit het omgekeerde effect hebben. Er kan een verhoging van de spanningen in de hoeken aan de bovenkant van de plaat optreden, ten gevolge van het verlagen van de neutrale as (zie Figuur 1.2.). De hoekspanningen verminderen echter door de grotere dikte die in rekening kan gebracht worden ten gevolge van het samenwerken van de 2 lagen. De trekspanning bovenaan de hoek kan verhogen indien het effect van het samenwerken klein is ten opzichte van het zakken van de neutrale laag. druk druk trek trek N.L. N.L. N.L. N.L. Zonder kleef Met kleef Zonder kleef Met kleef Aan de randen Op de hoeken Figuur 1.2. Invloed van de hechting. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 4

11 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Wanneer de neutrale as laag genoeg is, kan het zijn dat de spanningen in de hoeken kritisch worden in plaats van deze aan de randen van de plaat. Dit is ook afhankelijk van de materiaal- en laagkarakteristieken. Dit verklaart waarom bij veel UTW-projecten scheurvorming in de hoeken optreedt. Daarom moet de ontwerper naar beide spanningen (hoeken en randen) kijken en zo de kritische plaats van de wiellasten bepalen voor zijn berekeningen [2]. Voor een last op de hoek gelden dus 2 effecten : 1. Spanning verlaagt doordat er een grotere doorsnede meewerkt. 2. Spanning verhoogt bovenaan doordat de neutrale lijn zakt. Als het effect van de grotere doorsnede groter is dan het tweede, is ook hier een positieve werking te vinden. Dit is echter meestal niet zo. Het volgende voorbeeld komt vaak terug. Tabel 1.1. geeft de theoretische trekspanningen in een betonnen overlaag van 75 mm over een asfaltlaag van 100 mm onderworpen aan een belasting van 36 kn in langsrichting (in de veronderstelling dat normale materiaalkarakteristieken gebruikt worden) [3]. Tabel 1.1. Maximale trekspanningen langs het vrije einde van een betonnen plaat (N/mm²) Maximale trekspanningen in de hoek van een betonnen plaat (N/mm²) geen kleef met kleef geen kleef met kleef 8,49 2,90 6,12 3,68 In beide gevallen komt het erop neer dat de kleef de trekspanningen in de betonplaat vermindert, waardoor eventueel scheuren kunnen voorkomen worden. Dit komt natuurlijk de duurzaamheid ten goede. Uit een Amerikaanse berekening van een 5 cm en een 9 cm dikke ultra-thin whitetopping blijkt dat de spanningen sterk worden gereduceerd bij kleef. Uit de onderzoeksresultaten blijkt ook, dat de werkelijke spanningen goed overeenkomen met de berekeningen waarbij hechting wordt verondersteld (zie Figuur 1.3.). Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 5

12 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Trekspanningen aan de rand van een plaat Trekspanning (N/mm²) ,0 2,6 2,9 8,2 3,6 Theoretisch-ongebonden Theoretisch-gebonden In situ 1, mm 75 mm Overlaagdikte Figuur 1.3. Invloed hechting : theoretisch en ongebonden. Tijdens de gebruiksfase van de weg zullen door krimp en temperatuursverschillen over de betondikte, opgelegde vervormingen ontstaan in de betonnen overlaagconstructie. Door de vervorming van de overlaag worden schuifspanningen in het hechtvlak opgewekt. De grootte van deze schuifspanningen is niet alleen afhankelijk van de mate van de krimp en het verschil in temperatuur, maar ook van de laagdikte en de stijfheid van de overlaag. Zolang de hechting intact is, zal de verkeersbelasting slechts geringe trekspanningen in de overlaag en het hechtvlak veroorzaken. Bij onthechting zullen door de verkeersbelasting, aan de onderzijde ervan trekspanningen ontstaan, die kunnen leiden tot scheurvorming. 6.2 Asfaltlaagdikte Als standaard in Amerika en goede richtlijn geldt dat minstens 75 mm (3 inch) asfalt moet blijven onder de overlaag [2,5]. Deze eis wordt gesteld zodat het asfalt een goede composietsectie kan vormen, met de aan te brengen betonlaag. Er moet voldoende asfalt aanwezig zijn om de trekspanningen in het beton te beperken en er moet voldoende beton aanwezig zijn om de spanningen in het asfalt te beperken. Een dikkere asfaltlaag verbetert de draagcapaciteit van het geheel omdat het een dikker UTW-geheel vormt en het zelf een groter deel van de last opneemt. Hoe meer het asfalt opneemt, hoe lager de neutrale as in het beton komt te liggen en hoe kleiner de spanningen onderaan de rand zijn (zie Figuur 1.4.). Voor een bepaalde dikte bekomt men kleinere trekspanningen onderaan de betonlaag. Een dikkere asfaltlaag zorgt ook voor kleinere rekken in het asfalt [2]. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 6

13 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Beton N.L. N.L. Asfalt 50 mm 100 mm Trekspanningen beton = 5,73 N/mm² Trekspanning beton = 3,68 N/mm² Figuur 1.4. Invloed asfaltdikte. Voor een dikke asfaltlaag ten opzichte van de betondikte kan de neutrale lijn in de asfaltlaag liggen. Opmerking : In Florida zijn 2 experimenten uitgevoerd met een dikte van 3,8 cm voor de resterende asfaltlaag. De dikte van de betonlaag varieert tussen 50 en 100 mm. Na 2 jaar lijken de resultaten bevredigend, maar verder onderzoek zal moeten uitwijzen of dit volstaat [6]. Het komt er dus op aan om, alvorens de werken beginnen, kernen te boren en zo de aanwezige asfaltdikte te bepalen. 6.3 Kleef Dit is zonder twijfel het belangrijkste aspect van ultra-thin whitetopping en bepaalt de kwaliteit van de constructie. Daarom is de UTW-techniek zo delicaat. Ze staat of valt met de nauwkeurigheid van de uitvoering. Het is bewezen in de vele proefvakken dat een hechting van vers beton op gefreesd asfalt mogelijk is en dat deze binding grotendeels afhangt van de vakbekwaamheid van de aannemer. Het woord kleef omvat hier zowel de adhesie als de wrijving tussen de 2 platen. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 7

14 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Invloedsfactoren Factoren die kleef beïnvloeden Het is bekend dat de hechting afhankelijk is van volgende factoren : 1. de behandeling van het asfaltoppervlak 2. de betonsamenstelling 3. de hydratatiegraad 4. de warmte- en sterkteontwikkeling in en van jong verhardend beton 5. de verhardingsomstandigheden tijdens de eerste 48 uur 6. de gradiënten (thermisch en hygrisch= vocht en temp.) over de dikte van de overlaagconstructie 7. Testen met een kleefmiddel op basis van silica fume leveren goede tot zeer goede resultaten op. Maar ook zonder een dergelijke kleeflaag kunnen in het laboratorium goede resultaten worden behaald. Het aanbrengen ervan is een risicovolle onderneming. De uitvoering en de materiaalkeuze hebben invloed op het verzekeren van de kleef Factoren die de duurzaamheid van de kleef beïnvloeden De hechting moet blijvend zijn. Dit betekent dat de verbinding tussen de overlaag en de bestaande constructie bestand moet zijn tegen de optredende vervormingen, spanningen en tegen vermoeiing. Op de duurzaamheid van de hechting kunnen de volgende factoren invloed hebben : 1. Opgelegde vervormingen door temperatuur- en vochtgradiënten en de invloed van tijdsafhankelijk gedrag van verhardend/verhard beton zoals spanningsrelaxatie, krimp en kruip. Aangezien ongelijkmatige krimp een belangrijke parameter is voor duurzame hechting, moet gestreefd worden naar krimpbeperkende maatregelen. Hierop kan op 2 manieren ingespeeld worden nl. met betontechnologische middelen en door zorg bij uitvoering en nabehandeling [7]. betontechnologische maatregelen : - gebruik van krimparme cementsoorten; - een gelijkmatige korrelverdeling van het toeslagmateriaal; - toepassing van superplastificeerder om de watercementfactor te reduceren; Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 8

15 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping zorg bij uitvoering en nabehandeling : - zorg dragen voor een gelijkmatige warmte-ontwikkeling tijdens verharden met name tijdens de eerste 48 uur; - bescherming tegen plotselinge temperatuursveranderingen; - een goede nabehandeling (curing compound + isolerende). Problemen in verband met krimp zijn in de VSA opgetreden met staalvezelbeton met hoge vezelgehaltes (ca. 100 kg/m³) en daaruit voortvloeiende hoge watergehaltes. De hoge hydratatiekrimp die hiermee gepaard gaat, zorgt ervoor dat het bovendeel van de overlaag vrij krimpt, terwijl het onderdeel belemmerd wordt door de wrijving met de onderlaag. Deze differentiële volumeverandering (curling) blijkt na 60 à 90 dagen op te treden. Samen met gradiëntverschijnselen in de plaat kunnen hieruit belangrijke openingen (0,5 tot 1,5 cm) onder de plaathoeken optreden. 2. Opgelegde belastingen door het verkeer met een dynamisch karakter, zoals trillingen en vermoeiing. Hoewel van minder belang, kan schade in de overlaag ook het gevolg zijn van gebreken in het bestaande wegoppervlak, zoals voegen en scheuren, en van dikteverschillen in de overlaag door verkanting of vervorming in de bestaande wegconstructie Praktisch Fysisch ontstaat de hechting doordat beton en cementmelk in de poriën en de groeven van het asfalt dringen. In doorgezaagde kernen ziet men als het ware vingers van de betonlaag die in het asfalt zijn gedrongen. Daarvoor is het ook zo belangrijk dat de poriën open zijn (bvb. door ze met lucht uit te blazen). Bij het proefvak in Nederland (firma Van Hees uit Tilburg) werd het oppervlak gereinigd met een veegzuigwagen en daarna gespoeld met een ZOAB-cleaner (speciale reinigingsvrachtwagen, normaal voor zeer open asfaltbeton). Hierbij wordt weinig water onder een hoge druk op het oppervlak gespoten waardoor de poriën gereinigd worden en de laatste loszittende deeltjes weggespoeld. Aangezien een waterfilm niet echt positief werkt, moet men het oppervlak laten drogen. Het gaat hier om kleine waterhoeveelheden zodat dit vlug gebeurd is (functie van de luchtvochtigheid en windsnelheid). In het begin van de UTW-techniek heeft men hiermee problemen gehad. Men dacht dat een kleine waterfilm een positief effect had op de hechting, maar na enkele proefvakken werd deze techniek afgevoerd. Het tegengestelde was namelijk waar. Men mag slechts water gebruiken bij zeer warm weer. Het zwarte oppervlak van het asfalt is dan zeer warm en wanneer men hierop beton stort kan dit leiden tot te snel verharden en dus tot scheurvorming. In dit geval kan men het asfaltoppervlak licht besproeien voor de afkoeling en om te vermijden dat het beton te vlug droogt. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 9

16 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Opmerking Over de duurzaamheid van de hechting is nog maar weinig gekend. Doordat ultra-thin whitetopping nog vrij recent is en weinig proefvakken langer dan een paar jaar worden opgevolgd is het moeilijk hierover een objectief oordeel te vellen. Het enige document met relevante informatie, is het verslag van het groot UTW-project in Iowa (zie paragraaf 9.2). Hier werden kernen geboord in 1991, 1994 en Telkens werd hierop de hechtsterkte asfalt-beton bepaald. Hieruit blijkt dat de kleef bij kernen die niet uit het wielspoor genomen zijn, afneemt met de ouderdom [8]. Verder onderzoek hiernaar is gewenst. 6.4 Betonlaagdikte Ultra-thin whitetopping is gedefinieerd met een laagdikte tussen 5 en 10 cm. In praktijk zijn er ook al laagdiktes van 1 inch (2,5 cm) uitgevoerd [9]. Men kan zich hierbij de vraag stellen in hoeverre men in staat is om zo'n dunne lagen af te frezen en met een slipformpaver te maken. Men stelt dat een dikte van 5 cm het absolute minimum is voor ultra-thin whitetopping [2]. De standaard in Amerika is nu 7,5 cm (3 inch). De overlaagdikte is functie van de plaatselijke omstandigheden. Als de ultra-thin whitetopping extra sterkte moet bijbrengen, en bijvoorbeeld een dikkere laag beton wordt gelegd dan er wordt afgefreesd (bvb. om een minimum dikte van 7,5 cm asfalt (zie 5.2) te behouden), kunnen plaatselijke hindernissen voor problemen zorgen. Zo kan het zijn dat riooldeksels moeten opgehoogd worden, dat er geen boordsteen meer is of dat het moeilijk wordt om de weg een goede verkanting te geven. 6.5 Plaatafmetingen De afmetingen worden bepaald door de afstanden tussen de voegen in dwars- en langsrichting. Deze voegafstand is een factor die ultra-thin whitetopping uniek maakt Voegafstand in langsrichting Voor de voegastand wordt als norm aangegeven 12 tot 15 keer de dikte [10]. Een andere standaard is : voor iedere inch (2,5 cm) dikte neem je 1 ft. (30 cm) voegafstand [5]. Voor een dikte van 10 cm komt dit overeen met een voegafstand van 120 cm. Bij het eerste experiment in Louisville werden volgende resultaten opgemeten (Tabel 1.2.). Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 10

17 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Tabel 1.2. sectie betondikte (cm) voegafstand (cm) verhouding Voldoet de verhouding aan de marge voor UTW? % panelen met scheuren na vrachtwagens (einde van het experiment) A 5, ja 0 B 8, neen 26 C 5, neen 64 Hieruit is de verhouding. voegafs tan d betondikte = 12 à 15 bepaald. Wanneer deze waarden overschreden worden, is de kans op scheurvorming beduidend groter ten gevolge van de buigspanningen. Indien de verhouding kleiner dan 12 wordt genomen, wordt de plaat hoofdzakelijk op druk belast en kan verzakking optreden (Figuur 1.5.). 0,6 m 0,6 m 0,6 m 3,0 m Figuur 1.5 Invloed van de plaatlengte. Het argument dat zagen een grote kost is, mag hier niet overwegen. Het goede resultaat en de kwaliteit van de ultra-thin whitetopping hangen er van af! Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 11

18 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Voegen in dwarsrichting Uit de meest Amerikaanse projecten blijkt dat men streeft naar een zo vierkantig mogelijke plaat. Een verhouding lengte over breedte van 1,25 maximaal moet haalbaar zijn [11]. L 1 1,25 b Men kan het ook anders aanpakken. Wanneer het wegdek ongeveer 3.5 m breed is, zal men het vaak van 2 langsvoegen voorzien waardoor er 3 plaatstukken van + 1,20 m ontstaan. Opmerking : Voor parkings zijn in Amerika nog enkele bijkomende richtlijnen opgegeven [11]: probeer zoveel mogelijk vierkante platen te construeren. De maximale verhouding van 1,25 geldt hier ook. Beperk de snijding van 2 voegen tot Zorg ervoor dat de voegen die elkaar snijden, niet eindigen juist aan de rand. Let erop dat je 30 cm van de rand blijft en dat de voegen snijden onder een hoek van 90 (zie foto). Figuur 1.6. De voegen worden vroeg aangebracht met soft-cut-zagen en worden normaal niet opgevuld. Voor vliegvelden gebruikt men wel een silicone om de voegen te vullen. Hiermee vermijdt men dat kerosine in de voegen dringt, die de asfaltlaag kan aantasten. Aangezien de voegen zeer dun zijn en zich na verloop van tijd vullen, is er weinig last van extra geluidshinder ten gevolge van de vele voegen. Wanneer na verloop van tijd bepaalde voegen opengaan door uitzetting en krimpen mogen deze voegen worden opgevuld. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 12

19 6. Principe van Ultra-Thin Whitetopping Werking van de voegen In de gebruiksfase zal elk plaatje onder invloed van temperatuurs- en vochtverschillen zowel in langsrichting als in dwarsrichting uitzetten en krimpen. Door de relatief geringe breedte zal de beweging van de langsvoegen gering zijn. In langsrichting is echter sprake van een groot aantal platen. De vele voegen zorgen ervoor dat elk plaatje slechts over een geringe afstand uitzet. Op die manier kunnen de schuifspanningen tussen de 2 lagen beperkt worden, waardoor de hechting veel meer kans heeft om stand te houden. Het is niet praktisch om deuvels of verbindingsstaven te plaatsen in lagen van 10 cm of kleiner. Lastoverdracht gebeurt door interlocking van de korrels van de 2 platen. De lastoverdracht is sterk afhankelijk van de voegafstand en de steun gegeven door de onderliggende asfaltlaag. In vergelijking met normale betonwegen is lastoverdracht niet zo kritisch omdat de onderliggende laag een aanzienlijke steun geeft aan de voegen (De asfaltlaag is niet gescheurd) Gevolgen van de korte voegafstand 1. Het reduceert het effect van het opkrullen van de plaat door een groot buigend moment ten gevolge van de last en een temperatuurs- en vochtgradiënt (curling). Er heerst eerder druk dan buiging in de plaat (zie vroeger). 2. De kleine plaatjes hebben een minimale voegbeweging. 3. Verminderde scheurvorming omdat de hefboomsarm van de last tot het einde van de plaat veel kleiner is. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 13

20 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping 7. Constructie van ultra-thin whitetopping Een paar zaken zijn belangrijk bij de constructie van ultra-thin whitetopping. Vooral om een goede hechting te verwezenlijken, zullen bepaalde kenmerken van UTW in acht moeten genomen worden. 7.1 Constructie van ultra-thin whitetopping in 4 stappen Frezen Het voorbereiden van de bestaande asfaltlaag [2, 12]. De bestaande asfaltverharding wordt meestal voor een stuk afgefreesd (Figuur 1.7.) en proper gemaakt, om een betere en blijvende hechting van het beton op het asfalt te verwezenlijken. De breedte en de diepte van de groeven moeten gekozen worden, rekening houdend met de maximale korrelafmetingen van de steenslag in het beton. Wanneer een asfaltoppervlak is schoongemaakt (met een compressor bijvoorbeeld) komt het er op aan om het oppervlak proper te houden. Bij het proefvak van de firma Vanhees in Tilburg werd het oppervlak eerst gereinigd met een veegzuigwagen en daarna gereinigd met een ZOAB-cleaner (om de poriën te reinigen, Figuur 1.8.). Figuur 1.7. Frezen. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 14

21 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Figuur ZOAB-cleaner. Er zijn tot nu toe 3 mogelijkheden om het asfaltoppervlak ruw te maken om de hechting te verbeteren : frezen, borstelen en borstelen met luchtdruk. Uit onderzoek is gebleken dat frezen en schoonmaken voor de beste kleef zorgen [10]. Als, na het affrezen, het asfaltoppervlak opnieuw opengesteld wordt voor het verkeer of pas 's anderdaags beton wordt gegoten, moet het oppervlak nogmaals gereinigd worden. Het handigste en meest economische is frezen en reinigen net voor het storten Beton storten en beschermen Het beton wordt geplaatst met normaal materieel. Het beton wordt gespreid en verdicht met een slipformpaver (Figuur 1.9.) of een trilhek. Vaak wordt hier gebruik gemaakt van de fasttrack-paving-techniek. Hierbij wordt het herstelde wegdek in heel korte tijd (4 uur tot 2 dagen) terug opengesteld voor het verkeer door het gebruik van speciaal beton. Een hoge eindsterkte is hier niet altijd de eerste bekommernis. Het belangrijkste bij fast-track-paving is het verkrijgen van een hoge aanvangssterkte. Voor het mengsel houdt dit in dat er gekozen moet worden voor een cement waarmee aan de eisen van voor de sterkte binnen de vereiste (her)openingstijd voldaan is. Vulstoffen, hulpstoffen (superplastificeerders, plastificeerders, en luchtbelvormers) worden gebruikt [14]. Naargelang de toepassing kan een speciaal type beton gebruikt worden (vb. staalvezelbeton, fijn beton) of een bepaalde oppervlakte-afwerking voorzien worden. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 15

22 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Speciale voorzorgen moeten genomen worden tegen het te vroeg uitdrogen van het beton. Aangezien het om dunne platen gaat is de verhouding van de oppervlakte in contact met de lucht tot het volume van de plaat groot. Om onthechting en scheurvorming ten gevolge van krimp te voorkomen zijn volgende factoren van belang : - luchttemperatuur - relatieve luchtvochtigheid - betontemperatuur - windsnelheid Men raadt aan om 2 maal de normale hoeveelheid curingcompound te gebruiken. In de Amerikaanse specificaties vindt men 2 à 2,5 m²/liter (zie bijlage A). De bescherming moet onmiddellijk na de smoother van de slipformpaver aangebracht worden (nadat de waterglans is verdwenen). Hierbij moet opgelet worden dat geen curing-compound gesproeid wordt op een nabijgelegen afgefreesde asfaltlaag, aangezien dit de hechting tussen de lagen sterk Figuur Slipform-paver. vermindert. Er kan ook gebruik gemaakt worden van een curing-compound die een vertrager bevat (Figuur 1.10.). Figuur Aanbrengen curing compound. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 16

23 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Deze wordt onmiddellijk na het aanleggen op het oppervlak gespoten. Na enige tijd kan dan met een machine het oppervlak afgewreven worden waardoor er uitgewassen beton verkregen wordt. Er moet op toegezien worden dat de volledige oppervlakte goed besproeid wordt. Vaak spuit men van 1 kant waardoor de bedekking slecht verdeeld is. Het nabehandelen kan normaal ook gebeuren met plastic folie of natte jute. Bij ultra-thin whitetopping moet echter onmiddellijk begonnen worden met het zagen. Plastic en jute zouden hierbij problemen geven. Vandaar dat curing-compound gebruikt wordt Het zagen Voegen worden zo vroeg mogelijk gezaagd met lichtgewicht zagen (soff cut zagen, zie Figuur 1.11.) om scheurvorming en onthechting ten gevolge van inwendige spanningen onder controle te houden. Vanaf het moment dat erop kan lopen zonder sporen na te laten, moet men beginnen zagen. De voegen worden normaal niet gevuld [5]. Een echte techniek om het juiste ogenblik van zagen te bepalen, bestaat niet en is ook sterk afhankelijk van de gebruikte betonsamenstelling en de klimatologische omstandigheden. Afhankelijk van temperatuursverschillen, verschillen in luchtvochtigheid, bewolking, windsnelheid kan het beton vlugger harden. Beton, dat bijvoorbeeld in de koele ochtenduren wordt aangebracht en daarna is blootgesteld aan een felle middagzon bij een lage luchtvochtigheid, zal sneller verharden dan beton dat in de avond wordt verwerkt en waarbij de temperatuur in de nacht verder weinig daalt. Vandaar het belang van de curingcompound. Veel is dus afhankelijk van de ervaring van de zager. Te vroeg zagen zorgt dat er steenslag uit het oppervlak getrokken wordt en er een lelijke brede voeg ontstaat. Te laat zagen zorgt ervoor dat hechting teniet wordt gedaan door de krimp en krimpscheuren ontstaan. Zoals gezegd is de vervorming van de vele kleine stukjes minder nadelig voor de hechting dan die van 1 grote plaat. De zaagdiepte is ¼ à 1/3 van de overlaagdikte [5, 11]. Figuur Soff cut zaag. Hierdoor kan de rest van het beton scheuren over de volledige dikte, ter hoogte van de zaagsnede en zo ontstaat er interlocking. Men mag pas beginnen zagen wanneer het beton voldoende stijf is en toch moet men vermijden dat er al krimp ontstaat. De dikte van het zaagblad bedraagt slechts 2 tot 3 millimeter. De voegen worden niet gevuld. De volgorde van zagen kan ook van belang zijn. Bij grote breedtes is het vaak gebruikelijk eerst de dwarsvoegen te zagen en daarna de langsvoegen. De redenering hierbij is, dat het Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 17

24 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping tijdsverschil tussen aanleg van de verharding en zagen dan zo gelijkmatig mogelijk blijft. Wegens enkele slechte ervaringen zaagt men nu eerst de langsvoeg en dit louter om een praktische reden. Als men eerst de langsvoeg zaagt, zullen normaal geen langsscheuren meer optreden. Het is eenvoudiger om slechts enkele stukjes met dwarsscheuren te herstellen in plaats van stukken in de langsrichting. Trouwens, eenmaal een scheur in de langsrichting ontstaat, blijkt die zich blijvend voort te zetten [15] Openen voor het verkeer Dit is functie van het gebruikte beton, het weer en de plaats waar de werken worden uitgevoerd. In verstedelijkte gebieden is het een trend geworden fast-track beton te gebruiken wat toelaat de werken te beperken tot 1 weekend of zelfs tot 24 uur. 7.2 Materialen Beton Figuur UTW-oppervlak Algemeen Door het toenemende verkeer kan men zich niet veroorloven herstellingswerken weken te laten aanslepen. Een snelle openstelling van de weg is van groot belang. Bij betonwegen is het grote nadeel dat men lang moet wachten alvorens het beton is uitgehard en zijn sterkte heeft ontwikkeld. Vandaar dat de toepassing van hoge-sterkte-beton nieuwe perspectieven biedt. Dit beton kan, na 28 dagen, een druksterkte hebben tot 100 N/mm². Met deze techniek is het mogelijk om, indien nodig, na 2 dagen het herstelde wegdek open te stellen voor het verkeer (druksterkte na 2 dagen is voldoende groot), wat nuttig is voor ultra-thin whitetopping. Bovendien kan het gebruik van hoge-sterkte-beton het toepassen van de kleine diktes rechtvaardigen. Aangezien het beton zo vlug mogelijk na het frezen moet gestort worden, kan dit alles in 1 keer gedaan worden. Dit biedt de mogelijkheid om een werk in 1 weekend gedaan te krijgen, zonder veel overlast voor het verkeer. Het komt er vooral op aan om een voldoende aanvangssterkte te ontwikkelen. Hoge sterkte beton wordt reeds vaak gebruikt in de burgerlijke bouwkunde, maar vindt nu ook toegang tot de wegenbouw. De algemene betontechnologische principes voor traditioneel beton gelden ook voor hoge-sterkte-beton. Het is van belang te vertrekken van een goede, gewone betonsamenstelling en daar parameters te veranderen of hulp- en/of vulstoffen toe te voegen, zonder te schaden aan de basisregels van goed beton. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 18

25 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Betontechnologische kenmerken Cement Voor hoge-sterkte-beton worden hoge cementgehaltes ( (600) kg/m³) toegepast. In Belgie worden 3 soorten cement toegepast om hoge-sterkte-beton mee te maken. Het gaat om CEM I 42,5R; CEM I 52,5R en CEM III/A 42,5 LA. De gebruikte cementsoort heeft invloed op : - de ontwikkeling van de sterkte - de warmteontwikkeling. Bij gebruik van hoogovencement (CEM III/A 42,5 LA) kan een gedeelte (20-25%) vervangen worden door portlandcement (CEM I 42,5R CEM I 52,5R). Dit zorgt voor een versnelling van aanvangssterkte, maar niet voor een hogere eindsterkte. Vooral bij koud weer (temperatuur onder 7 C) is deze techniek aan te raden. Bij hogere temperaturen is het effect gering [16] Toeslagmateriaal Het toeslagmateriaal is ook een bepalende factor in de uiteindelijke sterkte van het beton. De druksterkte, de elasticiteitsmodulus van het toeslagmateriaal en de korrelverdeling zijn hier van belang. Bij een goed beton is de cementsteen sterker dan het korrelmateriaal. De sterkte van de toeslag is dan ook bepalend (Het breukvak gaat door de korrels). Steenslag wordt verkozen boven grint [14]. Er moet een compromis gevonden worden tussen de grote en de kleine korrels. Teveel kleine korrels zijn nadelig voor de waterbehoefte omdat de specifieke oppervlakte groot is. In Belgie wordt voor de granulaten vaak gebruik gemaakt van porfier. De bestaande (te leveren) kalibers zijn bepalend. Vaak maakt men gebruik van 2 fracties nl. 0/5 en 4/14. Wegens de beperkte dikte en de grotere sterkte worden voor ultra-thin whitetopping kleine fracties gebruikt Vulstoffen Bij gebruik van een discontinu mengsel is de kans op ontmenging en bleeding groter. Om ervoor te zorgen dat er een stabielere specie ontstaat, worden vulstoffen gebruikt. Dit zijn inerte of puzzolane stoffen, meestal fijner dan 125 µm. Enkele bekende vulstoffen zijn vliegas, silica fume. In mengsels voor hoge-sterkte-beton wordt een dosering van 5 tot 10 massaprocent van het cement toegepast Water-cementfactor Bij hoge-sterkte-beton is de water-cementfactor laag. Deze is afhankelijk van de gewenste sterkteklasse van het beton. Bij mengsels voor hoge-sterkte-beton komt dit overeen met een water-cementfactor van 0,25 à 0,40. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 19

26 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Hulpstoffen In hoge-sterkte-beton zijn hulpstoffen niet meer weg te denken. In de wegenbouw wordt meestal een superplastificeerder en een vertrager toegevoegd. De plastificeerder wordt gebruikt om het watergehalte te reduceren en de verwerkbaarheid te verhogen. De vertrager zorgt voor een langere verwerkbaarheid en een wat hogere sterkte na 28 dagen van het beton. Voor wegen worden vaak ook een luchtbelvormer toegevoegd. Hierdoor heeft het beton een hogere dooizout- en vorstbestendigheid. De sterkte neem hiermee wel af. Onderzoek heeft uitgewezen dat omzichtig moet omgesprongen worden met deze produkten. De uitwerking van het produkt is namelijk afhankelijk van de soort cement, het type zand, de luchtbelvormer en de tijd. Daarom moet van vooraf een studie uitgevoerd worden om de hoeveelheid produkt te bepalen nodig bij een bepaalde toepassing. Er moet opgelet worden dat de verschillende hulpstoffen elkaar niet beïnvloeden [17]. In bijlage B zijn enkele betonsamenstellingen gegeven die zijn gebruikt in een ultra-thin whitetopping Amerikaanse specificaties In Amerika zijn specificaties opgesteld, specifiek voor ultra-thin whitetopping-toepassingen. Voor beton in ultra-thin whitetopping vinden we het volgende terug. In bijlage A zijn de betrokken teksten opgenomen. In het typebestek 250 zijn ook enkele paragrafen gewijd aan betonoverlagingen Sterkte Gebruik beton met een druksterkte van minstens 31,0 N/mm² na 28 dagen tenzij anders gespecifieerd Totale luchthoeveelheid Tabel 1.3 Nominale maximale Totale luchthoeveelheid (%) korrelafmeting (mm) gematigde blootstelling gemiddelde blootstelling sterke blootstelling 9,5 4,5 6,0 7,5 13 4,0 5,5 7,0 19 3,5 5,0 6,0 25 3,0 4,5 6,0 Naarmate de korrelafmetingen toenemen is een kleinere luchthoeveelheid nodig. De zwaarste omstandigheden vereisen het grootste luchtgehalte. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 20

27 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Granulaten De maximum granulaatafmeting bedraagt ten hoogste 1/3 van de betondikte De zetmaat Indien gebruik gemaakt wordt van een slipform-paver mag de zetmaat maximum 25 mm bedragen. Gebruik beton met een zetmaat van maximum 100 mm voor ultra-thin whitetopping dat geplaatst wordt met ander materieel dan een slipform-paver Opening voor het verkeer Openen van de weg voor het verkeer kan wanneer het beton een sterkte heeft bereikt van 20,7 MPa Vezels Algemeen Vezels kunnen er voor zorgen dat de, o.a. door krimp en temperatuur, opgewekte spanningen homogener verdeeld worden. De vezels vertragen en controleren ook de scheurvorming door trek en buiging. Een plotse brosse breuk in ongewapend beton wordt hier vermeden door gecontroleerde scheurgroei. Vezel en matrix nemen samen de trekkracht op totdat de matrix scheurt (1 ste scheur) en alle kracht op de vezels en de nog ingrijpende granulaten wordt overgebracht. Brosse breuk die kenmerkend is voor ongewapend beton en die ontstaat door een plotse verbinding van een reeks haarscheurtjes (die altijd wel in het beton aanwezig zijn) is niet mogelijk in staalvezelbeton met een voldoende aantal goed verankerde vezels. De vezels overbruggen de haarscheurtjes en vertragen aldus het scheurmechanisme. Een verhoogde impactweerstand is ook van belang omdat zo ter plaatse van de voegen minder kans op afbrokkeling voorkomt. Hoe dan ook is de buigtaaiheid het meest kenmerkend voor staalvezelbeton. Uit de resultaten van de verschillende werven blijkt dat een 1 ste scheursterkte van 6 N/mm² gemakkelijk haalbaar is. Deze verschilt weinig of niet van beton zonder vezels. Vermoeiingsproeven karakteriseren beter de specifieke kwaliteiten (vb. taaiheidscoëfficiënt bepalen via ASTM C ). Deze vermoeiingssterkte is verantwoordelijk voor een mogelijke diktevermindering van de verharding [1]. Naar de corrosie van de vezels werd veel onderzoek verricht. Het succesvolle gedrag van buitenverhardingen, waar regelmatig met dooizouten gestrooid wordt, hangt er inderdaad rechtsreeks van af. De onderzoeksresultaten zijn echter allemaal zeer positief : ongescheurde monsters van staalvezelbeton, die gedurende 5 tot 10 jaar aan zeewater en zout werden blootgesteld, vertoonden geen spoor van corrosie. Gescheurde monsters met scheuren die niet breder zijn dan 0,25 mm, geven eveneens geen aanleiding tot corrosie. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 21

28 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Voordelen : - Hogere belastingscapaciteit, sterkte - Minder vroeg scheuren - Eenmaal gescheurd, houdt het beton toch stand, al is er dan wel een sterkere waterdoorlatendheid. - Verbetering van de buigsterkte, grotere taaiheid de vervormingscapaciteit van beton wordt verhoogd. - Verhoogde impactweerstand - Verbeterd vermoeiingsgedrag. - Voorkomt krimpscheuren en vermindert zo de waterdoorlatendheid, sterker dan gewoon vlak beton. Nadelen : - Verwerkbaarheid - Kostprijs Vezels kunnen een positieve werking hebben bij ultra-thin whitetopping, maar zijn geen noodzaak Types voor UTW Staalvezels Er is geen specifiek type vezel dat alleen gebruikt wordt voor ultra-thin whitetopping. Staalvezels worden vooral in Europa toegepast. Door aanpassing van de vorm van de vezels (vroeger waren de vezels recht en kreeg men balvorming en werden de vezels uit het beton getrokken) heeft men de benodigde hoeveelheid staalvezels kunnen terugbrengen van 100kg/m³ naar 30-35kg/m³. Veel meer mag er niet toegevoegd worden omdat anders de verwerkbaarheid in het gedrang kan komen. Soms wordt een mengsel van vezels met verschillende lengten en dikten gebruikt [1]. Glasvezels worden niet gebruikt omdat ze gevoelig zijn voor de basische cementomgeving. Voor het praktisch gebruik van staalvezels gelden nog enkele richtlijnen. Voor "dunne" toepassingen (10cm) wordt de korreldiameter beperkt tot 20 mm. Gebruik zand met een continue korrelkromme en met een fijnheidsmodulus die zeker niet kleiner is dan 2,4. Toevoeging van een waterreducerend middel is noodzakelijk. Een hulpstof kan de waterbeperkende taak overnemen. In ieder geval wordt ernaar gestreefd om het watergehalte onder de 200 l/m³ te houden. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 22

29 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping In Belgie is in de jaren '80 onderzoek verricht naar het gebruik van staalvezelbeton in de wegenbouw. Recent werd in Doornik een proefvak ultra-thin whitetopping aangelegd. Op bepaalde plaatsen is gebruik gemaakt van staalvezelbeton Polypropyleenvezels Uit een Italiaans onderzoek [18] naar het gebruik van polypropyleenvezels, konden volgende reultaten gehaald worden : - De aanwezigheid van vezels zorgt voor een vermindering van de plastische krimp. - Het bijvoegen van een beperkte hoeveelheid vezels verhoogt de druk- en de splijtsterkte van het beton. - De netstructuur die ontstaat tijdens de sterkteontwikkeling van het beton zorgt ervoor dat scheuren niet noodzakelijk voortschrijden. Dit positieve effect kan vooral van belang zijn in het begin van de verhardingsfase. - De vezels hebben een nadelige invloed bij langdurige vorst- en dooicycli. De sterkte zou hierbij afnemen. - De verwerkbaarheid kan hier ook problemen opleveren. - Polypropyleenvezels worden vaak toegepast in Amerika Praktijkervaringen Scheurvorming In de bestudeerde gevallen in Amerika is het meest voorkomende probleem scheurvorming in de hoeken (corner cracking). Een parameter die hier een grote invloed op heeft, is de voegafstand. Hoe groter de platen, hoe groter de optredende buigende momenten en spanningen. De volgende figuur geeft het percentage gescheurde panelen in functie van de oppervlakte (constante dikte) aan bij 10 proefvakken waar het effect van de voegafstand werd bestudeerd % Platen met scheuren (1996) ,5 1 1,5 2 2,5 Plaatoppervlakte (m²) Figuur Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 23

30 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping De figuur levert geen harde bewijzen voor een duidelijk verband tussen het grote aantal gescheurde panelen en de grootte ervan. Hoe dan ook, er is een lichte trend in die richting zichtbaar en het is duidelijk dat de 2 grootste percentages juist optreden bij de grootste panelen. De scheurvorming lijkt mee te vallen voor een oppervlakte < 1,5 m² [13]. Een andere parameter die hierop effect is het tijdstip waarop gezaagd wordt. Het is al meermaals voorgekomen dat wanneer men te laat begint te zagen, er scheuren optreden tijdens het zagen. Wanneer tijdens het zagen scheurvorming optreedt, moet onmiddellijk gestopt worden en op een andere plaats verder gezaagd worden. Men kan best beginnen met de langsvoegen. De scheurvorming is afhankelijk van een combinatie van factoren zoals grootte van de plaat, tijdstip van zagen, type beton, krimpeigenschappen, kwaliteit van de onderlaag, Uit opgevolgde UTW-projecten in Amerika is gebleken dat ook scheurvorming optrad aan het begin en het einde van het wegdek ter plaatse van de voeg met de asfaltlaag. Redenen hiervoor kunnen zijn : - De stoot van de voertuigen bij het overrijden van de voeg tussen beton en asfalt, wanneer de voeg een klein hoogteverschil heeft. - Voertuigbelasting op het vrije einde (er is geen interlocking). - Teniet gaan van de hechting tussen beton en asfalt ter hoogte van de uiteinden. Dit heeft er dan ook toe geleid om bij deze overgangen de betonlaag dikker te maken (zie Figuur 1.14.). Zaagsnede - oppervlak Beton h h' Asfalt w w = ongeveer 2m, meerdere platen verspreid indien nodig. h' = h + 75 mm, met een minimum van 150 mm Figuur Uitwerking van de eindvoeg. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 24

31 7. Constructie van Ultra-Thin Whitetopping Herstelmethode Herstellingen zijn dan ook nodig wanneer de toestand te erg wordt en bijvoorbeeld de plaat in 5 stukken is gebroken. In die gevallen is de enige oplossing het verwijderen van de plaat en nieuw beton gieten. Er zijn 2 manieren om het oude beton te verwijderen : - De clean-out methode - De lift-out methode Deze eerste methode is meer geschikt voor kleinere oppervlakken. Hierbij wordt het beton opgebroken en alle puin verwijderd. Bij de lift-out methode worden platen op hun geheel of grote stukken verwijderd met behulp van kettingen met pinnen die vastgemaakt worden in de plaat. Deze methode is meer geschikt voor grotere oppervlakken. In beide gevallen moet zorg gedragen worden voor de onderliggende lagen en de naburige platen. Men kan de zijkanten van blijvende platen ruw maken met een pneumatische hamer om een betere lastoverdracht tussen de nieuwe en de oude platen te realiseren. Waarschijnlijk zal door de hechting asfalt verwijderd worden samen met het beton. Losliggend materiaal moet dan ook van het oneffen oppervlak verwijderd worden. Er moet gestreefd worden naar een zo vlak mogelijke en stevige asfaltlaag. Het is in ieder geval voorzichtiger om een iets grotere betondikte te nemen dan de originele platen. De voegen worden opnieuw zo vroeg mogelijk gezaagd. Hierbij wordt gezorgd dat het originele patroon doorloopt. Net zoals bij het oorspronkelijk aanleggen van de ultra-thin whitetopping is ook hier de kwaliteit van het werk primordiaal [28]. Scriptie : Ultra-Thin Whitetopping 25