Bepaling van de indringingsdiepte van een rafelingscorrigerende maatregel voor ZOAB

Bepaling van de indringingsdiepte van een rafelingscorrigerende maatregel voor ZOAB M.F.C. van de Ven TU Delft Weg- en Railbouwkunde W. Verwaal TU Delft Ingenieurs Geologie A. Kneepkens Janssen de Jong Infra bv Th. Van Hoof Janssen de Jong Infra bv J.L.M. Voskuilen DWW Samenvatting Voor ZOAB zijn vooralsnog weinig onderhoudstechnieken beschikbaar. VIA-RAL is een rafelingscorrigerende onderhoudsmaatregel, waarmee de levensduur van gerafeld zoab met gemiddeld drie jaar kan worden verlengd. Hierbij wordt een open emulsie asfalt verwerkt met speciale apparatuur. Voor het zoab is het bekend als een onderhoudsmaatregel aan het oppervlak om verdere rafeling uit te stellen. Open emulsie asfalt kan ook beschouwd worden als integraal onderdeel van een nieuw zoab en zou dan eventueel kunnen concurreren met twee-laags zoab en dunne deklagen. Aan TU Delft is met X-ray CT scanning onderzoek gedaan naar de invloed op de ruimtelijke opbouw van het inbrengen van open emulsie asfalt in de top van een zoab laag. In deze paper wordt het product kort geïntroduceerd en getoond hoe met de niet-destructieve CT scans een beeld kan worden gekregen van de indringing ervan in de zoab laag, de mate waarin de grote korrels aan het oppervlak worden ondersteund, de holle ruimte vermindering aan het oppervlak en of er eventueel vervuiling aanwezig is in de zoab onder een dergelijke onderhoudsmaatregel. Trefwoorden Onderhoud zoab, rafeling corrigerende maatregel, open emulsie asfalt, indringing, X-ray, CT scanning, holle ruimte

1. Rafeling van zoab en rol van open emulsie asfalt De levensduur van zoab wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid rafeling die is opgetreden. Indien een bepaald percentage gerafeld oppervlak wordt overschreden, wordt in principe besloten tot het vervangen van de zoab laag. De gemiddelde levensduur van zoab ligt rond 11 jaar. Echter, de spreiding in de levensduur is groot, resulterend in levensduren tussen 5 en 15 jaar. Op het moment dat een sterke toename van rafeling wordt geconstateerd of verwacht kan een juiste onderhoudsmaatregel helpen om de levensduur te verlengen. Door de toepassing van Via-ral (voortaan: onderhoudsmaatregel/open emulsie asfalt/materiaal/product) is er een mogelijkheid om de levensduur te verlengen. De kwalitatieve beoordeling van een behandeld wegdek ten opzichte van een onbehandeld oud ZOAB wegdek is weergegeven in tabel 1 [1]. Tabel 1: Kwalitatieve beoordeling van een wegdek met als rafelingscorrigerende maatregel een open emulsie asfalt t.o.v. een onbehandeld oud ZOAB wegdek [1]. Natte stroefheid (RAW proef 150) + Remvertraging 0/+ Visuele inspectie 0 Waterdoorlatendheid -/+ Spat- en stuifwater -/+ Geluid + Via-ral bestaat uit een mengsel van gemodificeerde bitumenemulsie, cement, vulstof en steenslag. In feite ontstaat na het breken van de emulsie en curing feitelijk een zeer fijn zoab mengsel, dus eigenlijk een koud aangebracht zoab mengsel dat voortaan open emulsie asfalt wordt genoemd. Het mengsel dringt door aanleg (figuur 1, links), het walsen met een bandenwals (figuur 1, rechts), maar ook na openstelling door het verkeer in de poriën van het zoab. Het materiaal omhult door het gebruik van enige overmaat bitumemulsie ook het aanwezige verouderde bitumen en de kale stenen aan het oppervlak met een vers bitumenfilmpje. Door het materiaal worden de gaten die zijn ontstaan door rafeling opgevuld. Figuur 1: Aanbrengen van open emulsie asfalt (links) en detail van het afwalsen (rechts) Hierdoor zou de rafeling over een aanzienlijke periode worden vertraagd [1], terwijl eigenschappen als geluid, stroefheid en waterdoorlatendheid op hoog tot acceptabel niveau 2

blijven. Vooral het minder aanstoten van de autobanden, door een weer gelijkmatige steun in en aan het oppervlak voor deze banden, zorgt voor een aanzienlijke geluidreductie (zie ook tabel 1). 2. X-ray CT scanning Het doel van het onderzoek was om vast te stellen hoe het product zich nestelt in het bovenste gedeelte van de zoab laag en tot welke diepte. Daarnaast moest ook worden vastgesteld wat de holle ruimte was van het bovenste gedeelte van de zoab laag, gevuld met het product. Om een indruk te krijgen over de indringing van het product in een bestaande zoab laag en over de reductie van holle ruimte in de top van de zoablaag, die daarbij ontstaat is aan TU Delft gevraagd om een aantal zoab kernen met het product te scannen en te analyseren [2]. Hierbij is gebruik gemaakt van Rontgen straling (X-ray) waarmee de dichtheid van materialen kan worden bepaald. Voor een uitgebreide omschrijving van de techniek wordt verwezen naar [3]. De X-ray CT scan techniek wordt door TU Delft op uitgebreide schaal gebruikt om op niet-destructieve wijze inzicht te verkrijgen in de ruimtelijke samenstelling van asfalt [3], meer in het bijzonder asfaltboorkernen. In eerste instantie is op nieuwe zoab kernen, waar het product is aangebracht gekeken wat de eigenschappen van een nieuwe laag zijn. Vervolgens zijn zoab kernen met het product onderzocht. Voor een aantal kernen is de penetratie diepte van het product nader onderzocht, waarbij tevens is gekeken of er vervuiling aanwezig was in de onderzochte kernen. Vervuiling zal een afname van de holle ruimte veroorzaken. Beide aspecten zullen hierna worden toegelicht. Nieuwe ZOAB kernen zonder en met het product In figuur 2 is een voorbeeld gegeven van twee kernen van hetzelfde zoab mengsel. De linker figuur geeft de holle ruimte zonder Via-ral en de rechter figuur de holle ruimte met open emulsie asfalt. 3

kern zonder viaral kern met viaral 45 45 40 40 35 35 30 30 slice number 25 20 holle ruimte slice number 25 20 holle ruimte 15 15 10 10 5 5 0 0 20 40 60 80 100 0 0 20 40 60 80 100 Volume percentage Volume percentage Figuur 2: Holle ruimte verdeling van een zoab mengsel over de hoogte van de kern voor een kern zonder open emulsie asfalt(links) en een kern met open emulsie asfalt(rechts). Het slice nummer geeft vanaf de onderkant van de kern per mm het holle ruimte percentage op die plek. Op de horizontale as is het volume percentage holle ruimte vermeld en op de verticale as is het slice nummer aangegeven dat overeenkomt met de plek in de boorkern. Per mm wordt gescand en de slice nummers vertegenwoordigen dus een afstand van 1 mm in de kern. Slice nummer 1 geeft de onderkant van de boorkern aan(eerste mm) en de hoogste slicenummers (boven de 30) beschrijven het holle ruimte verloop per mm doorsnede aan de bovenkant. De bovenste millimeters hebben door de open oppervlakte structuur meer holle ruimte. Indien de holle ruimte op 100 % ligt, is er alleen lucht gescand en bevindt de scanner zich juist boven de top van de kern. Zo is in de linker grafiek van figuur 2 vanaf slice 36 de holle ruimte 100% en is dus het oppervlak van de kern bereikt. In de rechter grafiek van figuur 2 bevindt dit punt zich bij slice 34. Duidelijk kan bij figuur 2 rechts de invloed van open emulsie asfalt op de holle ruimte worden waargenomen. In tegenstelling tot de rechter grafiek, neemt de holle ruimte vanaf slice 26 sterk af tot slice 30, waarna de holle ruimte weer toeneemt. Hoewel hetzelfde materiaal is onderzocht kan er per individuele kern sprake zijn van enig verschil in holle ruimte. Aannemende dat dit verschil voor de twee kernen in principe gering is (jammer genoeg is de behandelde kern niet gescand voor de open emulsie asfalt behandeling), kunnen de volgende opmerkingen worden gemaakt: - De toevoeging van open emulsie asfalt in de top van de zoab heeft een duidelijke verlaging in de holle ruimte tot gevolg over een hoogte (laagdikte) van maximaal 10 mm (10 slices). Dit is ook te verwachten: de gaten en poriën in de top van een zoabdeklaag worden immers weer gevuld met een materiaal dat zelf ook maar voor circa 25 tot 30 % HR kent. 4

- Het lijkt of de boorkern met open emulsie asfalt over de hele hoogte een iets lagere holle ruimte heeft dan de onbehandelde kern. Mogelijk is dit toeval, omdat niet dezelfde boorkern is behandeld. Aanbevolen wordt om dit nader te onderzoeken. Analyse van data van Rijksweg A1 Voor Rijksweg 1, waar open emulsie asfalt is toegepast, is het belangrijk om te kijken naar de mate van vervuiling in zoab. Indien uit de CT scan analyse volgt dat de holle ruimte onder in de zoab laag echt laag is, dan is het waarschijnlijk dat er een sterke mate van vervuiling heeft plaatsgevonden. Een voorbeeld van de scanning resultaten voor de proefstukken van Rijksweg A1 is gegeven in figuur 3 en figuur 4. 2 mm onder de bovenkant 4 mm onder de bovenkant 8 mm onder de bovenkant 16 mm onder bovenkant 24 mm onder bovenkant 32 mm onder bovenkant 40 mm onder de bovenkant 44 mm onder bovenkant (grens ZOAB-onderlaag) 48 mm onder bovenkant (onderlaag) Figuur 3: Horizontale doorsnedes door kern 12 met de open emulsie asfalt op verschillende afstanden van de bovenkant van de zoab laag. 5

In figuur 3 zijn een aantal horizontale doorsnedes gegeven zoals gescand door de machine. In figuur 3 corresponderen de grijstinten met de dichtheid van het materiaal. Dit betekent dat de holle ruimtes zwart zijn weergegeven. Hieruit blijkt duidelijk dat tot op 8 mm onder de bovenkant nog enig open emulsie asfalt kan worden waargenomen. Dit bevestigt dat open emulsie asfalt tot ongeveer deze diepte indringt in de zoab. Ook is duidelijk dat tot op 8 mm diepte de ruimtes tussen de korrels nog open zijn (donker). Dieper in de zoab, naar beneden toe, wordt de ruimte tussen de korrels steeds grijzer. Dit duidt op sterke toename van de vervuiling (clogging) in het onderste deel van de zoab laag. Op 48 mm van de boven kant is duidelijk in de onderlaag gescand. In figuur 4 kan duidelijk het verloop per mm vanaf de hoogte worden waargenomen van de hoeveelheid materiaal die zich tussen de zoab korrels bevindt. Het lijkt dat op 8 mm van de bovenkant vrijwel geen materiaal meer aanwezig is. Uit figuur 4 blijkt ook dat de holle ruimte vanaf het oppervlak aanzienlijk afneemt, om vervolgens na een aantal mm weer sterk te stijgen. Dit geeft ook de indicatie dat het materiaal tot ongeveer 6 a 8 mm indringt in het zoab. De open emulsie asfalt heeft een veel kleinere maximale korrel dan de standaard zoab. Het is dus mogelijk dat het product geheel of gedeeltelijk in de holle ruimtes van de zoab kan worden gedrukt. Op deze manier kan worden beredeneerd dat het logisch is dat de holle ruimte afneemt over het gedeelte met de open emulsie asfalt. Zelfs al is de holle ruimte van de open emulsie asfalt beduidend boven 20%, dan zal dit alleen op gerafelde plekken vanaf het oppervlak deze hoge holle ruimte geven en op plaatsen waar het in de holle ruimtes van het bestaande zoab dringt in feite de holle ruimte aanzienlijk verlagen. Voorbeeld: als het zoab een holle ruimte heeft van 20% en deze ruimte zou helemaal kunnen worden opgevuld met het product (de open emulsie asfalt heeft een holle ruimte van 25 %), dan zou de holle ruimte van het mengsel theoretisch kunnen verlagen in het meest extreme geval bij volledige opvulling van de holle ruimte in de zoab naar 5% (20% -0.75*20%) = 5%). Gemiddeld zullen dan de gerafelde en de ongerafelde plekken samen leiden tot een aanzienlijk lager holle ruimte percentage over het gedeelte waar het product is binnengedrongen. Uiteraard is de indringing van het produkt afhankelijk van de verhouding tussen de graderingen van de zoab en het produkt en alleen geldig voor de beschouwde combinatie in [2]. 6

A1 kern 12 80 70 60 50 slice number 40 holle ruimte 30 20 10 0 0 5 10 15 20 Volume percentage Figuur 4: Verloop bepaald met de scanner van de holle ruimte over de hoogte van de zoab kern met open emulsie asfalt. (slice nummer vertegenwoordigt van onderuit het aantal mm, dus het open emulsie asfalt zit tussen slice 50 en 58. Slice 58 bevindt zich aan de boven kant van de zoab kern) Uit de resultaten van [2] kan worden opgemerkt dat de holle ruimte over de hoogte wel laag is, vooral ook in de zoab laag onder de open emulsie asfalt. De maximale holle ruimte ligt rond 13 %. Hiervoor kunnen twee mogelijkheden worden aangegeven, namelijk: - Of het zoab mengsel had om de een of andere reden reeds een erg lage holle ruimte voordat de open emulsie asfalt werd toegepast. - Of de zoab kern is sterk vervuild geraakt. Dit laatste is zeer waarschijnlijk, omdat de vluchtstrook ter plaatse volledig was dichtgeslibd (visueel waargenomen). Indien de vluchtstrook een slecht water afvoerend vermogen heeft, neemt de vervuiling in de zoab van de aanliggende rijbanen sterk toe. Het onderste gedeelte van de boorkern heeft zelfs een holle ruimte beneden 5 % (inclusief vervuiling) Andere mogelijke oorzaken van de vervuiling (lage holle ruimte in de CT scan) zijn: o De nieuwe opbouw (zoab met open emulsie asfalt) geeft aanleiding tot meer vervuiling onder het met open emulsie asfalt gevulde bovengedeelte van de zoab laag. Door de lagere holle ruimte kunnen de banden hun pompende en zuigende werking (reinigen) slechts beperkt doen. Maar dan zou de vervuiling in een relatief korte tijd zijn opgetreden, aangezien de tabletten vrij snel na aanbrengen van open emulsie asfalt zijn geboord. Deze veronderstelling is dus meer theoretisch! 7

o De te behandelen zoab kernen waren voor de behandeling met open emulsie asfalt reeds sterk verontreinigd. 3. Conclusies De open emulsie asfalt nestelt zich voornamelijk in het bovenste gedeelte van de zoab laag. Metingen in de tijd kunnen aangeven of dat zo blijft. De penetratie van open emulsie asfalt in het zoab, of de laagdikte waarover er sprake is van indringing blijkt maximaal 8 mm te zijn. Op basis van het holle ruimte verloop over de hoogte is een duidelijke afname zichtbaar van de holle ruimte in het met open emulsie asfalt behandelde gedeelte. Bij een beschouwing over eventuele ontwikkeling van vervuiling na een rafelingscorrigerende maatregel met open emulsie asfalt spelen de hierboven gemelde aspecten een belangrijke rol. De holle ruimte percentages van de onderzochte kernen zijn extreem laag (allemaal ver beneden 20 % met maxima rond de 15 %). Dit duidt op een afwijkend mengsel of op overmatige vervuiling van de betreffende boorkern. Met X-ray scanning kan een goed beeld worden gekregen van de plaats waar de open emulsie asfalt en de vervuiling zich bevinden. Ook kan deze techniek worden gebruikt om de invloed van eventuele aanpassingen aan de open emulsie asfalt te bestuderen. Referenties [1]. Sule, M.S. Evaluatie VIA-RAL, DWW publicatie DWW-2004-099, 2004 [2] Verwaal, W., van de Ven M., Visualisering van asfaltkernen met behulp van een CTscanner. September 2005. Rapport TA/IG/05.015, Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, TU-Delft [3] van de Ven M.F.C., Verwaal W., Voskuilen J.L.M., van Vliet D.A. Toepassing van X-ray CT scan techniek voor het karakteriseren van asfaltmengsels. Wegbouwkundige Werkdagen 2006 8