GIETASFALT: ACHTERGROND VOOR DE NIEUWE EISEN EN AANDACHT VOOR VERWERKBAARHEID

GIETASFALT: ACHTERGROND VOOR DE NIEUWE EISEN EN AANDACHT VOOR VERWERKBAARHEID LIEVE GLORIE Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw Summary Gietasfalt wordt gebruikt als waterdichting (van bruggen en parkeerdaken), bescherming van een waterdichting, als rijlaag (voor wegen, fiets- en voetpaden en parkeerdaken), voor weggoten en voor reparaties. Het OCW voerde onderzoek uit naar de gevoeligheid voor blijvende vervorming en scheurgevoeligheid. De bevindingen leidden tot invoering van eisen hiervoor in de typebestekken. Gietasfalt met hoge weerstand tegen blijvende vervorming en lage temperatuur gietasfalt zijn vaak moeilijker te verwerken. Om de verwerkbaarheid van gietasfalt beter te kunnen beoordelen werd een verwerkbaarheidsmeter ontwikkeld in het OCW. L asphalte coulé est employé comme étanchéité (pour les ponts et les parkings sur toiture), comme protection d une étanchéité, comme couche de roulement (pour les routes, les pistes cyclables, les trottoirs et les parkings sur toiture), pour les caniveaux et pour les réparations. Le CRR a réalisé une étude portant sur sa sensibilité à la déformation permanente ainsi qu à la fissuration. Les résultats ont mené à l introduction d exigences en la matière dans les cahiers des charges types. L asphalte coulé de résistance élevée à la déformation permanente et l asphalte coulé à basse température sont souvent plus difficiles à mettre en œuvre. Le CRR a développé un dispositif de mesure de l ouvrabilité afin de mieux évaluer l ouvrabilité de l asphalte coulé. 1. Inleiding Gietasfalt kan voor vele toepassingen worden aangewend. Mits de juiste formulering kan het worden gebruikt als waterdichting (van bruggen en parkeerdaken), bescherming van een waterdichting of als rijlaag. Maar ook voor weggoten, voor rijlagen van fiets- en voetpaden en voor parkeerdaken wordt dit materiaal graag gebruikt. Het behoeft geen verdichting en leent zich goed tot manuele aanleg waardoor gemakkelijker dan met andere asfalttypes moeilijke geometrieën kunnen worden uitgevoerd. Het is een duurzaam materiaal (hoog bitumengehalte en zeer lage holle ruimte waardoor waterdicht), uitvoerbaar in verschillende kleuren, geluid reducerend indien nodig en recyclebaar. 1

Als afdichting dient gietasfalt te beantwoorden aan de Europese norm EN 12970; voor de overige gietasfaltsoorten dient de geharmoniseerd norm EN 13108-6 te worden gevolgd. Sinds jaar en dag wordt op gietasfalt een intandingsproef (sinds de invoering van de Europese proefmethode indeuking genoemd) uitgevoerd. De enige proef die naast de bepaling van de samenstelling op dit materiaal diende uitgevoerd te worden. De proef moet een idee geven van de weerstand tegen blijvende vervorming van het materiaal. In het verleden was dat de Wilson intanding (ref.1), nu is deze vervangen door de Europese proefmethode op kubussen (ref.2). Omdat er in het verleden problemen werden vastgesteld met een gebrekkige weerstand tegen blijvende vervorming van sommige mengsels, werd in het OCW onderzoek gevoerd naar de inzetbaarheid van de spoorvormingsproef (ref.3) en de uniaxiale cyclische drukproef (ref.4) voor gietasfalt. Ook de ponsproef uit de goedkeuringsleidraad G0001 van BUtgb (ref. 5) werd opgenomen. Een betere weerstand tegen blijvende vervorming kan worden bekomen door stijvere mengsels te maken maar dit kan dan weer leiden tot mengsels die scheurgevoelig worden bij lage temperatuur. Om dit op te vangen werd ook onderzoek verricht naar het gedrag bij koude temperaturen. Hiervoor werden de verhinderde krimpproef (ref.6) en de TSRST (Tensile Stress Restrained Specimen Test) (ref.7) aangewend. Ook de vermoeiingseigenschappen (ref.8) en de stijfheidsmodulus (ref.9) van gietasfaltmengsels werden onderzocht. De resultaten van dit onderzoek leidden tot invoering van eisen voor enkele van deze kenmerken in de nieuwe versies van de typebestekken. De keuzes die gemaakt werden zullen hierna worden toegelicht. De aanmaak en plaatsing van gietasfalt gebeurt bij hoge temperatuur (rond 230 C) maar er worden veel inspanningen geleverd om deze temperatuur terug te dringen tot (onder) 200 C. Productie en verwerking bij lagere temperatuur zorgt voor een reductie van energie en emissies en betere werkomstandigheden voor de plaatsers (minder heet en minder dampen). Uiteraard mogen de prestatie-eigenschappen van het materiaal niet achteruitgaan door deze temperatuurverlaging en moet het kunnen geplaatst worden (temperatuur verlaging kan gepaard gaan met viscositeitsverhoging van het mengsel). Vandaar dat het belangrijk is om over proeven te beschikken om de prestaties te kunnen beoordelen. Dit was een belangrijke bijkomende reden om aan het OCW onderzoek te verrichten omtrent het zoeken naar passende prestatieproeven voor gietasfalt. Een goede weerstand tegen blijvende vervorming en een verlaging van de productie- en verwerkingstemperatuur mag zoals gezegd, de verwerkbaarheid (vaak manueel werk) niet in het gedrang brengen. Om dit aspect beter te beheersen werd in het OCW een verwerkbaarheidsmeter voor gietasfalt gebouwd waarmee de roerweerstand in functie van de dalende temperatuur van het mengsel wordt opgemeten. Eens de roerweerstand boven een bepaalde grens komt, dan is het mengsel niet meer verwerkbaar. 2

Het onderzoek kon worden gevoerd met de steun van federale overheid FOD economie en het Belgisch Bureau voor Normalisatie. 2. Nieuwe eisen in de type bestekken Het voorstel voor nieuwe eisen op gietasfalt voor de type bestekken steunt op onderzoek dat in het OCW werd gevoerd (ref.10)(ref.11). In dit onderzoek werden naast de bepaling van de samenstelling en de holle ruimte, de volgende proeven opgenomen: Voor de weerstand tegen blijvende vervorming: Indeuking volgens NBN EN 12697-20 (ter vervanging van de Wilson intanding) Uni-axiale cyclische drukproef volgens NBN EN 12697-25 deel A (volgens de Europese voorschriften vereist voor indeukingen 2,5mm voor mengsels met Dmax 11) Wielspoorproef volgens NBN EN 12697-22, large device en in lucht (in België beter gekend als de verkeerssimulator) Doorponsingsproef volgens goedkeuringsleidraad G0001 van BUtgb Voor de thermische scheurvorming: Verhinderde krimp volgens de proefmethode van het Franse Office des Asphaltes TSRST Thermal Stress Restrained Specimen Test volgens pren 12697-46 Voor de scheurgevoeligheid: Stijfheidsmodulus volgens NBN EN 12697-26 Vermoeiingsweerstand volgens NBN EN 12697-24 annex A De proeven werden uitgevoerd op 3 mengsels voor beschermlaag en 3 mengsels voor toplaag. Telkens was er een mengsel met gemiddelde eigenschappen in weerstand tegen blijvende vervorming, een maximale en een minimale variant. De doorponsingsproef is eerder van belang voor parkeerdaken dan voor wegen en wordt verder niet besproken. Voor wat betreft de scheurgevoeligheid werd vastgesteld dat de geteste gietasfaltmengsels zeer goed presteren in de vermoeiing, beter dan klassieke asfaltmengsels, als gevolg van hun hoog bindmiddelgehalte. Het is dan ook weinig zinvol om deze tijdrovende proeven systematisch te laten uitvoeren. De stijfheidsresultaten van de gietasfaltmengsels zijn vergelijkbaar met deze van andere asfaltmengsels. Gezien bijkomend de stijfheid vooral van belang is voor de draagkrachtige lagen (voor de dikkere onderlagen en bindlagen) werd besloten hier eveneens geen voorschriften aan te koppelen. Beide worden daarom niet verder besproken en zijn ook niet opgenomen in de type bestekken. 3

2.1 Indeuking en uni-axiale cyclische drukproef De indeukingsproef bestaat erin een stempel met een welbepaald oppervlak op een (gestut) proefstuk te plaatsen en onder vastgelegde condities (temperatuur, belasting, tijd) in het gietasfalt te laten indringen. De Europese proefmethode voorziet in een voorbelasting (de Wilson niet). Daarna wordt de volle belasting op het proefstuk aangebracht en wordt de indeuking na 30 minuten en 60 minuten opgetekend. De indeuking volgens de Europese norm bleek betrouwbaardere resultaten op te leveren dan de Wilson intanding die al te vaak resultaten opleverde die buiten de proeftolerantie vielen. De toename van de indeuking tussen 30min en 60min gaf nuttige bijkomende informatie aangaande de weerstand tegen blijvende vervorming. In de nationale bijlage aan EN 13108-6 werd voor dit kenmerk geen eis vastgelegd. Dit was ingegeven door gebrek aan kennis en ervaring met deze nieuwe proef. Uit het onderzoek bleek echter dat de toename best beperkt blijft tot maximum 0,8mm om de vervormingsgevoeligheid van de mengsels in te perken. Voorlopig werd dit voor beschermlaagmengsels zo in de type bestekken opgenomen. Naarmate meer praktijkervaring met de proef wordt opgedaan kan dit criterium in de toekomst worden verstrengd. Volgens EN13108-6 dient voor mengsels met een indeuking van minder dan 2,5mm (Dmax 11) te worden overgestapt op de uni-axiale cyclische drukproef (ook dynamische indeuking genoemd). In deze proef wordt een ingesloten proefstuk dynamisch belast onder gestandaardiseerde proefcondities. De proef kan bij lage indeukingen nog een onderscheidend vermogen hebben daar waar dat met de normale indeukingsproef niet meer kan. Hoewel het onderzoek veelbelovend was om met deze proef uitspraak te kunnen doen over de weerstand tegen blijvende vervorming, werd in de Belgische type bestekken voorlopig nog geen eis volgens deze proef opgelegd. Er is immers in België nog te weinig ervaring met de proef en bovendien werden de proefcondities in de loop van de jaren van het onderzoek nog in belangrijke mate gewijzigd waardoor de proefresultaten al dusdanig niet verder konden worden gebruikt. Laboratoria dienen zich bovendien uit te rusten met dure apparatuur om deze proef te kunnen uitvoeren. Het alternatief is de wielspoorproef, een proef die al lange tijd op asfaltbeton wordt uitgevoerd. 2.2 Wielspoorproef In de wielspoorproef wordt de spoordiepte opgemeten die door een over en weer rijdend wiel met een bepaalde last, aan een bepaalde temperatuur en gedurende een vastgelegd aantal overgangen wordt gecreëerd in een proefstuk. In een eerste fase van het onderzoek werden de proeven uitgevoerd volgens de standaardcondities. 4

De proefresultaten toonden echter aan dat de wiellast diende te worden verlaagd (de bekomen spoorvorming was immers veel te groot, zelfs voor goed presterende mengsels). Met 1kN i.p.v. de gebruikelijke 5kN kon de proef op de 6 mengsels worden uitgevoerd. Deze last bleek echter moeilijk tot niet instelbaar voor sommige toestellen in andere laboratoria (grotere onzekerheid op de werkelijke wiellast). Er werden nieuwe proeven uitgevoerd met 2 en 3kN. Om gevolg te geven aan de opmerkingen dat gietasfalt voor beschermlagen nooit rechtstreeks wordt bereden en dus ook in de proef niet direct aan de wiellast zou moeten onderworpen worden, werden ook proeven uitgevoerd met een toplaag bovenop het gietasfalt. Hiervoor werd een SMA-D (BK1) en een AB-4C (BK4-5) gebruikt. Aan 5kN leverde dit vergelijkbare resultaten op als de proef op het naakte gietasfalt aan 2kN. Het type van de toplaag had bovendien een invloed op het resultaat. De proef uitvoeren op een gietasfaltlaag alleen, met een wiellast van 2kN leek dan ook de goede keuze. 2.3 Verhinderde krimp en TSRST Met geen van beide proeven was er ervaring op gietasfalt. De verhinderde krimp is een Franse proef waarmee jarenlange ervaring is in Frankrijk. Een raamvormig proefstuk wordt onderworpen aan cycli van afkoelen en opwarmen waarna een visuele inspectie gebeurt op scheuren. De temperatuur wordt per cyclus met 5 C verlaagd. In de TSRST worden cilindrische of balkvormige proefstukken in een trekbank geklemd. De temperatuur wordt onder gestandaardiseerde omstandigheden verlaagd tot het proefstuk breekt. De eerstgenoemde proef is eenvoudiger in uitvoering dan de tweede maar minder precies. Toch werd voor de eerste proef gekozen omdat er in Frankrijk al ervaring mee was. 2.4 Eisen in de type bestekken In de type bestekken worden eisen opgenomen voor het minerale skelet, het minimale bindmiddelgehalte en de indeuking. Met het oog op het verbeteren van de prestatieeigenschappen van de verschillende types gietasfalt worden daarnaast nu ook de volgende kenmerken opgenomen: het percentage holle ruimte de toename op de indeuking de weerstand tegen spoorvorming de verhinderde krimp 5

Per type van mengsel en toepassingsgebied moet worden nagekeken aan welk kenmerk moet worden voldaan. Voor SB 250 versie 2.2 zijn de voorschriften te vinden in hoofdstuk 6-2.2.1.2.D; -2.2.1.4; -2.2.2.1.E. Voor Qualiroutes is dit onder het hoofdstuk Materialen: C.60. Voor TB2011 (versie 2012) zijn ze te vinden onder hoofdstuk F.6 voor gietasfalt voor rijlagen en C.40 voor gietasfalt voor afdichtingen en beschermingslagen. 3. Verwerkbaarheid van gietasfaltmengsels Het verbeteren van de weerstand tegen blijvende vervorming van gietasfalt mengsels kan tot gevolg hebben dat stijvere mengsels worden ontworpen waarvan de viscositeit dermate hoog is dat de mengsels niet meer goed te verwerken zijn. Vermits dat gietasfalt vaak manueel wordt verwerkt, verdiend dit punt dus extra aandacht. Deze aandacht voor verwerkbaarheid is ook van belang wanneer mengsels worden ontworpen die bij lagere temperatuur kunnen worden geproduceerd en verwerkt. Door de verlaging van de temperatuur bestaat het risico dat de viscositeit van de mengsels te hoog wordt waardoor de verwerkbaarheid verminderd. Vooral bij manueel werk kan dit problemen opleveren. Wordt het mengsel te stug dan belemmerd dit de goede plaatsing: het gietasfalt vloeit niet, het volgt de eventuele oneffenheden van de drager niet, gezien er geen verdichting gebeurt, kan er teveel holle ruimte achter blijven, het oppervlak kan niet egaal genoeg worden afgewerkt en de gewenste dikte wordt niet bereikt. Op dit ogenblik is er geen Europese proefmethode om de verwerkbaarheid van de mengsels vast te stellen. 3.1 De verwerkbaarheidsmeter Op basis van een Duitse werkmethode (ref.12) werd in het OCW een verwerkbaarheidsmeter gebouwd (illustratie 1). Hij omvat de volgende onderdelen: Een menger met regelbare snelheid voorzien van een roerstaaf uitgerust met een draaimomentsensor (torquesensor) Een mengkuip met deksel (uit 2 delen) voorzien van een verwarmingsmantel Een temperatuursonde (Pt100) (deze bevindt zich in het mengsel tijdens de proeven) Een draagbare PC voor het verzamelen van de gegevens van het draaimoment (koppel) en de temperatuur. 6

Illustratie 1: OCW verwerkbaarheidsmeter voor gietasfalt De verwerkbaarheidsmeter is zo opgebouwd dat hij zowel in het laboratorium als aan de plant als op de werf (mits stroomvoorziening) kan worden gebruikt. Eens het mengsel in de kuip op de juiste temperatuur en een constante snelheid van de roerder bereikt (25 t/min), wordt de verwarming uitgezet en wordt de roerweerstand in functie van de dalende temperatuur opgemeten. Normaal wordt gestart bij 240 C en gestopt bij 190 C maar bij gebruik van viscositeit verlagende middelen (om lage temperatuur gietasfalt te maken) kunnen deze temperaturen anders worden gekozen. Het volgen van de roerweerstand (weergegeven door meting van het koppel) in functie van de temperatuur, geeft aan hoe de verwerkbaarheid van het mengsel verandert met de temperatuur. 3.2 Meetresultaten in het laboratorium Bij wijze van voorbeeld worden in illustratie 2 de curves gegeven van de 3 beschermlaag mengsels (een referentiemengsel Bref, een mengsel met goede weerstand tegen blijvende vervorming Bmax, en een mengsel met minimale kwaliteiten in blijvende vervorming Bmin) zonder en met viscositeit verlagend hulpmiddel (paraffinen) (overeenkomstige mengsel aangeduid met LT). 7

Beschermlagen 5 4,5 4 3,5 Koppel (Nm) 3 2,5 2 Bref OCW Bmax Bmin Bref LT Bmax LT Bmin LT 1,5 1 0,5 0 180 190 200 210 220 230 240 250 Temperatuur ( C) Illustratie 2: Roerweerstand i.f.v. de temperatuur Het effect van het viscositeit verlagend hulpmiddel in de mengsels is duidelijk waarneembaar. Deze mengsels hebben voor eenzelfde temperatuur een beduidend lagere roerweerstand. Belangrijk is nu de grens van verwerkbaarheid te kunnen vastleggen. Uit metingen in het laboratorium en aan de plant kon worden geconcludeerd dat voorlopig een grens van 1.1Nm kan worden gehanteerd. De overeenkomstige temperatuur van het mengsel is dan de temperatuur waarop het mengsel nog verwerkbaar is. Bij een lagere temperatuur is het mengsel dan niet meer als verwerkbaar te aanzien. Dit moet nog verder worden gevalideerd met metingen op de werf. De informatie die de plaatsers kunnen geven tijdens de uitvoering moet gelinkt worden aan de metingen van het mengsel op de werf. 4. Conclusies Dankzij het onderzoek konden prestatie-eisen voor gietasfalt in de type bestekken worden ingevoerd. Dit moet er toe bijdragen dat gietasfalt de juiste prestatie-eigenschappen bezit zodat het zijn bijdrage kan leveren aan een duurzame brugbedekking of verharding. Omdat verwerkbaarheid van gietasfalt een belangrijk punt is bij de oppuntstelling van mengsels, werd een verwerkbaarheidsmeter uitgebouwd in het OCW. De laboratoriumproeven en proeven aan de asfaltplant duiden op een voorlopige grens voor de 8

roerweerstand van 1.1Nm voor de temperatuur waaronder een mengsel niet meer verwerkbaar is. De werfvalidatie dient dit nog verder te bevestigen. Referenties Ref.1 Wilsonintanding, Aflevering Proefmethodes, Proefmethode 58.10 Ref.2 NBN EN 12697-20 Bitumineuze mengsels - Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 20: Indeukingsproef op kubusvormige of Marshallproefstukken Ref.3 NBN EN 12697-22 Bitumineuze mengsels - Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 22: Wielspoorproef Ref.4 NBN EN 12697-25 deel A Bitumineuze mengsels: beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt. Deel 25: Cyclische drukproef Ref.5 BUtgb Sector Burgerlijke bouwkunde Goedkeuringsleidraad G0001(2006) Gewapende membranen op basis van bitumen gebruikt als afdichting voor bruggen en andere oppervlakken in beton berijdbaar voor voertuigen, 6.30 Ref.6 Office des Asphaltes (F) Retrait contrarié Ref.7 pren 12697-46 Bituminous mixtures - Test methods for hot mix asphalt - Part 46: Low Temperature Cracking and Properties by Uniaxial Tension Tests Ref.8 NBN EN 12697-24 Annex A Bitumineuze mengsels - Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 24: Weerstand tegen vermoeiing Ref.9 NBN EN 12697-26 Bitumineuze mengsels - Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 26: Stijfheid Ref.10 Gietasfalt en de Europese normen Eindverslag, Lieve Glorie, Claude De Backer, Joëlle De Visscher, Johan Maeck, Ann Vanelstraete, december 2009 Ref. 11 Gietasfalt en de Europese normen Uitbreiding naar lage temperatuur gietasfalt, Eindverslag, Lieve Glorie, Joëlle De Visscher, Régis Lorant, Philippe Peaureaux, Ann Vanelstraete, November 2011 Ref.12 Merkblatt für Temperaturabsenkung von Asphalt, FGSB, R2, 2011 9