Laboratoriumbeproevingen asfalt Bouwstofanalyse / gradering Asfalt bestaat uit verschillende componenten, zoals vulstof, zand, steenslag en bitumen. Voordat asfalt geproduceerd kan worden, moeten de verschillende componenten eerst onderzocht worden op hun geschiktheid. Dit gebeurt bijvoorbeeld volgens voorgeschreven proeven uit de Standaard RAW bepalingen. Afhankelijk van de gestelde eisen, moet het mengsel aan bepaalde eisen voldoen. Door middel van een zeefanalyse kan de juiste samenstelling worden vastgesteld. De gewenste graderingen zijn vastgelegd in bijvoorbeeld de Standaard RAW bepalingen en NEN-EN 12697-2. Figuur 1: Gradering en asfaltkernen Extractie - Soxhlet extractie / automatische extractie Geproduceerd asfalt dient dezelfde samenstelling te hebben als opgegeven in het vooronderzoek. Door middel van extractie kan het asfalt weer worden ontleed in de verschillende componenten en worden gecontroleerd of de samenstelling juist is. Voor de extractie van asfalt bestaan verschillende methoden. De meest gebruikte methoden zijn de soxhlet extractie met methyleenchloride of tolueen en de (snellere) automatische extractiemethode met methyleenchloride. De specificaties van deze methoden staan o.a. in de Standaard RAW bepalingen en NEN- EN 12697-1. Bij polymeergemodificeerde bitumen kunnen er afwijkingen optreden in hoeveelheid en mechanische eigenschappen, vanwege de verminderde oplosbaarheid van sommige toegepaste polymeren. Door Ooms Civiel is daarom een handleiding opgesteld (Procedure for extraction Sealoflex bitumen). Figuur 2: Opstelling voor soxhlet extractie (links) en extractieautomaat (rechts) 1
Proefstukbereiding Marshallhamer Vervaardigen van proefstukken kan met behulp van de Marshallhamer. Met deze methode wordt een asfaltmengsel een voorgeschreven aantal malen aan beide zijden met een vallend gewicht verdicht. De specificaties van deze methode staan o.a. in de Standaard RAW bepalingen en in NEN- EN 12697-30. Gyrator Met behulp van de gyrator worden asfaltproefstukken vervaardigd. Het asfalt wordt als het ware gekneed tot de gewenste dichtheid, net zoals het in de praktijk op de weg gebeurt. Vooral voor bijzondere en gemodificeerde asfaltmengsels geeft deze methode vaak betere resultaten. Als bijzonderheid kan vermeld worden dat het met deze methode mogelijk is de weerstand tegen verdichting (shear) te meten. De specificaties van deze methode staan o.a. in de Standaard RAW bepalingen en in NEN- EN 12697-31. Figuur 3: Marshallhamer (links) en gyrator (rechts) Segmentwalsverdichter Om een meer realistisch beeld van een asfaltmengsel te krijgen, kunnen ook asfaltplaten van 500 x 500 mm en een gewenste hoogte vervaardigd worden. Hiertoe worden de benodigde bouwstoffen eerst uitgezeefd, ingewogen volgens het gewenste recept, opgewarmd en vervolgens gemengd in een grote laboratoriummenger, waarbij indien gewenst de benodigde mengenergie kan worden vastgelegd. Het geproduceerde asfaltspecie wordt vervolgens in een speciale mal met behulp van een segmentwalsverdichter (plaatverdichter) verdicht tot de gewenste streefdichtheid.. Hierbij wordt ook de voortgang van de verdichting digitaal vastgelegd. Dit apparaat kan zowel verplaatsing- als krachtgestuurd werken Uit de proefplaten kunnen vervolgens asfaltkernen worden geboord of asfaltbalken worden gezaagd voor onderzoek. 2
Figuur 4: Segmentwalsverdichter en grote menger. Verdichtbaarheid De verdichtbaarheid van asfalt is voornamelijk afhankelijk van de temperatuur en het gebruikte bitumen. De toename van de dichtheid van het proefstuk bij een bepaald aantal slagen met de Marshallhamer of aantal gyraties met de gyrator geeft een maat voor de verdichtbaarheid van het asfaltmengsel. Bepaling van de dichtheid gebeurt in het laboratorium door middel van onder en boven water wegen van proefstukken en de dichtheid van het losse mengsel. De dichtheid van het losse mengsel kan zowel berekend zijn uit de dichtheden van de losse componenten of experimenteel bepaald met behulp van een pyknometer. De specificaties van deze proeven staan in o.a. in de Standaard RAW bepalingen en in de NEN-EN 12697-8. In-situ gebeurt het meten van de verdichting met een nucleair meetapparaat (Troxler) tijdens de verwerking van het asfalt. Met deze methode is het mogelijk het aantal benodigde walsovergangen te bepalen. Een meer omslachtige manier is het boren van kernen achteraf, en deze in het laboratorium te onderzoeken. 3
Mechanische proeven Marshallproef De Marshallproef wordt uitgevoerd voor een vooronderzoek. Hiertoe worden asfaltproefstukken, welke gedurende een bepaalde tijd in een waterbad hebben gelegen, met behulp van een pers bij bepaalde voorgeschreven condities samengedrukt. De specificaties van deze proef staan o.a. in de Standaard RAW bepalingen en in NEN-EN 12697-34. Splijtproef/ indirecte trekproef Met de splijtproef kan de splijtsterkte en scheurtaaiheid van o.a. asfaltproefstukken worden vastgesteld bij verschillende temperaturen. De specificaties van deze proef staan o.a. in NEN-EN 12697-23. Monotone SCB proef De semi-circular bending proef (SCB) is een testmethode om de treksterkte en breukbestendigheid van een asfaltmengsel bepalen voor de beoordeling van de mogelijke scheurvorming. De specificaties van deze proef staan o.a. in NEN-EN 12697-44. Stempelproef Gietasfalt moet aan specifieke eigenschappen voldoen en wordt over het algemeen handmatig verwerkt. Hiervoor mag het asfalt bij de verwerkingstemperatuur niet te visceus zijn. In afgekoelde vorm moet gietasfalt echter wel aan de gestelde hardheidseisen voldoen. Deze proef kan o.a. met het mechanische als met het servohydraulische testsysteem worden uitgevoerd. De specificaties van deze proef staan o.a. in NEN-EN 12697-20. Marshallproef Splijtproef SCB proef (voor) SCB proef (na) Stempelproef (voor) Stempelproef (na) Figuur 5: verschillende testopstellingen in statische drukbank Driepuntsbuigproef (voor) Driepuntsbuigproef (na) 4
Kruip Langdurige kruip in zowel trek als druk richting kan worden bepaald door een eigen ontworpen opstelling. Hiermee kunnen de belastingen ten gevolge van langzame bewegingen van kunstwerken door seizoensinvloeden worden gesimuleerd. Figuur 6: Langdurige kruipopstelling Cantabro / Los Angeles abrasion Volgens de Cantabro proef worden proefstukken in een trommel (zonder stalen kogels!) een bepaalde tijd rondgedraaid. Het massaverlies van de proefstukken is een maat voor de duurzaamheid (rafeling). Bij voorkeur wordt de proef op lage temperatuur uitgevoerd in een klimaatkast. Met de Los Angeles abrasion worden proefstukken in een trommel met stalen kogels een bepaalde tijd rondgedraaid. De mate van degradatie van de proefstukken is een maat voor de duurzaamheid. Figuur 7: Cantabromachine 5
Servo-hydraulisch testsysteem Met verschillen servo-hydraulisch testsystemen kunnen verschillende proeven worden uitgevoerd; o.a. het beproeven van asfaltproefstukken op stijfheid, scheurvorming en spoorvorming, bij verschillende temperaturen (-20 ºC tot +80 ºC) en testcondities (zowel statisch als dynamisch (0 tot ± 30 Hz)). Dit zowel uniaxiaal als ook triaxiaal (zie ook bij CEmarkering). Door de diverse mogelijkheden van het servo-hydraulisch testsysteem, zijn uitgebreide en intensieve beproevingen mogelijk. Ook kan nagenoeg elke willekeurige (innovatieve) proefmethode worden ontwikkeld en ingebouwd. Figuur 8: Servo-hydraulische testsystemen Leutner afschuifproef Voor het beproeven van de wrijving tussen verhardingslagen kan de Leutner afschuifproef gebruikt worden. Hierbij worden van bijvoorbeeld een boorkern met 2 asfaltlagen, beide lagen zijwaarts van elkaar afgeschoven. Figuur 9: Leutner afschuifproef 6
Druk / trekproef Met het servo-hydraulisch testsysteem kunnen allerlei mogelijke statische en cyclische druk / trek- proeven worden uitgevoerd. Figuur 10: Diverse drukopstellingen SCB proef De semi-circular bending proef (SCB) is een testmethode om de treksterkte en breukbestendigheid van een asfaltmengsel bepalen voor de beoordeling van de mogelijke scheurvorming. Van deze test bestaan verschillende varianten (bijvoorbeeld monotoon / cyclisch). De specificaties van deze proef staan o.a. in NEN-EN 12697-44. Figuur 11: Cyclische SCB opstelling 7
Hechting Voor het beproeven van hechting tussen verhardingslagen is het mogelijk om directe trekproeven uit te voeren met het servo-hydraulisch testsysteem. Deze proef staat beschreven in: Arbeitsanleitungen zur Prüfung von Asphalt, ALPA-StB, Teil 9, Bestimmung der Haftzugfestigkeit von Dünnen Schichten im Heiß- und Kalteinbau, 2003 en Standaard RAW. Figuur 12: Directe trekproef Stijfheid en vermoeiing De bepaling van de stijfheid alsmede de weerstand tegen vermoeiing van asfalt kan in servohydraulisch testsystemen worden bepaald. Deze proef kan worden uitgevoerd op nauwkeurig gezaagde prismatische proefstukken in de 4-puntsbuigproef en op cilindrische proefstukken in indirecte trekproef. De specificaties van deze proeven staan o.a. in de Standaard RAW bepalingen en in NEN-EN 12697-24 en 26. Figuur 13: Vierpuntsbuigopstelling (links) en indirecte trekopstelling (rechts) 8
Spoorvorming Spoorvorming kan worden bepaald met uniaxiale en triaxiale drukproef op planparallelle cilindrische proefstukken, bij verschillende temperaturen en testcondities De specificaties van deze proef staan o.a. in de Standaard RAW bepalingen en NEN-EN 12697-25. Figuur 14: Triaxiaalopstelling 1 Figuur 15: Triaxiaalopstelling 2 Waterdoorlatendheid Asfalt moet bescherming bieden aan betonnen kunstwerken tegen water en dooizouten. Dit wordt bepaald met de waterdoorlatendheidsproef. Met behulp van deze proef wordt de waterdoorlatendheid van de constructie (op boorcilinders uit laboratorium vervaardigde proefstukken en boorcilinders uit het werk) en waterabsorptie van een membraan bepaald. Het doel is het vaststellen van het waterdichtend vermogen van een verharding bestaande 9
uit een laag asfalt, met daaronder eventueel een kleeflaag of een waterdichtend membraan. Doel is om te kunnen beoordelen of de waterdichtheid voldoende is om een onderliggend kunstwerk afdoende te beschermen tegen water en dooizouten. Deze proef staat beschreven in RTD 1009 (Rijkswaterstaat Technisch Document). Figuur 16: Waterdoorlatendheidsopstelling Chemische resistentie De chemische resistentie kan worden onderzocht door asfaltproefstukken onder te dompelen in een bepaalde vloeistof (bijvoorbeeld kerosine). Het verkregen massaverlies van de proefstukken na afloop is een maat voor de bestendigheid. Figuur 17: Chemisch resistent proefstuk (links) en niet chemisch resistent proefstuk (rechts) 10