De duurzaamheid van een bitumineuze wegverharding is een erg ruim begrip, doch veelal wordt aan de hand van dit concept geduid op het behoud van prestatiekenmerken van asfaltmengsels in functie van de tijd.
Alhoewel wordt onderkend dat tal van factoren bijdragen tot de duurzaamheid van een asfaltmengsel, wordt de bindmiddel-aggregaat interactie als één van de voornaamste karakteristieken voor de duurzaamheid geïdentificeerd. Immers, onvoldoende adhesieve sterkte in een mengsel, resulteert al snel tot het bezwijken van een verharding onder invloed van de verkeersbelasting (vb. rafeling).
Adhesie is niet alleen functie van de materiaaleigenschappen, doch varieert eveneens in de tijd onder de invloed van externe omstandigheden. Water is hierbij een cruciale factor, die de interactie tussen het bindmiddel en het aggregaat kan doorbreken en bijgevolg een belangrijke aanzet kan vormen voor het falen van een asfaltmengsel.
Proefmethode
De Europese norm NBN EN 12697-12 “Bitumineuze mengsels – Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 12: Bepaling van de watergevoeligheid van bitumineuze proefstukken” in combinatie met
NBN EN 12697-23 “Bitumineuze mengsels – Beproevingsmethoden voor warm bereid asfalt - Deel 23: Bepaling van de splijttreksterkte van bitumineuze proefstukken”, reikt op dit ogenblik een
proefmethode aan voor de bepaling van het effect van verzadiging en conditionering in water op de indirecte treksterkte (ITS) van cilindrische asfaltproefstukken en bijgevolg de watergevoeligheid
van een bitumineus mengsel. De methode biedt aldus de kans om te peilen naar de mogelijke impact van materiaalkeuzen en/of mengselontwerp op de watergevoeligheid van asfaltmengsels.
Figuur 1a en b: Proefopstelling voor de bepaling van de indirecte treksterkte.
Tijdens de uitvoering van de proef wordt op een cilindrisch proefstuk een diametrale kracht uitgeoefend tot breuk optreedt en dit bij een belastingssnelheid van 50mm/min (Figuur 1a,b). De
benodigde reeks van zes proefstukken kan hierbij worden aangemaakt in het laboratorium door middel van gyrator-, plaat- of slagverdichting (Marshall verdichting) of kunnen afkomstig zijn van de
weg (boorkernen). Steeds dienen de proefstukken echter te zijn gekenmerkt door een diameter van 100 mm en dikte tussen 35 en 75 mm. Conform de Europese norm 13108-20 “Bitumineuze mengsels –
Materiaalspecificaties – Deel 20: Typekeuring” wordt de indirecte trekproef steeds uitgevoerd bij 15°C.
Figuur 2: Versnelde conditionering van asfaltproefstukken bij 40°C gedurende 72h.
Drie van de zes beschikbare asfaltproefstukken worden bovendien op een versnelde wijze bij 40 °C gedurende 72 h onderworpen aan de invloed van water (Figuur 2) en dit na verzadiging van de test
specimens bij een onderdruk van 6,7 kPa of 50 mm Hg (Figuur 3). De verdeling van de reeks van zes proefstukken in twee subsets van drie gebeurt na een rangschikking van de test specimens op basis
van de schijnbare volumieke massa van ieder proefstuk.
Dit laat toe twee subsets te bekomen gekenmerkt door een gelijkaardige holle ruimte. Er wordt immers vooropgesteld dat de holle ruimte in een belangrijke mate de blootstelling van asfaltproefstukken aan water en bijgevolg de watergevoeligheid van een asfaltmengsel bepaald.
Figuur 3: Verzadiging in water bij 6,7 kPa van de asfaltproefstukken voorafgaand de conditionering in water.
De verhouding van de treksterkten (gemiddelde van drie proefstukken) bepaald respectievelijk ná ten opzichte van vóór conditionering (uitgedrukt in %) is een maat voor de watergevoeligheid of
“Indirect Tensile Strength Ratio”, ITSR, ook wel geduid met de term “retained” ITS (Figuur 4).
Bestekseisen
Recentelijk werd geopteerd om deze prestatie-gerichte proef eveneens op te nemen in het nieuwe standaardbestek 250 (versie 2.1, 2006) om de watergevoeligheid van alle types asfaltmengsels te
beproeven tijdens de voorstudie en hieraan eveneens eisen te koppelen. Op dit ogenblik wordt voor toplagen, en dit onafhankelijk van de bouwklasse, een ITSR-waarde ≥ 70% gespecificeerd. Daar voor
onderlagen de watergevoeligheid minder kritisch kan worden beschouwd, wordt een ITSR-waarde ≥ 60% geëist.
Rekening houdend met de op dit ogenblik verworven kennis met betrekking tot de watergevoeligheidsproef zal in de toekomst een aantal wijzigingen in het standaardbestek 250 worden aangebracht:
Het verhogen van de eis voor de ITSR-waarde voor zowel een toplaag tot ≥ 80% als een onderlaag tot ≥ 70%. Gezien de grote impact op het proefresultaat van de holle ruimte en dus de
verdichtingswijze bij het aanmaken van de proefstukken, zal bijkomend worden gespecificeerd dat de verdichting gebeurt volgens of de methode C.1.1 (slagverdichting volgens NBN EN 12697-30, 2 x 25
slagen) of volgens C.1.5 (gyratorverdichting volgens NBN EN 12697-31, 25 gyraties) van de tabel C.1 in de standaard NBN EN 13108-20.
In de toekomst zullen gelijkaardige specificaties eveneens worden opgenomen in de bestekken RW99 en TB2000 respectievelijk van toepassing in het Waalse en Brusselse Hoofdstedelijk gewest.
Recent onderzoek
Door het OCW werd gedurende de laatste jaren heel wat onderzoek verricht naar de watergevoeligheid van asfaltmengsels. Hierbij werd uiteraard heel wat ervaring opgedaan met betrekking tot het
toepassen van de proefmethode NBN EN 12697-12.
De aandacht ging hierbij uit naar onderstaande facetten:
De uitvoering van een beperkt interlaboratorium programma teneinde ervaring op te doen omtrent de herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid van de proefmethode.
Evaluatie van de invloed van de mengselsamenstelling, en dit vooral met betrekking tot AVS-asfaltmengsels (Asfalt met Verhoogde Stijfheid) en steenskeletmengsels zoals SMA.
In de context van de werkgroep BAC-2 “Eigenschappen van vulstoffen” werd bijzondere aandacht besteed aan de mogelijke impact van de aard van de vulstof (vb. modificatie met kalkhydraat) op de
watergevoeligeheid van SMA-mengsels.
Het onderscheidend vermogen van de ITS-proef werd gevalideerd aan de hand van een ‘kritisch’ SMA-mengsel (i.s.m. Artesis Hogeschool Antwerpen).
Invloed van de verdichtingsmethode op het resultaat van de watergevoeligheidsproef.
Met het oog op de bruikbaarheid en/of inzetbaarheid van deze proef (definiëren van bestekeisen) voor de evaluatie van het risico op rafeling in steenskeletmengsels (SMA) - en niet alleen voor de
watergevoeligheid - is het echter onontbeerlijk de proefresultaten te valideren aan de hand van in situ waarnemingen. In deze context is een gezamelijke duurzaamheidstudie in samenwerking met het
Agentschap Wegen en Verkeer (AWV), afdeling Wegenbouwkunde aan de gang waarbij de in situ performantie van SMA-mengsels wordt gevolgd aan de hand van een opvolgingscampagne van verschillende
werven.
Stefan Vansteenkiste
www.brrc.be