/07p2

LEVENSDUUR MODEL Waterbouwasfaltbeton

Opdrachtgever

STOWA Ir. J.M.J. Leenen Postbus8090 3503 RB Utrecht

Contactpersoon

Ir. L.R. Wentholt STOWA Dr. B.G.H.M. Wichman Rijkswaterstaat

Rapport

TU Delft Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen Postbus 5048 2600 GA Delft

Uitgevoerd door

Ir. M.F.C. van de Ven

Datum

1 november 2007

INHOUDSOPGAVE

1. Inleiding 2. Historie levensduurmodel voor waterbouwasfaltbeton (WAB) 3.

-

Kennis Samenvatting bijlage 1 Versluis [3] Model Versluis/van den Bol op balkjes [4]

4.

-

Literatuurstudie Veroudering van bitumen Verouderingsindicators voor bindmiddelen Veroudering van asfaltmengsels en platen Veroudering van asfalt gecombineerd met vocht Recente ontwikkelingen Samenvatting literatuur

5. Plan - Inleiding - Plan van aanpak Referenties Bijlages Bijlage 1. Overzicht beschikbare documenten Bijlage 2. Overzicht van bekeken literatuur Bijlage 3. Samenvatting literatuur van de Athene conferentie 2007.

2

1 INLEIDING De levensduur van een met asfalt beklede waterkering hangt in belangrijke mate af van de kwaliteit van het asfalt. Met name de vermoeiingslevensduur en de stijfheid van het asfalt bepalen de weerstand die de bekleding biedt tegen belasting door golfklappen.

In het kader van het toetsen van waterkeringen wordt onderzoek verricht naar deze eigenschappen m.b.v. dynamische belastingsproeven. Van een groot aantal dijkvakken zijn nu zowel mechanische parameters (sterkte en stijfheid) als “standaard”-parameters (samenstelling, holle ruimte, e.d.) bekend.

De verwachting is dat de sterkte en stijfheid van het asfalt én het verloop van deze eigenschappen in de tijd afhangen van de aanlegkwaliteit. Omdat de aanlegkwaliteit wordt uitgedrukt in “standaard”-parameters is het gewenst na te gaan welk verband kan worden gelegd tussen de mechanische en standaard parameters. Hiermee kan op elk moment uit de standaardparameters een verwachting voor de sterkte en stijfheid worden afgeleid; daarnaast kan worden bepaald hoe de sterkte en stijfheid in de tijd zullen veranderen, waardoor een prognose van de (rest)levensduur tot de mogelijkheden gaat behoren.

Dit rapport omschrijft het eerste deel van het Asfalt onderzoek deelproject: Levensduur model asfaltbekledingen. Dit onderzoek is onderdeel van een groter geheel zoals omschreven in het plan van aanpak meerjarig onderzoek asfaltdijkbekledingen [1]. De onderdelen informatie, kennis, plan en literatuur (gedeeltelijk) zijn beschreven in dit rapport zoals aangegeven in de offerte aanvraag [2].

De literatuurstudie in dit rapport moet dienen als onderbouwing voor het meest belovende levensduurmodel.

Het te ontwikkelen levensduurmodel wordt opgesteld voor waterbouwasfaltbeton (WAB). Tot deze groep behoren de dichte (lage holle ruimte) asfaltbeton mengsels met een continue gradering zoals grindasfaltbeton (GAB) en dicht astfaltbeton (DAB).

Hoewel gedeeltes van het model bruikbaar kunnen zijn voor andere types asfaltmengsel (bijvoorbeeld open steen asfalt) is de focus van dit rapport voornamelijk op WAB. Bij het onderdeel literatuur is onderscheid gemaakt in het inventariseren van mogelijk relevante literatuur en de bestudering van abstracts van documenten voor de onderbouwing van het regressie model.

3

2. HISTORIE LEVENSDUURMODEL VOOR

WATERBOUWASFALTBETON (WAB) Na het verschijnen van de Leidraad Asfalt in de jaren ’80 en de eerste ontwikkelingen voor het GOLFKLAP model werd de behoefte aan actuele informatie over sterkte en stijfheid sterker. In die jaren werd de aandacht van nieuwbouw verlegd naar beheer en onderhoud en kreeg het thema duurzaamheid meer aandacht.

Dit resulteerde in de ontwikkeling van de 3-puntsbuigproef en onderzoek naar de conditie van oudere bekledingen, zoals de Veerse Dam en de Boulevard De Ruyter. Dit waren metname bekledingen die vanaf de aanleg al problemen vertoonden.

De onderzoeken leverden vermoeiingslijnen op die nogal wat spreiding vertoonden. Om de waarde van deze resultaten te beoordelen werden zij vergeleken met vermoeiingscijfers van nieuw asfalt. Hierbij werd voor het eerst gebruik gemaakt van statistische toetsen. Dit bleef echter beperkt tot materiaalkundige vergelijkingen.

Pas bij het verschijnen van het eerste GOLFKLAP model in 1993 kon de veiligheid van de bekledingsconstructie worden doorgerekend. Hierbij was de oorspronkelijke lijnbelasting vervangen door een driehoekige belasting en eerste berekeningen leverden heel geringe Minersommen op. Dit leidde in eerste instantie tot de conclusie dat belasting door golfklappen niet meer relevant werd geacht.

De berekeningen in GOLFKLAP werden echter uitgevoerd met gemiddelde parameters, hetgeen betekent dat in werkelijkheid de helft van de bekleding zwakker is dan waar mee werd gerekend. Daarom werd de zogenaamde karakteristieke waarde van de vermoeiingslijn ingevoerd, dit is de lijn die aangeeft dat daaronder slechts een kans van 5 % is dat het asfalt nog zwakker is.

GOLFKLAP berekeningen met karakteristieke waardes voor zowel de vermoeiingsterkte als de stijfheid lieten zien dat de Miner sommen enorm toenamen en niet meer konden worden verwaarloosd. Dit werd vooral veroorzaakt door de grote spreiding in resultaten die bij oudere werken (Boulevard De Ruyter e.d.) werd gevonden.

Een bijkomend probleem was dat de Miner som het resultaat was van een dijkvak en dat niet per boorlocatie een uitspraak over de veiligheid kon worden gegeven. Sindsdien is veel aandacht besteed aan het probleem om ook per enkele plek een uitspraak te kunnen doen over de veiligheid. Dit probleem is nog niet opgelost maar kan mogelijk worden onderbouwd m.b.v. bezwijkproeven die kunnen worden gerelateerd aan vermoeiingsproeven.

Bij het toetsen van werken in de jaren ’90 kwamen meer grote databestanden beschikbaar. Deze databestanden bevatten mechanische eigenschappen (sterkte en stijfheid) maar ook standaard eigenschappen als samenstelling en holle ruimte, die ook bij de aanleg zijn verkregen. Dit leidde tot de behoefte om na te gaan of een relatie tussen mechanische en standaard eigenschappen kan worden gevonden. Lukt dat dan zijn de standaarddata een verklaring voor de sterkte en kan met behulp van aanlegcijfers een prognose over de actuele sterkte worden gegeven. Hiermee zou ook de urgentie van gedetailleerde (en dure) toetsingen kunnen worden ingeschat (deze prognose is niet meer

4

zo relevant voor de gedetailleerde toetsing, omdat deze inmiddels voor de meeste werken zijn uitgevoerd; de relatie is wel van toenemend belang voor de prognose van de restlevensduur van de bekleding). Een goed levensduur model kan een belangrijke bijdrage leveren aan het optimaliseren van de toetsinspanning.

Met de resultaten van een 10-tal locaties zijn uitgebreide datasets opgesteld in de vorm van spreadsheets. Hierin zijn per regel alle gegevens van een vermoeiingsproefstuk (balk) opgenomen. Uiteraard is dit een beperkte dataset, die nader moet worden aangevuld. Ook bleek dat de meeste datasets incompleet zijn, d.w.z. dat van veel op sterkte beproefde balken slechts beperkte informatie beschikbaar was over de standaardeigenschappen (bijvoorbeeld een samenstelling van een ander deel van de boorkernen of slechts informatie over de locatie waar de kernen waren geboord).

Een actuele vraag hierbij is of we door moeten gaan met zoeken naar strikte relaties tussen de sterkte en de standaardgegevens van de balken of dat we moeten kijken naar gegevens per boorkern (of een beperkte locatie). Het voorstel is om door te gaan met gegevens per boorkern.

Met de datasets (per balkregel) zijn door de statistica van de DWW (Marion van den Bol) uitvoerige regressieanalyses uitgevoerd. Hiertoe zijn met het programma Genstat Release 6.1 verbanden gezocht tussen de vermoeiingslevensduur (Nf) en parameters als spanning, temperatuur, frequentie, leeftijd, bitumengehalte, penetratie, penetratie-index, dichtheid proefstuk en holle ruimte. De stijfheid werd bewust niet meegenomen, omdat deze impliciet wordt bepaald door het bitumengehalte, holle ruimte en de bitumeneigenschappen (en uiteraard ook door temperatuur en frequentie).

Hierbij zijn niet alleen de afzondelijke parameters doorgerekend maar ook combinaties van parameters (bijvoorbeeld producten van parameters).

In de samenvattende notitie van Marion van den Bol [4] DWW

2003

Regressies-Samenvatting gegevens en analyses (+ bundel gegevens en analyses). DWW, M. van den Bol, 21 october 2003.

zijn alle exercities beschreven met de gebruikte parameters. Daarin is aangegeven welke datasets en welke regels zijn gebruikt, welk model volgt uit de stapsgewijze regressie, het % verklaarde variantie en de uitbijters, hefboompunten en hoge Cook waarden.

De beschikbare basis informatie voor een levensduurmodel is weergegeven in een overzicht van de documenten. Deze is apart als bijlage 1 opgenomen. Aan de set documenten die ook opgenomen is in de offerte zijn enkele belangrijke documenten toegevoegd. Een nieuw document betreft de stand van zaken van de statistische modellen zoals die zijn opgesteld door Marion van de Bol [4]. Dit document is zeer belangrijk voor de verdere ontwikkeling van het model. Daarnaast zijn nog enkele documenten van de ‘’Adriaan Versluis’’ bestanden 2004 toegevoegd. Het betreft voornamelijk de eindversie van de eerste serie data en de tweede serie data. Dit is de informatie die beschikbaar is tot en met 2004. Deze informatie is samengevoegd met de informatie die KOAC-NPC sinds 2003 heeft verzameld. Hiermee wordt de data verkregen die gebruikt gaat worden voor het levensduur model.

5

3. KENNIS In hoofdstuk 2 is een samenvatting gegeven van de kennis die beschibaar is in de vorm van documenten zoals samengevat in bijlage 1.

In het vervolg van dit hoofdstuk wordt voornamelijk ingegaan op de belangrijke aanzet die is gemaakt door Versluis/van den Bol met betrekking tot een levensduur model.

Hiertoe wordt voornamelijk gebruik gemaakt van referenties [3] en [4].

Versluis [3].

In [3] wordt beschreven hoe tot een model is gekomen. Begonnen is met een veel gebruikt bestaand model in de wegenbouw voor het voorspellen van de stijfheid en de vermoeiingslevensduur op basis van bitumen eigenschappen en volumetrische samenstelling. In [3] worden kort behandeld: Nomogram bitumenstijfheid Sbit (van der Poel, 1954) Nomogram mengselstijfheid Smix (Bonnaure, 1977) Nomogram vermoeiing mengsel Nf (Bonnaure, 1980) In theorie zou het model gebruikt kunnen worden. De benodigde parameters zijn in [3] beschreven en in tabel 1 samengevat.

Tabel 1. Parameters nodig voor het gebruik van de nomogrammen.

Eigenschap Benodigde parameters Sbit Temperatuur Frequentie (belasting tijd) Verwekingspunt Penetratie PI (berekend van SP en Pen) Smix Sbit (hierin zit dan automatisch T en f) Volume bitumen Holle ruimte Nf

Volume bitumen PI Smix Spanning/ rek

De temperatuur en de frequentie moeten worden gekozen in relatie tot het gebruik in de praktijk en zijn in feite onafhankelijk van materiaal eigenschappen.

De nomogrammen zijn samengevat in een gebruikersvriendelijk computer programma BANDS-PC. Versluis gebruikt BANDS-PC (de nomogrammen) om resultaten van de ontwikkelde modellen te vergelijken.

Redenen om de nomogrammen te gebruiken kunnen zijn:

6

WAB beweegt zich slechts in een relatief nauwe band in de nomogrammen, zowel qua samenstelling (relatief hoog bindmiddel gehalte, gradering binnen grenzen) als de belasting condities (belangrijk is informatie over stijfheid bij (5 C, 10 Hz) en vermoeiing bij (5 C, 1 Hz)). Uit de nomogrammen zou dus eenvoudig een klein gebiedje kunnen worden gehaald als model voor WAB. In feite wordt de berekening altijd uitgevoerd voor onbelast = nieuw materiaal (dit kan positief zijn voor dijken in verband met healing in de zomer en waarschijnlijk minimale vermoeiingsbelasting gedurende de levensduur, omdat de superstorm nog niet geweest is).

Nadeel van de nomogrammen: Nomogrammen zijn moeilijk af te lezen (BANDS-PC is accuraat en gebruikersvriendelijk in vergelijking met de nomogrammen).

Het effect van de veroudering gedurende de levensduur is niet meegenomen (zou met een truc op basis van veroudering van de bitumen kunnen worden opgevangen) Het effect van vocht gedurende de levensduur is niet meegenomen. Deze is moeilijk zonder meer vast te stellen, omdat vooral de holle ruimte hier een cruciale rol speelt.

Model Versluis/van den Bol op balkjes [4].

Het ontwikkelde model geldt alleen voor WAB. In het ontwikkelde levensduur model wordt de vermoeiingslevensduur bepaald als functie van een aantal maatgevende parameters: Nf = functie ( , T, f, LFT, HR) Nf

= Vermoeiingslevensduur = Spanning T = Temperatuur F = Frequentie LFT = Leeftijd HR = Holle ruimte Opvallend is wellicht dat het bitumengehalte niet meer voorkomt in deze formule.

Oorspronkelijk werden bitumen en andere parameters meegenomen, maar later weggelaten. De oorzaak hiervan is dat in de eerste statistische analyses deze parameters geen significante bijdrage leveren, vermoedelijk veroorzaakt door de relatief geringe spreidingsbreedte in het bindmiddel en dergelijke. Er is ook bewust niet gekozen voor de stijfheid (driepuntsbuigproef), omdat die een functie is van percentage bitumen, holle ruimte, penetratie, PI, temperatuur en belastingtijd, zoals is aangegeven in tabel 1.

De modelvorming is als volgt tot stand gekomen: - het model is gegenereerd uit een statistische analyse van de dataset.

7

-

Met een Multi-criteria analyse is bepaald welke parameters en combinatie van parameters in lineaire en niet-lineaire verbanden een significante invloed hebben op de vermoeiingslevensduur.

- Het gekozen model is vervolgens getoetst op fysisch verklaarde eigenschappen en verbanden. De redenering hierbij is niet altijd helemaal duidelijk.

Een uitgebreide dataset met relevant geachte parameters is opgenomen in een databestand dat door de analyse software GENSTAT gelezen kan worden. Vervolgens zijn door Marion van der Bol alle relaties tussen de opgegeven parameters doorgerekend, totdat alleen significante relaties overbleven. De verschillende analyses zijn samengevat in diverse modellen (Regfor 1, Regfor 2, Regfor 2b, Regfor 2c, Regfor 2d, Regfor 3, Regfor 3b, etcetera) zie [4]. Het werk aan het model is nog niet afgerond en zou afgerond moeten worden met een voorstel voor een definitief model. Ook zijn de opgenomen parameters belangrijk voor vervolg onderzoek van de levensduur. Deze zijn in tabel 2 samengevat.

Tabel 2. Mogelijke Parameters voor vervolg onderzoek [3].

Vermoeiing Temperatuur, frequentie, spanning, Nf (Driepuntsbuigproef) Ultrasoonstijfheid (snelheid geluid)

Aangenomen dichtheid proefstuk, Eu

Stijfheid (driepuntsbuigproef)

Temperatuur, frequentie, maximale belasting, fasehoek, stijfheid Ei

Standaard asfalt onderzoek

Totale gradering Gradering zandfractie Percentage steen, zand vulstof As gehalte Bitumen gehalte Eigenschappen teruggewonnen bindmiddel (verwekingspunt, penetratie, PI) Dichtheden (proefstuk, mengsel, holle ruimte)

Het is belangrijk om bij toekomstig onderzoek te bepalen welke parameters van deze lijst in overweging moeten worden genomen. Voorbeeld Het uitgangspunt is dat de superstorm rondom een temperatuur van 5º C zal optreden, dus alle waardes voor stijfheid en vermoeiing worden genormaliseerd naar 5º C en 10 of 1 Hz. Hoewel er stijfheids – en vooral ook vermoeiingsonderzoek in het verleden is gedaan bij andere temperaturen en frequenties, wordt voorgesteld om de temperatuur en de frequentie niet als parameters mee te nemen in de modelvorming.

8

Het meest veelbelovende model tot nu toe is Regfor 2b. In Regfor 2b zijn geschatte waardes toegevoegd aan de data-set. Met geschatte waardes wordt bedoeld dat deze parameters zijn bepaald op vergelijkbaar materiaal in de nabijheid van beproefde balkjes, dus niet exact.

De basis formule van Regfor 2 is: log( N f ) 3.388 3.245 log

0.000186 HR LFT 2

De bovenstaande formule geldt voor een temperatuur van 5째 C en een frequentie van 1 Hz voor de vermoeiingsproef.

Dit deel kan worden uitgebreid met onderdelen afhankelijk van de temperatuur, de frequentie en de leeftijd. De belangrijkste parameters in het vermoeiingsmodel zijn de spanning, de holle ruimte en natuurlijk de leeftijd (LFT), zoals duidelijk blijkt uit de hierboven gegeven formule. De spanning is sterk afhankelijk van de constructie opbouw en de stijfheden van de toegepaste materialen. Zoals hiervoor gesteld is het niet raadzaam om ook temperatuur en frequentie mee te nemen in een te ontwikkelen model. Voor details wordt verwezen naar [4]. Een nadere analyse van Regfor 2 is niet onderdeel van dit rapport en dient te worden uitgevoerd in het plan van aanpak.

9

4. LITERATUURSTUDIE In de (asfalt) industrie en dus ook in de meer recente literatuur is de duurzaamheid (of levensduur) van het materiaal asfalt een zeer belangrijk en actueel onderwerp. Standaard worden in de wegenbouw ten behoeve van het mengsel ontwerp proeven uitgevoerd die betrekking hebben op duurzaamheid (levensduur) op: Het bindmiddel: veroudering (zogenaamde verouderingsproeven op het bindmiddel, korte termijn veroudering en lange termijn veroudering) Het mengsel: adhesie of stripping (zogenaamde retained proeven), waarbij het mengsel op een mechanische eigenschap wordt onderzocht in droge toestand en na een aantal dagen onder water te zijn bewaard) Daarbij worden twee belangrijke mechanismen in ogenschouw genomen die van belang zijn voor de levensduur, namelijk: De verouderingsgevoeligheid van het bindmiddel bitumen De vochtgevoeligheid van het asfalt mengsel De filosofie die meestal wordt gebruikt in de wegenbouw is weergegeven in figuur 1. De mengseleigenschappen zijn afhankelijk van zowel de intrinsieke bouwstofeigenschappen , productie en constructie, alsmede het gebruik. Tijdens het gebruik hebben zowel verkeer als klimaat invloed op de eigenschappen.

Figuur 1. Invloed van bouwstoffen op de mengsel eigenschappen In de wegenbouw wordt zoveel mogelijk gebruik gemaakt van intrinsieke eigenschappen van de bouwstoffen of op gesimuleerde proeven om iets over toekomstig gedrag te zeggen. De proeven die daar bijhoren worden in principe op het maagdelijke bitumen, aggregaat en het nieuwe mengsel uitgevoerd. De resultaten moeten worden vergeleken met de vastgelegde eisen in normen (zie de nieuwe Europese normen).

Belangrijk verschil met de wegenbouw is, dat de dijkbelasting voornamelijk uit klimaat belasting zal bestaan tot aan de superstorm. Tijdens de levensduur wordt de dijk dus nauwelijks belast.

Veroudering van bitumen

10

Verouderingsproeven worden uitgevoerd op bitumen zoals aangegeven in de diverse specificaties. In de asfalt branche is bepaalde consensus dat als de veroudering van de bitumen binnen bepaalde grenzen blijft, deze voor dichtasfaltbeton mengsels waarschijnlijk zal leiden tot een voldoende lange levensduur in de wegenbouw. Echter, er zijn geen modellen die zowel veroudering als vocht mechanismen bevatten voor het voorspellen van de levensduur. Een kwalitatief beeld van de veroudering van bitumen (uitgedrukt in toename viscositeit) in een dicht mengsel is weergegeven in figuur 1.

Aging after 8 years service

Aging during mixing

Aging during storage, transportation and application

Figuur 2. Invloed van korte en lange termijn veroudering van het bitumen op de viscositeit voor dicht asfaltbeton (bron: Shell Bitumen Handbook, 2003). Jaar 0 is het tijdstip direct na aanleg Uit figuur 2 blijkt duidelijk dat het bitumen de grootste veroudering ondergaat tijdens het mengproces in de asfalt installatie, vervolgens nog significante veroudering tijdens transport en constructie, waarna de helling van veroudering sterk afneemt (is ook afhankelijk van holle ruimte en plaats in de constructie).

In figuur 3 is een voorbeeld gegeven van de vele verouderingsproeven die zijn uitgevoerd om methoden te ontwikkelen voor de versnelde veroudering van bitumen. Belangrijk hierbij is dat de verouderingsproeven om praktische redenen niet te lang mogen duren.

11

Figuur 3. Links: verandering in viscositeits verhouding (verouderd versus nieuw) in relatie tot de temperatuur en de tijd. Rechts: verandering in Penetratie in de tijd (bron: Ishai 1996) tengevolge van verschillende verouderingstemperaturen.

Door de onderzoekers zijn algemene kriteria opgesteld om het effect van veroudering op het gedrag van bitumen te beperken.

Een aantal modellen (vergelijkingen) zijn ontwikkeld om de verandering in bitumen eigenschappen ten gevolge van veroudering te voorspellen (bijvoorbeeld penetratie, softening point, viscositeit). Enkele voorbeelden van formules voor het voorspellen van bepaalde eigenschappen zijn gegeven in [5].

Een rapport over pavement design method development (COST333, 1999) met referentie Dauzats et al 1988 geeft empirische relaties die zijn gebaseerd op het terugwinnen van een groot aantal bindmiddelen van bestaande verhardingen over een periode van 10 jaar.

De formules gegeven in [5] voor het lange termijn effect van veroudering op de penetratie en de ring & kogel temperatuur zijn: Pen(t ) 11.9925 1.2578

t

0.3322 Pen(0) 2.9965 V X (t ) 0.765 Pen(0) X (t ) v

T (t ) 64.448 1.5755 RB

t

0.2531 Pen(0) 0.5518 V v

met: t Pen(0) en Pen(t) TRB(0) and TRB(t) Vv

= aantal maanden na aanleg verharding = Penetratie bij 25 oC van de bitumen meteen na aanleg en verouderde bitumen op tijdstip t = Ring & Kogel temperatuur in oC direct na aanleg en verouderde bitumen op tijdstip t = % holle ruimte in het mengsel en:

12

1

X (t )

( t 1)

In deze formules zit dus het effect van veroudering in de praktijk (omgeving en verkeer) impliciet verwerkt. Wel is het belangrijk te vermelden dat het bitumen uit de kernen moet worden teruggewonnen alvorens de eigenschappen (penetratie, verwekingspunt) te kunnen bepalen. Het terugwinnen van bitumen kan op verschillende manieren gebeuren en eventueel de resultaten be誰nvloeden. Het beste is om altijd dezelfde methode toe te passen voor een levensduur vergelijking. Uit het onderzoek blijkt niet duidelijk of altijd dezelfde terugwinmethode is gebruikt. Daarom moet voorzichtig worden omgegaan met de formules en moeten ze niet klakkeloos worden toegepast. Wel geven ze een trend weer, die in een model gebruikt kan worden. De trend moet dan voor de plaatselijke situatie worden gekalibreerd.

Op een vergelijkbare manier voorspelt, ASTM D-2493, de viscositeit via een lineaire relatie tussen log-log viscositeit ( ) en log temperatuur: log log

A VTS log TR

Hierin zijn A and VTS (viscositeits-temperatuur gevoeligheids parameter) bindmiddel specifieke coefficienten, respectievelijk de ordinaat en de helling van de lijn. Ze zijn afhankelijk van de condities waaronder wordt verouderd.

Voor het levensduur project is het dus ook belangrijk om na te gaan of er terugwingegevens bekend zijn van werken en zo ja, wat voor resultaten daaruit kwamen.

In diverse studies wordt melding gemaakt van het feit dat oxidatie van bindmiddelen ook afhankelijk is van de omgeving waarin de verharding zich bevindt. Jaarlijkse atmosferische cyclus (temperatuur variatie, regen/water, UV en dergelijke) ,seizoenen en dagelijkse temperatuurwisselingen kunnen sterke invloed hebben op de veroudering van bitumen. Hierbij is niet altijd duidelijk hoe de relatie is met de holle ruimte. Ook belangrijk is dat de gevoeligheid voor veroudering bindmiddel specifiek kan zijn (bindmiddelen van verschillende bronnen verouderen verschillend). Veroudering is dus ook afhankelijk van het bindmiddel type en zijn moleculaire structuur. Bovendien wordt het proces beinvloed door de petrografische natuur van het aggregaat. Een en ander is te lezen in Anderson et al (1994) en andere studies.

Veroudering indicators voor bindmiddelen(Roberts et al. 1996).

De verouderingsgevoeligheid van een bindmiddel wordt meestal in specificaties uitgedrukt in percentages van de originele penetratie (% Retained Penetratie), verandering in Ring & kogel temperatuur of viscositeit (Age Index). Enkele voorbeelden:

% Retained Penetratie =

Penetratie van verouderd bitumen Penetratie van originele bitumen

13

100

Verandering in Ring & Kogel Temperatuur, TRB

Verouderings Index (AI) =

T2 T1

Viscositeit van verouderd bitumen Viscositeit van originele bitumen

Veroudering van bindmiddelen is sterk gerelateerd aan de verandering in de chemische samenstelling. Bitumen dat kunstmatig is verouderd (RTFOT, PAV proeven) toont bijvoorbeeld een toename in de zogenaamde Gestel Index (IC), die een indruk geeft van de chemische groepen in het bitumen waarmee de interne colloidal structuur kan worden verklaard (Ishai et al. 1988). De Gestel Index (IC) wordt uitgedrukt in de verhouding van de asphaltenen en verzadigden ten opzichte van de aromaten en de harsen.

IC

Asphaltenes + Saturates Aromatics + Resins

Tijdens veroudering zal in het algemeen de IC toenemen, omdat het asfalteen gehalte (asphaltenes) toeneemt, terwijl het gehalte aan verzadigden (saturates) constant blijft.

In dit literatuur overzicht wordt hierop niet verder ingegaan, maar wordt de mogelijkheid aangegeven om dieper chemisch naar de samenstelling te kijken.

Een overzicht van de verouderingsproeven die momenteel op bindmiddelen worden uitgevoerd is gegeven in [5], zie tabel 3.

Tabel 3: Samenvatting van beschikbare verouderingsproeven [5].

Type of test Short-term aging 1. Thin Film Oven Test (TFOT) 2. Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT) 3. Modified* German Rotating Flask Test (MGRFT) Long-term aging 1. Pressure Aging Vessel Test (PAV), [POV] 2. Rotating Cylinder Aging Test (RCAT) 3. High Pressure Aging Test (HiPAT) 4. Modified German Rotating Flask Test (MGRFT) 5. Weather-Ometer

Standard conditions

Reference

163oC, 5 hr

EN 12607-2

163oC, 75 min

EN 12607-1

165oC, 210 min

DIN 52016

90 oC, 20 hr

SHRP B-005, EN-Draft

85 oC, 240 hr

BRRC method

85 oC, 65 hr

--

Possibility of use

DIN 52016

Combinations of light (UV), moisture (humidity), and temperature

NB: Simulation of field conditions

* Adopted for modified binders.

Het nadeel van verouderingsproeven in het laboratorium is dat ze niet direct gerelateerd zijn aan de veroudering van het materiaal in de weg of op de dijkbekleding. De meeste

14

lange termijn verouderingsproeven worden bij relatief hoge temperatuur (boven 90°C) uitgevoerd om versnelde veroudering te bereiken. De vraag is of deze hoge temperaturen die tijdens het gebruik (zowel op de weg als de dijk) niet voorkomen het bindmiddelgedrag zodanig kunnen beïnvloeden, dat een vergelijking met de praktijk (bijvoorbeeld veroudering in de dijkbekleding) niet opgaat.

In de literatuur is een paper gevonden die een model beschrijft gebaseerd op data van 40 wegenbouwprojecten om het verouderingsgedrag te bepalen in de tijd van een normaal straight run bitumen zoals toegepast in WAB:Development of a Global Aging System for Short and Long Term Aging. (Mirza, Witczak) [6].

In deze paper [6] beschrijven de auteurs de ontwikkeling van een procedure om de korte (menging, transport, aanbrengen) en lange termijn (tijdens gebruik) veroudering van de originele bitumen eigenschappen te bepalen gebaseerd op data van 40 projecten.

Vergelijkingen zijn ontwikkeld op basis van curve fitting en statistische regressie analyse technieken om korte termijn en lange termijn veroudering te voorspellen. De methodologie zou een betrouwbare voorspelling geven van de bitumen (en asfalt) eigenschappen in de tijd en gebruikt kunnen worden in gedrags modellen (stijfheid en vermoeiing). Voorstel is om deze paper in het plan van aanpak mee te nemen.

Veroudering van asfalt mengsels en platen Korte en lange termijn veroudering procedures zijn ontwikkeld in SHRP-A-003A project (Bell et al. 1994).

Gemengd mengsel De SHRP procedure voor Short-Term Oven Aging (STOA) vereist dat het gemengde asfaltmengsel, voordat het wordt verdicht, wordt verouderd in een forced draft oven gedurende 4 uren bij 135oC , waarbij het mengsel ieder uur op een regelmatige manier moet worden omgeroerd. Deze methode zou goed het mengen en aanbrengen imiteren en ook repersentatief zijn voor de eerste twee jaren in gebruik voor dichte mengsels (zoals WAB).

Verdicht mengsel De Long-Term Oven Aging (LTOA) procedure vereist dat het verdichte mengsel, nadat het in de STOA is geweest, ook nog in een oven bij 85 oC wordt geplaatst voor een periode van 120 uur.

Tabel 4: Samenvatting van verouderingsproeven op asfalt mengsels.

Type Test 1. Short-term Oven Aging (STOA) (loose mix) 2. Long-term Oven Aging (LTOA) (compacted mix)

Standaard Condities 135oC, 4 hr

Referentie SHRP B-003

85 oC, 120 hr

SHRP B-003

Veroudering van asfalt gecombineerd met vocht

15

Een verouderings proef waarin het gecombineerde effect van oxidatie en water op de eigenschappen van asfalt mengsels kan worden uitgevoerd, is de proef ontwikkeld door “The road research center of the University of Nottingham� (NCPE). In deze proef zouden geboorde kernen kunnen worden gebruikt uit platen verouderd volgens tabel 4 of uit verouderde dijkbekledingen. De bijbehorende versnelde vocht schade procedure staat bekend als de Saturation Ageing Tensile Stiffness (SATS). De vochtschade wordt hierbij bepaald door middel van de ratio tussen de stijfheid na vocht conditionering en ervoor.

Aangetoond werd dat de teruggewonnen bitumen van verouderd asfalt vergelijkbare rheologische eigenschappen hadden (complexe schuifmodulus G* en fase hoek ) terwijl de mengsels verschillend gedrag toonden. Het verschil in gedrag werd toegekend aan de schade veroorzaakt door water aan de asfalt mengsels tijdens de veroudering. Het verschil in zogenaamde retained resilient modulus (stijfheid na blootstelling aan water) was sterk gerelateerd aan de hoeveelheid adhesieve schade (Airey et al. 2003). Water schade heeft waarschijnlijk niet alleen een negatieve invloed op de adhesie tussen bindmiddel en aggregaat, maar ook op de cohesie van het bindmiddel. Dit gezamenlijk effect is ook erg belangrijk voor WAB (relatie met Friesland???). De apparatuur ontwikkeld door NCPE voor dit onderzoek is weergegeven in figuur 4. Wellicht kan dit apparaat meer inzicht geven in de gezamenlijke (schade) effecten van veroudering en water.

Figuur 4: SATS proef. Asfalt mengsel druk veroudering / vocht conditionerings apparaat (links) met een voorbeeld van de opstelling voor verzadigde en semi-verzadigde proefstukken in het drukvat (rechts) (bron: Airey et al. 2003).

Voorgesteld wordt om in het plan van aanpak een verdere studie naar de combinatie plaatveroudering( bijvoorbeeld volgens tabel 4) en SATS test uit te voeren. Overigens is de SATS procedure een andere dan de standaard retained test zoals die wordt uitgevoerd volgens de europese norm. In deze proef wordt de ratio van de indirecte treksterkte na inwerking van water (volgens een vast protocol) en ongeconditioneerd bepaald. Deze proef moet ook worden meegenomen in de verdere studie en is al toegepast voor dijkbekledingen.

Recente ontwikkelingen

16

Op de recent gehouden conferentie in Athene (Proceedings: Advanced Characterisation of Pavement and Soil Engineering Materials, Athens 2007) is de modellering, voorspelling van de levensduur van asfaltverhardingen een van de belangrijkste onderwerpen geweest. Deze conferentie geeft ook een goed beeld van de huidige stand van zaken. Een korte samenvatting van de belangrijkste papers met betrekking tot levensduur is gegeven in bijlage 3. Op de conferentie werd duidelijk dat: In het algemeen de momenteel gebruikte verouderingsproeven (niet modellen) een aardige indicatie geven voor dicht asfaltbeton mengsels gedurende de eerste 10 jaar levensduur, maar dat nog aanzienlijk meer werk nodig is, waarbij ook de invloed van het aggregaat moet worden meegenomen.

Invloed van vocht een moeilijk onderwerp is. Nieuwe methodes zijn gepresenteerd (ook al eerder in AAPT papers) om de verwachte problemen voor de adhesie van asfaltbeton in relatie tot water in de tijd beter te kunnen voorspellen. Geen modellen zijn gepresenteerd, maar fundamenteel onderzoek op de combinatie bitumen- aggregaat en onderzoek is opgestart om na te gaan hoe vocht in dichtere en minder dichte asfaltbeton mengsels zou kunnen infiltreren.

Wel is een EE model gepresenteerd met potentie.

Samenvatting literatuur Uit de literatuur kan worden geconcludeerd dat er geen levensduur modellen beschikbaar zijn die zowel de invloed van veroudering als van vocht op asfalt mengsels meenemen.

Wel wordt in het algemeen in de wegenbouw aangenomen, dat dit soort mengsels met holle ruimtes gelijk of lager dan 5 % niet gevoelig zijn voor de gevolgen van vocht gerelateerde problemen. De literatuur geeft wel enige modellen, waarmee de veroudering van bitumen in asfaltmengsels kan worden geschat. Voorbeelden zijn gegeven in dit literatuuroverzicht. Het verdient aanbeveling om deze modellen nader te bestuderen en te overwegen of deze kunnen worden ingebouwd in een deel van het levensduur model. In het geval van lage holle ruimtes zou een verouderingsmodel bruikbaar kunnen zijn voor het opstellen van een levensduur model.

Opvallend is dat voor wat betreft de invloed van water in de meeste onderzoeken wordt gepoogd om de materiaal combinatie bindmiddel/ mineraal aggregaat te optimaliseren voor stripping. Geen modellen zijn beschikbaar die inzicht geven in de levensduur met betrekking tot stripping, in die zin dat wordt gesteld dat bij lage holle ruimtes (gelijk of lager dan 5%) stripping geen rol zou spelen. Wel moet worden opgemerkt dat de laatste jaren extra onderzoek wordt uitgevoerd om na te gaan wat de langere termijn effecten van vocht in asfaltmengsels (ook dichte mengsels) kunnen zijn. Interessant hierbij zijn de pogingen die gedaan zijn en gerapporteerd worden op de Athene conferentie (zie bijlage 3). Belangrijke zaken vanuit de literatuur voor een levensduurmodel kunnen zijn: Wat zijn de vochtbewegingen in dicht asfalt beton in relatie tot de porienstructuur (zie diverse papers in bijlage 3 en het gebruik van nieuwe technieken zoals CT scans) Bepaling van de gevoeligheid voor verzadiging van (verouderde) asfaltproefstukken (bijvoorbeeld van de dijk, maar ook van verouderde platen) in de SATS test in vergelijking met onverzadigde verouderde proefstukken EEM zoals ontwikkeld op TU Delft bij de groep van Tom Scarpas, om de moleculaire indringing van vocht in asfalt te simuleren.

17

Indien voldoende data beschikbaar zijn, kan worden overwogen om na te gaan of met behulp van Artifical Intelligence (Neural Networks e.d.) modellen kunnen worden opgebouwd.

5. PLAN VAN AANPAK Inleiding Uit de literatuur die voornamelijk is gestoeld op de wegenbouw kunnen geen modellen worden gevonden, die de combinatie veroudering en vochtinwerking weergeven in de tijd. Hierbij moet ook nog worden gerealiseerd, dat bij wegen de belasting continu aanwezig is en de vermoeiing gelijkmatig in de tijd wordt opgebouwd ten gevolge van de gepasseerde belasting. Ook wordt in de wegenbouw vooral gebruik gemaakt van visuele inspecties om schade ontwikkeling te volgen. Zo zijn voor scheurvorming en dergelijke fenomenologische modellen ontwikkeld ten gevolge van de combinatie verkeersbelasting en klimaat. Deze zijn niet geschikt voor WAB. WAB is voornamelijk onbelast tot het moment van de superstorm. Hierbij is het dus erg belangrijk om een model te ontwikkelen, waarbij de mechanische eigenschappen van het materiaal nauwkeurig genoeg kunnen worden voorspeld in de tijd op basis van veroudering van het bindmiddel en de inwerking van vooral vocht. Gebaseerd op het GOLFKLAP model voor de bekleding betekent dit dat op het moment van de superstorm: - de Stijfheid (E), - de breuksterkte, - het vermoeiingsgedrag zo goed mogelijk moeten kunnen worden voorspeld met het model. Op basis hiervan kan dan een levensduur worden voorspeld.

Aanbevolen wordt om gebruik te maken van de indeling op basis van holle ruimte in het mengsel, die in de wegenbouw wordt gebruikt voor de scheiding tussen aantasting van vocht bij het ontwikkelen van modellen voor WAB: - HR lager dan 5%, geen invloed van vocht op de levensduur (mits er geen extreem dikke en deels (of tijdelijk) gescheurde oppervlakbehandeling aanwezig is) - HR tussen 5 en 10 %: zeer kritisch gebied voor de invloed van vocht - HR hoger dan 10%: vocht speelt een rol, maar kan ook gemakkelijk verdampen. Zeer sterke veroudering van het bindmiddel.

De holle ruimte is de werkelijke holle ruimte van het materiaal (als indicatie kan de opleveringscontrole dienen) en geldt dus zowel voor het bovenste als het onderste gedeelte van de laag. Nagegaan moet worden of er een onderscheid dient te worden gemaakt tussen bovenkant en onderkant.

Voor de vermoeiingslevensduur worden proefstukken gebruikt uit de onderkant van de bekleding. Aantasting vanuit de bovenkant is echter ook belangrijk, want degradatie van het asfalt vanaf de bovenkant vermindert de effectieve laagdikte.

De rol die de holle ruimte kan spelen is aangegeven in figuur 5.

18

WAB

Holle ruimte < 5%

Holle ruimte 6< HR <10 %

nadruk op veroudering bindmiddel

Zowel veroudering als vocht inwerking

Voorspellen eigenschappen met bv. BAND-PC

Ontwikkel model met laatste inzichten en extra proeven

Holle ruimte > 10%

Zowel veroudering als vochtinwerking

Ontwikkel model met laatste inzichten en extra proeven

VALIDEREN MET RESULTATEN VELDMETINGEN EN VERGELIJKEN MET MODEL ALS REGFORS 2b)1

Figuur 5. Mogelijke rol van holle ruimte mengsel bij het ontwikkelen van modellen.

Echter, voor de opbouw en de validatie van het model is het essentieel om voldoende werkelijke data beschikbaar te hebben van onderzoeken op de dijken. De dataset is het hart van het te ontwikkelen model.

De belasting op een dijk kan worden gesplitst in vier componenten, zoals weergegeven in tabel 5.

Tabel 5. Mogelijke belastingen op een asfaltdijk.

Mogelijke Hydraulische VerkeersKlimatologische belasting belasting belasting belasting Oorzaak Superstorm VrachtTemperatuur, wind, verkeer regen, zon, lucht: Model

Golfklap model

Wegenbouw modellen

Parameters van belang voor levensduur

Materiaal Idem eigenschappen: E, sterkte, vermoeiing

19

Veroudering bindmiddel Vocht inwerking Temperatuurscheuren, Verandering in de materiaal eigenschappen

Biologische belasting Rietdoorgroei, etcetera

Ingroei scheuren, teruglopen mechanische

model

eigenschappen

In principe gaat het om het weerstaan van de superstorm, dus de hydraulische belasting.

Verkeersbelasting en biologische belasting worden in principe niet meegenomen in het levensduurmodel. Wel wordt hun invloed op de mechanische eigenschappen automatisch meegenomen bij materiaal onderzoek aan kernen van de dijk.

De nadruk zal liggen op de rol van de klimatologische invloed, die zich uit in: - Veroudering - Stripping Voorgesteld wordt om op basis van de werkelijke data een verouderingsmodel te valideren (voor bitumen of mengsel) en op basis hiervan na te gaan of de veroudering van de stripping kan worden geisoleerd. Een en ander is gebaseerd op de in tabel 6 gegeven verwachte indeling op basis van de holle ruimte van het mengsel.

Tabel 6. Verwachte invloeden op de levensduur op basis van de holle ruimte.

HR < 5 % 5 % < HR < 10 % HR > 10 % Veroudering Veroudering Veroudering + + Stripping Stripping Biologische aantasting De validatie van het te ontwikkelen verouderingsmodel is sterk afhankelijk van de beschikbare data.

Plan van aanpak

oude dataset (balk niveau)

oude dataset (boorkern noveau)

nieuwe dataset (boorkern niveau)

Regfor2b

Ja

Voldoet Regfor2b

Nee

Figuur 6. Aanpak verdere ontwikkeling model

De voorgestelde aanpak :

20

Nieuw model

Allereerst moet de unieke situatie van dijkbekledingen goed worden vastgelegd: in feite nagenoeg onbelast door golven tot aan de superstorm, superstorm bij vaste temperatuur, frequentie, lange levensduur gewenst van boven de 50 jaar, iedere zomer healing door hoge temperatuur asfalt, onderscheid tussen wel/niet oppervlakbehandeling. Hieruit moeten de randvoorwaarden voor het model worden gehaald.

Het werk van Versluis/van den Bol is nog niet afgerond. Dit moet eerst gebeuren.

Hierbij dient de informatie in bijlage 1 zoals beschreven in hoofdstuk 2 en 3 als basis.

De analyses uitgevoerd door M van den Bol moeten nader worden onderzocht. Ook moeten de data-sets van KOAC-NPC worden toegevoegd op basis van boorkernen.

Met de toegevoegde nieuwe datasets moet Regfor2b worden geverifieerd. Voor een aanpak, zie figuur 6.

Op basis van figuur 6 moet een model worden ontwikkeld. Dit model moet worden uitgebreid en het verloop van zowel sterkte, vermoeiing als stijfheid voorspellen in de tijd.

Het Regfor model is een vermoeiingsmodel voor het materiaal en de stijfheid is hier niet in opgenomen. De constructie (h, Eondergrond, Easfalt, belasting) bepaalt echter de grootte van deze spanning en hierbij is de invloed van Easfalt groot. GOLFKLAP berekeningen tonen dit aan. Een levensduur model zal dus zowel voorspelling van E, vermoeiing en sterkte in de tijd moeten kunnen vast te stellen. Voorgesteld wordt om de invloed van Easfalt op de spanning te analyseren en het belang van een juiste Easfalt bepaling vast te stellen.

Omdat wordt voorgesteld het model te relateren aan holle ruimte gebieden, is het zinvol om de nu beschikbare data te gebruiken als eerste testcase. Een onderzoeksplan moet hiervoor worden opgesteld, waarbij in ieder geval de splitsing lager of gelijk dan 5 % en een aanzienlijk hogere waarde (bijvoorbeeld boven 10%, of een andere met voldoende data) moet worden aangebracht.

Onderscheid zal worden gemaakt in veroudering en vochtinvloed in relatie tot de holle ruimte van een dicht asfaltbeton mengsel en hierop eventuele modellen splitsen (zie tabel 6 en figuur 5). De paper Development of a Global Aging System for Short and Long Term Aging. (Mirza, Witczak) [6]. moet hierbij als leidraad voor het verouderingsmodel worden meegenomen.

De holle ruimtes bij opleveringscontroles en van kernen worden meestal gemiddeld over de hoogte gegeven. Voor dijkbekledingen moet worden nagegaan of het verloop van de holle ruimte over de laagdikte een belangrijke parameter is om mee te nemen in het model. CT scans kunnen hier informatie verstrekken.

Nagegaan moet worden of er terugwin gegevens beschikbaar zijn van bitumen uit kernen van bestaande dijkvakken.

Voorgesteld wordt om na te gaan of het mogelijk is om een vocht (stripping)gevoeligheidsproef te introduceren op verouderde proefstukken uit de dijkvakken ter ondersteuning van een te ontwikkelen model (combinatie van veroudering + vochtinwerking op de mechanische eigenschappen). De SATS test is een mogelijke kandidaat hiervoor, naast de bestaande â&#x20AC;&#x153;retainedâ&#x20AC;? proeven in de europese standaard.

21

Opstellen van een route naar een of meerdere levensduur modellen (zie tabel 6 en figuur 6) Wat kan de invloed zijn van een oppervlakbehandeling op het model??? (Friesland) Op basis van de uitkomsten vaststellen welke eigenschappen bij toetsing zeker moeten worden bepaald ten behoeve van het levensduurmodel. In toetswerken mede standaardeigenschappen bepalen, in ieder geval holle ruimte meenemen.

Inventarisatie uitvoeren naar terugwingegevens van bitumen (zie ook lijnen Ave) Wat zijn de consequenties voor het levensduur model van: boorkern uiteengevallen, slechte balk die niet beproefd kan worden, N< 1. N tussen 1 en 50, e.d.

Er moet een overall plan worden opgesteld, waarbij de toetsresultaten worden gebruikt om het levensduur model te kalibreren, verbeteren en te controleren.

Voorgesteld wordt om veelbelovende aspecten uit de literatuur zoals aangegeven in de samenvatting in detail te bestuderen voor bruikbaarheid in een levensduurmodel.

Aanbevolen wordt het gebruik van verouderingsmodellen voor het bindmiddel nader te onderzoeken, alsmede de mogelijkheden van de EE modellen ontwikkeld door TU Delft voor vochtgedrag in WAB. Voorgesteld wordt om na te gaan wat de invloed is van het gebruik van gedroogde proefstukken uit de dijk op de eigenschappen, zeker voor de hogere holle ruimtes (is dit proefstuk representatief?)

22

Referenties [1]. Plan van aanpak meerjarig onderzoek asfaltdijkbekledingen. Dr. B.G.H.M. Wichman, Rijkswaterstaat, 25 januari 2007.

[2]. Offerte aanvraag asfaltonderzoek deelproject Levensduurmodel Asfaltbekledingen ir.

J.M.J. Leenen, STOWA, 16 april 2007.

[3]. De levensduur van asfaltbetonbekledingen, concept tekst, Adriaan Versluis, Rijkswaterstaat, 26 november 2003 [4]. Statistische Advisering: samenvatting gegevens en samenvatting analyses, Marion van den Bol, DWW, 21-10-2003.

[5]. Hagos, E.T. (2005). The effect of ageing on Binder Properties of Porous Asphalt Concrete, literature review [6]. Mirza M.W., Witczak M.W., Development of a global aging system for short and long ter naging of asphalt cement. Journal of AAPT, nr. 64 , 1995.

Dankbetuiging Dank wordt uitgesproken aan de heer Montauban voor de hulp die hij heeft geboden bij het opstellen van dit rapport. De hulp betreft zowel het verzamelen van informatie als het kritisch doornemen van stukken van het rapport.

23

BIJLAGE 1. (overzicht Kees Montauban)

Uitgave

Jaar Document

Oranjewoud

1987

Oranjewoud

1988

DWW TNO TNO

1991 1991 1991

DWW

1991

DWW

1992

TNO

1992

DWW TNO

1992 1992

DWW

1993

TNO TNO

1993 1993

TNO

1993

TNO

1993

TNO

1993

TNO DWW

1994 1994

DWW DWW DWW DWW Oranjewoud

1994 1994 1995 1997 1997

NPC DWW DWW DWW DWW DWW

2000 2000 2000 2001 2002 2002

DWW

2002

DWW DWW DWW

2003 2003 2003

DWW

2003

DWW

2003

DWW

2003

Te onderzoeken parameters bij het gedrag van waterbouwasfaltbetonnen dijkbekledingen onder dynamische belastingen. Oranjewoud, ABG 87-19, J.A. van Herpen, 22 september 1987.

Onderzoekvoorstel mechanische eigenschappen van asfaltbeton – dynamische omstandigheden.

Oranjewoud, ABG 88-22, J.A. van Herpen, april 1988.

Punten voor overleg over methodiek Leidraad Toetsen. DWW, C.C. Montauban, 6 juni 1991.

Analyse gegevens SPP-files en Bouwput Schaar. TNO, M. van den Bol, 28 augustus 1991.

Notitie over het aantal te boren kernen op een nieuwe lokatie. TNO, M. van den Bol, 16 october 1991.

Vaststellen restlevensduur asfaltbetonbekleding (Discussiestuk). DWW, MAO-N-91068, C.C. Montauban, october 1991.

Toetsen van de materiaalkwaliteit en toetsen van een asfaltbekleding (discussiestuk). DWW, R. ’t Hart, 23 juli 1992.

Resultaten van de toetsing van Boulevard De Ruyter aan de Deltagoot. TNO, M. van den Bol, 2 october 1992.

Overleg resultaten 3-puntsbuigproef. DWW, C.C. Montauban, 19 october 1992.

Concept - Toetsing Leidraad: Toetsing praktijkmateriaal aan referentiemateriaal. TNO, M. van den Bol, 12 november 1992.

Driepuntsbuigonderzoek aan asfaltbetonbekledingen (een samenvatting). DWW, C.C. Montauban, 18 januari 1993.

Model Deltagoot. TNO, M. van den Bol, 1993.

Toetsing Boulevard De Ruyter (toplaag) aan de Deltagoot; uitgebreid model. TNO, M. van den Bol, 26 october 1993.

Toetsing Boulevard De Ruyter (onderlaag) aan de Deltagoot; uitgebreid model. TNO, M. van den Bol, 26 october 1993.

Toetsing Boulevard De Ruyter (onderlaag) aan de Deltagoot; klein model. TNO, M. van den Bol, 26 october 1993.

Toetsing Leidraad: Toetsing praktijkmateriaal aan referentiemateriaal. TNO, M. van den Bol, 8 november 1993.

Regressieanalyse vermoeiing Vlissingen. TNO, M. van den Bol, januari 1994.

Resultaten dimensioneringsberekeningen volgens de nieuwe methodiek voor verschillende vermoeiingseigenschappen. DWW, R. ’t Hart, 4 maart 1994.

Memo over “veiligheidsmodel”(met stukkenoverzicht). DWW, C.C. Montauban, 21 april 1994.

Plan van aanpak “veiligheidsmodel”(Case Vlissingen). DWW, C.C. Montauban, 5 october 1994.

Notitie: Levensduur versus opgelegde spanning. DWW, M. van den Bol, 16 januari 1995.

Notitie: Levensduur versus opgelegde spanning. DWW, M. van den Bol, 5 maart 1997.

Karakteristieke waarden vermoeiingsparameters asfaltbeton. Oranjewoud, A.K. de Looff, 10 juni 1997.

Projectvoorstel statistisch onderzoek waterbouwasfaltbeton. NPC, A.K. de Looff, 26 april 2006.

Notitie bepaling HR voor dataverzameling waterbouwasfaltbeton. DWW, A. Versluis, 11 mei 2000.

Notitie inzake leeftijd bekledingen. DWW, M. van den Bol, mei 2000.

De levensduur van asfaltbetonbekledingen (historie). DWW, C.C. Montauban, 16 mei 2001.

Plan van aanpak: Levensduurmodel (Project HB/ASCON). DWW, C.C. Montauban, 5 juni 2002.

Controlelijst dataverzameling DWW resultaten uit driepuntsbuigonderzoek. DWW, A. Versluis, 16 october 2002.

Overzicht documenten “Levensduurmodel van asfaltbekledingen”. DWW, C.C. Montauban, november 2002.

Relatiematrix levensduurmodel. DWW, A. Versluis, 27 mei 2003.

Rekenblad REGFOR2b – vergelijking met LTV. DWW, A. Versluis, 17 september 2003.

Rekenblad REGFOR2b – analyse gevoeligheid voor invoerparameters. DWW, A. Versluis, 17 september 2003.

Invloed bitumengehalte op levensduur volgens de wegenbouwasfalt nomogrammen. DWW, A. Versluis, 8 october 2003.

Regressies-Samenvatting gegevens en analyses (+ bundel gegevens en analyses). DWW, M. van den Bol, 21 october 2003.

De levensduur van asfaltbetonbekledingen (Concept tekst en indeling voor eindrapport). DWW, A.

24

DWW DWW

2003 2003

DWW

2004

KOAC

2006

CCM CCM

2006 2007

STOWA

2007

DWW

2007

Versluis, 26 november 2003.

Rekenblad formule Nf o.b.v. REGFOR2b. DWW, A. Versluis, 26 november 2003.

Vergelijking resultaten BANDSPC met DWW levensduurmodel REGFOR2b. DWW, A. Versluis, 3 december 2003.

Plan van aanpak: Levensduurmodel (Project STUURBOORD/GA3). DWW, C.C. Montauban, 11 maart 2004.

Inventarisatie asfaltbekledingen (toetsingen en bestekken). KOAC-NPC, M. Weijers, 9 februari 2006.

Plan van aanpak: Levensduurmodel Asfaltbekledingen (2007). C.C. Montauban, 4 december 2006.

Plan van aanpak: Levensduurmodel Asfaltbekledingen (2007) (versie 2 incl. documentenlijst). C.C. Montauban, 28 februari 2007.

Offerte-aanvraag Levensduurmodel Asfaltbekledingen (incl. Plan van aanpak). STOWA, 16 april 2007.

Plan van aanpak: Levensduurmodel Asfaltbekledingen (2007) (versie DWW incl. 2 e fase). DWW, B. Wichman, 27 juni 2007.

25

BIJLAGE 2. Overzicht van bekeken literatuur (niet volledig) Airey, G. D. (2003). "State of the Art Report on Aging Test Methods for Bituminous Pavement Materials." International Journal of Pavement Engineering, 4(3), pp. 165-176.

Airey, G. D., Choi, Y. K., Collop, A. C., and Elliot, R. C. (2003). "Development of an Accelerated Durability Assessment for High Modulus Base (HMB) Materials." 160-166.

Anderson, D. A., Christensen, D. W., Bahia, H. U., Dongre, R., Sharma, M. G., and Antle, C. E. (1994). "Binder characterization and evaluation: Volume 3 Physical characterization." Rep. No. SHRP-A-369, National Research Council, Washington DC. Bahia, H. U., Hislop, W. P., and Zhai, H. (1998). "Classification of Asphalt Binders into Simple and Complex Binders." Association of Asphalt Paving Technologists (AAPT), Vol. 63.

Bell, C. A., AbWahab, Y., and Cristi, M. E. (1994). "Selection of laboratory aging procedures for asphalt-aggregate mixtures." Rep. No. SHRP-A-383 report, National Research Council, Washington DC. Bell, C. A., and Sosnovske, D. (1994). "Aging: Binder Validation." Rep. No. SHRP-A384, National Research Council, Washington DC. Christopher, H. D., Meng, L., Richard, R. D., Jerry, A. B., and Charles, J. G. (1997).

"Study of Strategic Highway Research Program Pressure Aging Vessel Procedure using Long-Term, Low-Temperature Aging Experiments and Asphalt Kinetics.".

Christopher, H. D., Richard, R. D., and Charles, J. G. (1999). "Effect of Oxidation Pressure on Asphalt Hardening Susceptibility." Transportation Research Record.

COST 333 (1999). "Bituminous Materials and Hydraulically Bound Materials."

Development of New Bituminous Pavement Design Method, European commission, Brussels, pp. 115-172.

Curtis, C. W., Ensley, E. K., and Epps, J. (1993). "Fundamental properties of asphaltaggregate interactions including adhesion and adsorption." Rep. No. SHRP-A-341, National Research Council, Washington, DC. Domke, C. H., Liu, M., Davison, R. R., Bullin, J. A., and Glover, C. J. (1997). "Study of Strategic Highway Research Program pressure aging vessel procedure using lowtemperature aging experiments and asphalt kinetics." Transportation Research Record,(no. 1586), pp. 10-15.

ETG (2000). "Minutes of TRB Superpave Asphalt Binder." Minutes of TRB Superpave Asphalt Binder (Meeting on long range plan - Superpave 2005). November 13 & 14, 2000 Tampa, Florida.

Francken, L., Vanelstraete, A., and Verhasselt, A. (1997). "Long term aging of pure and modified bitumen: Influence on the rheological properties and relation with the mechanical performance of asphalt mixtures." pp. 1259-1278.

26

Heslop, M. W., and Catt, C. A. (1997). "Specifying durability for bituminous surfacing â&#x20AC;&#x201C; The importance of binder rheology." pp. 19-37.

Ishai, I., Brule, B., Vaniscote, J. C., and Ramond, G. (1988). "Some rheological and physio-chemical aspects of long term asphalt durability." Viking Press Inc..

Ishai, I. (1996). "The Effects of Asphalt Composition on its Physical and durability Characteristics." Transportation Research Record,(Transport Research Board 75th annual meeting).

John, R., and Whiteoak, D. (2003). "The Shell bitumen handbook." Shell Bitumen, Surrey, UK. Kandhal, P. S., and Chakraborty, S. (1996). "Effect of Asphalt Film Thickness on Short and Long-Term Aging of Asphalt Paving Mixtures." Transportation Research Record, (TRR No. 1535, pp. 83).

Kandhal, P. S., Lynn, C. Y., and Parker, F. (1998). "Characterization tests for mineral fillers related to performance of asphalt paving mixtures." Transport Research Record,(TRR no. 1638).

Konitpong, K., and Bahia, H. U. (2003). "Role of Adhesion and Thin Film Tackiness of Asphalt Binders on Moisture Damage of HMA." Association of Asphalt Paving Technologists (AAPT).

Kumar, A., and Goetz, W. H. (1997). "Asphalt Hardening as Affected by Film thickness, Voids, and Permeability in Asphaltic Mixtures." pp.571-605.

Peterson, J. C., and Harnsberger, P. M. (1998). "Asphalt Aging: Dual Oxidation Mechanism and its Relationship with Asphalt Composition and Oxidative Age Hardening." Transportation Research Record, (TRR No. 1638). National Academy Press.

Peterson, J. C. (2000). "Chemical composition of asphalt as related to asphalt durability."

Included in series Asphaltenes and Asphalts, 2. Developments in Petroleum Science, 40B. ELSEVIER, USA. Plancher, H., Green, E. L., and Peterson, J. C. (1976). "Reduction of oxidative hardening of asphalts by treatment with hydrated lime â&#x20AC;&#x201C; a mechanistic study." Association of asphalt paving technologists , 45, pp. 1-24.

Roberts, F. L., Kandhal, P. S., Ray Brown, E., Lee, D.-Y., and Kennedy, T. W. (1996).

"Hot mix asphalt materials, mixture design, and construction." NAPA Research and Education Foundation, Lanham, Maryland.

Verhasselt, A. F., and Choquet, F. S. (1997). "Field Aging of Bituminous Binders: Simulation and kinetic approach." 5th RILEM Symposium on Mechanical Test Methods for Bituminous Materials. Lyon, France.

Verhasselt, A. F. (2000). "A Kinetic Approach to the Aging of Bitumens." Asphaltenes and Asphalts, 2. Developments in Petroleum Science, 40B, Elsevier Science BV. Verhasselt, A. F. (2002). "Long Term Aging - Simulation by RCAT aging Test."

International Conference on Asphalt Pavements (ICAP). Copenhagen, Denmark.

27

Zupanick, M., and Baselice, V. (1997). "Characterizing Asphalt Volatility."

Transportation Research Board, Washington, DC, pp. 1-9. .

28

BIJLAGE 3. Samenvatting literatuur van de Athene conferentie 2007 (met korte samenvatting).

Conference Proceedings Advanced Characterisation of Pavement and Soil Engineering Materials, Athens 2007. Edited by Andreas Loizos, Tom Scarpas, Imad Al-Qadi.

Onderwerpen: Moisture damage and Chemo-Physical processes Impact of lime and liquid antistrip on moisture sensitivity of HMA mixtures P. E. Sebaaly, E.Y. Hajj & E. Berger Laboratorium onderzoek om de vochtgevoeligheid van mengsels te onderzoeken door het bepalen van mechamnische eigenschappen als resilient moduls, dynamic modulus, treksterkte, spoorvorming. Eigenschappen werden bepaald voor en na multiple vorst dooi cycli. Toevoeging van gebluste kalk gaf de beste resultaten. Proefvakken moeten tonen dat dit juist is.

Analysis of moisture ingress and retention processes in asphalt mixes with nonlimear mixed effects models Q. Lu & J.T. Harvey Een laboratorium studie wordt gerapporteerd, naar de vochtbewegings processen in dicht asfaltbeton mengsels onder verschillende omstandigheden en de invloed van de diverse factoren. Het totale vochtgehalte is sterk gecorreleerd aan het holle ruimte percentage van het mengsel. De resultaten tonen ook dat de indringing en verdamping van vocht in dicht asfaltbeton langdurende processen Influence of air-void and binder contents on moisture sensitivity of hot mix asphalt in flexural beam fatigue test Q. Lu & J.T. Harvey Uit de studie blijkt dat reductie van het bindmiddelgehalte of een toename van de holle ruimte de weerstand tegen vocht aanzienlijk vermindert onder herhaalde belasting. De studie toont ook dat proeven die niet herhaalde belasting gebruiken niet zo gevoelig zijn als proeven waarbij herhaalde belasting wordt gebruikt.

Methods to quantify interfacial adhesion and debonding in bitumen-aggregate systems in dry and wet conditions A . Bhasin & D.N. Little De paper geeft een methode waarmee de adhesie tussen bitumen en aggregaat in droge toestand kan worden gekwantificeerd en de mogelijkheid van water om bitumen weg te drukken van het aggregaat oppervlak. (Universal sorption Device en de Wilhelmi plate test ter bepaling van de oppervlakte energieĂŤn van aggregaat en bitumen).

Thermo dynamische principes worden gebruikt om berekeningen te maken, ook voor de ontbinding onder invloed van water. Een procedure wordt gegeven voor de selectie van

29

de beste combinatie van bitumen en aggregaat met betrekking tot weerstand tegen schade die door vocht wordt ge誰nitieerd.

Determination of combined physical-mechanical moisture induced damage in the aggregate-mastic interface A Copeland, J. Youtcheff, N. Kringos & A. Scarpas Een nieuwe methode is ontwikkeld om de degradatie van de aggregaat-mastiek verbinding te bepalen als functie van de hoeveelheid vocht aanwezig in het contactvlak.

De relatie kan worden toegepast in een speciaal ontwikkeld EEM van TU Delft voor de simulatie van vocht ge誰ndiceerde schade in asfalt mengsels..

Assessment of moisture transport in hot mix asphalt using X-ray computed tomography E. Arumbula, E. Masad, A. Epps Martin, R.A. Ketcham & A.R. Abbas In deze studie warden met behulp van X-ray computed tomography het water transport ten gevolge van capillaire actie onderzocht. De invloed van de vorm van de holle ruimte op de capillaire stijging en de contacthoeken kon worden aangetoond en duidelijke verschillen tussen vocht geconditioneerd en ongeconditioneerde proefstukken konden worden waargenomen.

Asphalt moisture damage assessment combined with surface energy characterization G.D. Airey. E. Masad, A. Bhasin, S Caro & D.N. Little De reeeds eerder gemelde thermodynamische benadering wordt in deze paper gecombineerd met de SATS (Saturation Ageing Tesnsile Stiffneess) test.

De voct schade wordt weergegeven als de verhouding tussen de stijfheidsmodulus van de vocht geconditioneerde en ongeconditioneerde verouderde asfalt proefstukken.

Interessante conclusies worden getrokken, o.a. met betrekking tot de hardheid van de bitumen.

Determination of volumetric parameters of one and two-layer porous asphalt with X-ray computerized tomography M.F.C. van de Ven, W. Verwaal & J.L.M. Voskuilen In de paper wordt aangegeven dat op niet-destructieve wijze veel informatie kan worden gehaald uit de structuur van vooral de holle ruimte in een asfalt mengsel. Zie ook de andere genoemde papers. Auteurs melden dat een nieuwe X-ray machine met extreem goede eigenschappen is aangeschaft.

Asphalt-moisture testing utilizing a modified dynamic shear rheometer A.N. Kvasnak & R.C. Williams Een speciale rheologische proefopstelling voor het onderzoeken van de mogelijke vochtverzadiging (infiltratie) van bitumen wordt beschreven. Verandering van rheologische eigenschappen geven een indruk.

30

Simulation of mastic transport from open graded asphalt mixes using a hybrid Lagrangian-Eulerian finite element approach N. Kringos, A. Scarpas & P.S. Selvadurai De paper beschrijft een numerieke benadering voor de modellering van het advectieve transport van mastiek deeltjes van een asfalt mengsel en is deel van een groter project voor het modelleren van gecombineerde physisch-mechanische vocht geinitieeerde schade in asfalt mengsels.

Simulation of combined physical-mechanical moisture induced damage in asphaltic mixes N. Kringos & A. Scarpas In deze paper wordt een EEM voor de simulatie van gecombineerde physischmechanische vocht geinitieerde schade in asphalt mengsels gepresenteerd. Gesimuleerde processen zijn: moleculaire diffusie van vocht en â&#x20AC;&#x2DC;washing awayâ&#x20AC;&#x2122; van de mastiek door actie van het verkeer. Voor WAB is het eerste mechanisme erg interessant.

Modifying HMA stone aggregates prone to stripping with lime based additives A . Khoshghalb, M. Elshafey & A.O. Abd El Halim Deze paper houdt zich vooral bezig met het concept van oppervlakte laddingen in het bitumen-aggregaat-water interface. Uit de studie blijken enkele significante correlaties tussen percentage silicious mineralen in het aggregaat, hun Zeta potentiaal en de gevoeligheid voor stripping.

Surface chemistry at the bitumen-aggregate interface M.E. Labib, A.W. Hefer & D. N. Little De oppervlakte cemie van het aggregaat bepaald de adhesie met bitumen en de stripping tengevolge van water. In deze paper rapporteren de auteurs over het gebruik van electroforese om het protonen transport oppervlakte gedrag vam zowel aggregaat als bitumen in aanwezigheid van water te onderzoeken. Electroforeze proeven procedures zijn ontwikkeld, die rekening houden met de typische eigenschappen van deze materialen.

Een folow-up paper onderzoekt het gebruik van de data om stripping kwantitatief te bepalen.

Advances using surface chemistry relations to quantify bitumen-agregate stripping A.W. Lefer, D.N. Little & M.E. Labib Electrofoese experimenten worden gebruikt om het strippingsgedrag van bitumenaggregaat systemen kwantitatief te onderzoeken.

De vrije erergie van electrostatische internactie is geĂŤvalueerd en de potentiele kwantificering van het pH effect van interface water is onderzocht. De auteurs denken dat Ph afhankelijke veranderingen in donor-acceptor oppervlakte eigenschappen de oplossing kunnen geven voor de kwantificering van het pH effect.

Influence of material factors on surface free energy and performance related parameters

31

J.E. Howson, A. Bhasin, E. Masad, D.N. Little, R.L. Lytton & H. Claros In deze paper wordt het effect van verschillende modificaties onderzocht op de surface free energie van de bitumen en bijbehorende parameters gerelateerd aan het gedrag van asfalt mengsels door het gebruik maken van de oppervlakte energien van bitumen en aggregaat.

Ageing of bitumen in bulk versus the ageing of bitumen in an asphalt mixture J. Wu, E. Lepercq & G.D. Airey De petrogtrafische natuur van aggregaten kan een aanzienlijk effect hebben op de oxidatieve veroudering van bitumen.

In deze paper wordt de invloed van verschillende types aggregaat onderzocht op de veroudering van bitumen in een asfalt mengsel, vergeleken met de veroudering van bulk (puur) bitumen. De asfaltmengsel werden volgens het SHRP protocol verouderd.

Aanzienlijke verschillen in rheologisch gedrag zijn gecontateerd als functie van verschillende aggregaat types( graniet versus kalksteen).

Effects of environment on the long-term performance of flexible and rigid pavements in the LTPP SPS-8 experiment S.W. Haider, K. Chatti, N. Buch & A.S. Pulipaka Hoewel het verkeer de belangrijkste oorzaak is van schade aan de verharding, is de invloed van de omgeving (klimaat) ook erg belangrijk. In deze paper wordt gerapporteerd over het effect van de omgeving op verhardingen met licht verkeer. Flexibele verhardingen in vorst-dooi gebieden ondervinden meer scheurvorming en enige rafeling.

Flexibele verhardingen in natte klimaten tonen grotere onvlakheid dan in droge klimaten.

32