Grind in asfaltbeton voor bekledingen (Chronologie in feiten) (C.C. Montauban – Adviseur Waterkeringen – De Lier – 25 augustus 2009)
Inleiding In 2003 is het dijkvak Westhoek-Zwarte Haan in Friesland getoetst op veiligheid. Daarbij zijn radar- en valdeflectiemetingen verricht en is a.h.v. boorkernen bepaald wat de sterkte en stijfheid van het asfalt is. Bij het uitvoeren van de veiligheidstoetsing met het rekenprogramma GOLFKLAP werd de bekleding goed gekeurd. Bij een visuele inspectie na een storm in 200 bleek de bekleding schade te vertonen. Op meerdere plaatsen was de oppervlakbehandeling en enig asfaltbeton verdwenen. Bij nadere inspectie bleek het asfalt direct onder de oppervlakbehandeling te zijn aangetast door stripping. Dit is de inwerking van vocht dat de binding tussen bitumen en mineraal aantast waardoor de samenhang van het asfalt afneemt. In 2005 had de schade zo’n omvang genomen dat tot reconstructie van de bekleding werd besloten. Ook het eerder aangelegde dijkgedeelte Koehool-Westhoek bleek in 2006 een soortgelijke schade te vertonen en is in 2008 gereconstrueerd.
Notitie Philipse Over de oorzaak van de schade is veel te doen geweest. Vanuit Friesland is getracht de schade te verhalen op het Rijk, omdat men enerzijds van mening was dat grootschalige reconstructies door het Rijk betaald moeten worden. Anderzijds heerste de gedachte dat de door Rijkswaterstaat voorgeschreven toepassing van grind in asfaltbeton voor deze 2 werken de belangrijkste oorzaak was van de schade. Leo Philipse heeft in 2006 een uitgebreide notitie geschreven over de ontwikkeling van asfaltmengsels voor bekledingen [1]. Hierin probeert hij aan te tonen dat het gebruik van grind in de toplaag van een asfaltbekleding niet de juiste keuze was. Afgezien van enige feitelijke onjuistheden blijkt zijn notitie niet aantoonbaar tot de schuld bij het grind te leiden. Wel wordt duidelijk dat Rijkswaterstaat indertijd het gebruik van grind heeft afgedwongen, omdat deze werken volledig door het Rijk werden betaald. In bijlage 1 is het proces beschreven dat vermoedelijk tot deze schade heeft geleid. Naar aanleiding van de discussie in de Klankbordgroep Asfaltdijkbekledingen is besloten om alle feiten m.b.t. het gebruik van grind in asfaltbeton op een rijtje te zetten. In onderstaande zijn alle bekende feiten in chronologische volgorde weergegeven.
Den Helder Marine haven-1953-1954: In een VBW-publicatie van J.C. Visser [2] is beschreven dat tot 1953 een onderlaag van zandasfalt en een toplaag met 46 % kiezelslag werd toegepast; In 1953 en 1954 zijn daarentegen een onderlaag van Grindzandasfalt (GZA) en een toplaag met 46 % grind 5/25 (GAB) toegepast. De toepassing van grind is vermoedelijk uit kostenoverwegingen gedaan. Zelfs op een helling van 1:3 werd de GAB-toplaag met een aangepast bitumengehalte van 6.7 % verdicht tot een holle ruimte van 4.1 %. Het is de vraag of deze bekleding nog bestaat en is terug te vinden.
Voorlopig Rapport-1961: In 1961 is het Voorlopig Rapport uitgebracht door de Werkgroep Gesloten Dijkbekledingen. Hierin zijn aanbevelingen gedaan voor de toepassing van asfaltmengsels in de bekledingen. Als onderlaag werd Grindasfaltbeton (GAB) aanbevolen met een holle ruimte < 10 %; voor de toplaag werd asfaltbeton met steenslag aanbevolen (AB) met een holle ruimte < 6 %. Over het gebruik van grind in relatie tot stripping werd geen uitspraak gedaan; om stripping te voorkomen werd aanbevolen om te streven naar lage holle ruimtes en het eventueel toepassen van dopes.
Lauwersmeerdijk-1965 In 1965 is het westelijk (friese) gedeelte van de Lauwersmeerdijk bekleed met waterbouwasfaltbeton met 45 % steenslag en 8.0 % bitumen. Alhoewel in dit mengsel geen grind is verwerkt, wordt de laatste jaren toch een soortgelijke schade geconstateerd als bij Koehool-Westhoek-Zwarte Haan. Dit wijst erop dat deze schade niet direct gekoppeld is met het gebruik van grind of steenslag. Nader onderzoek naar deze schade is nodig.
Harlingen-Havendam-1968: Voor de bouw van de havendam in Harlingen werd in 1968 door RWS-Friesland het gebruik van GAB voorgeschreven. Niet duidelijk is waarom dit is gedaan; vermoedelijk speelden kosten een belangrijke rol. Ook deze bekleding vertoont de laatste jaren dezelfde schade als bij Koehool-Zwarte Haan.
Koehool-Westhoek-1970: In 1970 is het Rijkswegenbouwlaboratorium (RWL) betrokken geraakt bij de uitvoering van asfaltbekledingen in Friesland. Voordien werden wel keuringen uitgevoerd (zoals voor de havendam van Harlingen), maar nu werd ook de uitvoering gevolgd. Het RWL was verbaasd dat GAB was voorgeschreven, omdat de aanleg van één laag waterbouwasfaltbeton (WAB) al jaren gebruikelijk was, zeker bij de aanleg van de Deltadijken in Zeeland. Bovendien was het voorschrijven van de oude holle ruimte-eisen (8% toplaag en 10% onderlaag) wat merkwaardig voor één laag asfaltbeton. In die tijd was de eis voor waterbouwasfaltbeton …5 of 6 %…………? (zie oude besteksbepalingen) Misschien wilde PWS-Friesland wel STAB maar heeft RWS-Friesland het gebruik van GAB doorgedrukt, zonder overigens het RWL te raadplegen. Uit beschrijvingen en interviews met Provinciale Waterstaat [zie L.Philipse in OTAR-1979 en COW-verslag 1979] echter blijkt dat zij heel tevreden waren met het mengsel GAB m.n. door de goede verwerkbaarheid; ook de gemiddelde bereikte holle ruimte stemde tot tevredenheid, alhoewel deze niet in alle individuele gevallen aan de eisen voldeed: Laag Toplaag
Eis 8%
Resultaat: Toplaag Middenlaag* Onderlaag
Min 1.7 1.5 2.8
Max 10.5 9.3 12.1
Gem 6.1 5.4 7.5
Onderlaag 10 % * Bij onderzoek van de boorkernen werden deze in 3 deelkernen gezaagd, vandaar een middenlaag.
Westhoek-Zwarte Haan-1972-1973: Provinciale Waterstaat van Friesland was kennelijk zo tevreden over het resultaat van Koehool-Westhoek dat ook bij het dijkgedeelte Westhoek-Zwarte Haan GAB is toegepast (ondanks aandringen van het RWL om waterbouwasfaltbeton te gaan gebruiken); hierbij golden dezelfde eisen als bij het vorige werk. De bereikte holle ruimte was wel iets beter: Laag
Eis
Resultaat:
Min Max Gem 1972 - 1973 1972 - 1973 1972 - 1973 Toplaag 8% Toplaag 1.6 - 1.5 5.1 - 6.5 3.3 - 3.7 Onderlaag 10 % Onderlaag 2.1 – 1.6 6.9 - 6.9 4.1 - 4.2 De boorkernen van dit werk zijn bewust in 2 deelkernen gezaagd voor onderzoek.
Peasens-Wierum-1973: Pas bij het werk Paesens-Wierum is in 1973 waterbouwasfaltbeton toegepast op aanbeveling van het RWL; dit tot groot ongenoegen van Provinciale Waterstaat van Friesland. (vooronderzoek toevoegen) (holle ruimte toevoegen)
Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds-1975 (CVA): De CVA heeft vanaf 1965 veel onderzoek gedaan naar m.n. de bereikte holle ruimte als functie van het asfaltmengsel en de gebruikte verdichtingstechniek. Omdat het onderzoek niet erg gestructureerd was, kostte het opstellen van een eindrapport [3] veel moeite en waren de conclusies niet eenduidig. Het rapport werd door de Hoofddirectie van de Waterstaat zo slecht beoordeeld, dat er in eerste instantie geen Engelstalige RWS-Communication van gemaakt mocht worden; dit is later vanwege protesten van het RWL toch nog gedaan. De conclusie in het rapport m.b.t. de toepassing van grind luidde: “Het toepassen van grind is gezien de slechte verdichtingsresultaten, de lage initiaalweerstand en de mogelijk minder goede hechting verlaten”. Dit is echter een onjuiste conclusie omdat: - De hoge holle ruimte percentages die in onderlagen waren gevonden waren het gevolg van eisen die hoge holle ruimte toestonden; - De feitelijke initiaalweerstand was en is niet bekend (dit betrof alleen een theorie); - Over de hechting was feitelijk ook niets bekend; dit werd alleen verondersteld; - Naar de veronderstelde tekortkomingen van grind in asfaltbeton is ook in feite geen enkel behoorlijk onderzoek gedaan! - Er was en is ook geen aantoonbare relatie tussen verbrossing (?)/stripping en grind! - [Zie ook TAW-1987]
Eisen-1978: In 1978 is bij het verschijnen van de Eisen-1978 ook een beschrijving opgenomen voor waterbouwasfaltbeton; hiervoor is de aanbeveling uit het CVA-rapport 1975 gebruikt. Het mengsel diende alleen steenslag te bevatten en de holle ruimte mocht na verwerken niet meer
dan 5 of 6 % bedragen, afhankelijk van de taludhelling. Formeel werd dus geen grind meer toegepast.
L. Philipse: Versterken van de Friese zeedijken (OTAR-1979-2): In 1978 en 1978 verscheen een artikelenreeks [4] over het versterken van de Friese dijken in OTAR van de hand van Leo Philipse. In deze artikelen wordt met geen woord gerept over mogelijke problemen met GAB. Wel wordt gesteld: “dat voor asfaltbeton op dijktaluds geringe eisen aan de stabiliteit worden gesteld” Daarnaast wordt gesteld: “dat de levensduur hoofdzakelijk wordt bepaald door een hoog bitumenge halte en een lage holle ruimte” (geen woord over grind). Daarentegen worden problemen gesignaleerd met de stabiliteit van het in het laboratorium ontworpen mengsel WAB, waardoor het mengsel op tal van punten moest worden aangepast (deze problemen bestonden kennelijk niet bij het eerder toepaste GAB?)
COW-verslag-1979: (Inventarisatie Asfaltbetonbekledingen in Friesland) In 1979 verscheen in het kader van een inventarisatie van asfaltbetonbekledingen een verslag van het COW [5] van een gesprek met Provinciale Waterstaat Friesland over asfaltbetonbekledingen van de Friese dijken. In dit verslag wordt een lofzang op GAB gegeven en een klaagzang op WAB. Over GAB: “De ervaringen hiermee waren prima, vooral wat de verwerkbaarheid betrof. Theoretisch moet dit mengsel een lagere stabiliteit hebben, in de praktijk is hiervan niets gebleken.” Over WAB: “De hr. Philipse dacht dat er onterecht teveel achter de wegenbouw aan gelopen is. Gebroken steenslag is duurder dan grind en voor glooiingen op dijken vond hij een dikkere GAB-bekleding ook voldoende, door de lage belastingen die zo’n bekledingslaag moet kunnen opnemen. Over de nieuwe ontwerpnormen had hij zijn twijfels, daar de mengsels zeer slecht verwerkbaar bleken. Hij vond ze te kritisch, te theoretisch ontworpen. Er moesten veel mengselwijzigingen worden doorgevoerd en Door de slechte verwerkbaarheid bleef de productie zeer laag” NB: (Dus: van 1970 t/m 1980 geen woord van kritiek over GAB maar wel weerstand tegen WAB; dit geeft een heel ander beeld dan de notitie van october 2006)
Leidraad-1984: In de Leidraad voor de toepassing van asfalt in de waterbouw [6] wordt in de samenvatting gesteld: “dat tegenwoordig alleen steenslag wordt gebruikt , maar dat het gebruik van grind nader bekeken dient te worden.” In hoofdstuk 9 staat: “De toepassing van Grind is indertijd verlaten gezien de mogelijk minder goede hechting (?) en de lage inwendige stabiliteit in warme toestand. Aangezien die lage stabiliteit onvoldoende is aangetoond, bestaat er vooralsnog geen reden om grind niet te gebruiken”
Dus in die periode werd de stabiliteit niet als probleem gezien; daarnaast was men van mening dat als een GAB wordt ontworpen met een lage holle ruimte van 4 a 5 % (ipv 8 tot 10%) de hechting ook geen probleem is omdat het mengsel niet toegankelijk is voor water.
Dollarddijk-1984: Deze redenatie in de Leidraad leidde in 1984 tot de aanleg van een aantal proefvakken [7] met GAB bij de verzwaring van de Dollarddijk onder bestek 16/1983 bij het waterschap Noorderzijlvest. Hier zijn op een gedeelte van de buitenberm (1:10) 3 vakken aangelegd: Analyseresultaten Steen/grind > 2mm Zand 2 mm – 63 µm Vulstof < 63 µm Bitumengehalte Holle ruimte
Proefvak 1 (GAB) 51.5 41.7 6.9 5.7 4.8
Proefvak 2 (GAB) 52.7 40.4 6.9 6.1 2.8
Proefvak 3 (WAB) 47.9 44.2 7.8 6.3 3.8
Het bleek dat een speciaal ontworpen mengsel waterbouw(grind)asfaltbeton met een laag bitumengehalte tot lage holle ruimte verdichtbaar is. Vanwege een betere verwerkbaarheid heeft het mengsel van proefvak 1 de voorkeur gekregen. Het is tot nu toe niet gelukt om met de beheerder te achterhalen waar de proefvakken liggen. Mogelijk dat het aanlegrapport [7] en de datum van aanleg (2 juli 1984) van de proefvakken nog resultaat oplevert.
TAW-Waterbouwasfaltbeton-1987: In 1987 is een rapport [8] uitgebracht door projectgroep TAW-A4 waarin een “State-of-theArt” is opgenomen over waterbouwasfaltbeton. Bij het mengselontwerp wordt gesteld: “De toepassing van grind is indertijd vanwege de slechte verdichtingsresultaten, de lage inwendige stabiliteit en de mogelijk minder goede hechting verlaten (zie CVA-1975). De lage stabiliteit en de slechte hechting zijn echter nooit voldoende aangetoond. Tevens blijken de verdichtingsresultaten niet significant minder te zijn. Er bestaat dan ook vooralsnog geen reden grind niet toe te passen.” Bij de conclusies is vermeld: “Het gebruik van grind in waterbouwasfaltbeton, i.p.v. de gebruikelijke steenslag, is in principe goed mogelijk” En bij de aanbevelingen werd vermeld: “Het verdient aanbeveling aandacht besteden aan de toepassing van grind in plaats van steenslag in waterbouwasfaltbeton” In dit rapport zijn de positieve bevindingen van de Groningse proefvakken dus opgenomen.
Standaard-1985: Bovengenoemde ervaringen waren aanleiding om in de RAW Standaard-1985 op te nemen dat ook grind in asfaltbeton mag worden verwerkt. Hierbij is het gewenste bitumengehalte van 6.5 % niet aangepast voor grind. Pas bij de Standaard-2000 is dit gehalte verlaagd tot 6.0 % indien grind wordt toegepast.
Conclusie Om begrijpelijke redenen wordt door de voormalige beheerders van de Friese dijken nu anders tegen GAB aangekeken dan in de jaren ’70. De nooit verwachte schade aan deze bekledingen heeft twijfel geschapen over de kwaliteit van GAB als dijkbekleding. Met name het grind wordt daarbij als oorzaak aangemerkt. De feiten uit deze notitie echter maken het niet aannemelijk dat grind de hoofdoorzaak is. Hoogstens kan het toepassen van grind een bijkomende factor in het proces zijn geweest.
Aanbeveling Het verdient aanbeveling om na te gaan waar in Nederland (of elders) bekledingen aanwezig zijn met grind als toeslagmateriaal. Zeker de proefvakken in Groningen zouden nuttige informatie kunnen verschaffen. Daarnaast zou het kunstmatig nabootsen van het mogelijke proces dat tot de schade in de 2 Friese dijken heeft geleid uitsluitsel kunnen geven over de werkelijke oorzaak.
Referenties 1. Van zandasfalt naar asfaltbeton op dijken en oevers. L.A. Philipse, october 2006. 2. Asfalt in de Waterbouwkunde. VBW-publicatie, J.C. Visser, mei 1955. 3. Asfaltbekleding van dijktaluds – Eindverslag van de Commissie Verdichting Asfaltdijktaluds. Rijkswaterstaat, maart 1975. 4. Versterken van de Friese zeedijken – deel I, II en III. Ing. L.A. Philipse, Provinciale Waterstaat Friesland, OTAR-1978-12, 1979-1 en 1979-2. 5. Besprekingsverslag Asfaltbetonbekledingen van de Friese zeedijken. Centrum voor Onderzoek Waterkeringen (COW), J. de Vries, 12 maart 1979. 6. Leidraad voor de toepassing van asfalt in de waterbouw. Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW), Staatsuitgeverij 1984. 7. Kwaliteitscontrole Bestek 16/1983, Verzwaring Dollarddijk (2e gedeelte). Dienst Wegen Waterbouwkunde, MAW-R-85059, C. van der Neut, 1985. 8. Waterbouwasfaltbeton – Ontwerp en eigenschappen. Technische Adviescommissie voor de Waterkeringen (TAW), januari 1987.
Bijlage 1
Levensduur GAB-bekleding Koehool-Westhoek (C.C. Montauban – Adviseur Waterkeringen – De Lier – 26 april 2007)
Na alle comotie over de schade bij Westhoek-Zwarte Haan en Koehool-Westhoek is nog steeds geen afdoende verklaring voor dit verschijnsel gevonden. Ook ligt nog de vraag op tafel wat de restlevensduur bij een bepaalde mate van schade van de bekleding is. In mei zal nader onderzoek worden verricht naar de omvang en ernst van de schade door inspecties, onderzoek aan kernen en radarmetingen. Schade: De oorzaak van de schade wordt momenteel als volgt verklaard: - De dikke oppervlakbehandeling (OB) is plaatselijk gescheurd door krimpende vogeluitwerpselen. - Hierdoor is vocht tussen de OB en de laag grindasfaltbeton (GAB) doorgedrongen. - Bij warm weer sluiten de scheurtjes door visceuse vloei van het bindmiddel en kan het vocht niet verdampen. - Door de zonnestraling wordt het vocht mogelijk tot 60 °C verwarmd; bekend is dat vocht bij deze temperatuur een grote dampspanning geeft en door het asfalt diffundeert, waardoor de stripping sterk toeneemt. Hierbij zal het gebruikte grind naar verwachting een kleine rol spelen. - Dat de schade zo plaatselijk optreedt kan mogelijk worden verklaard door de combinatie van plaatselijke scheurtjes en hogere holle ruimte. - Of de vloeibitumen daar een rol in speelt is niet met zekerheid te zeggen. Een probleem blijft de verklaring voor de zwel van het asfalt. Stripping geeft op zich geen volumetoename. Daarnaast zijn geen watergevoelige componenten gevonden die de zwel zouden kunnen verklaren. Bij het Comcoast-project Ellewoutsdijk wordt momenteel intensief overlegd met Heijmans Infrastructuur over de toepassing van open steenasfalt. Hierbij is (zijdelings) ook de problematiek in Friesland aan de orde geweest. Het hoofd R&D van Heijmans (Gerbert van Bochove) heeft laten weten een soortgelijk geval te hebben meegemaakt bij een vliegveldverharding. Daar is de schade o.a. verklaard door vorst-opdooigedrag. Ook hier zou de mogelijke verklaring die overblijft het feit kunnen zijn dat het aanwezige vocht in de winter bevriest en het volume van het asfalt doet toenemen. Hierdoor wordt het asfalt nog toegankelijker voor vocht en stripping, waardoor het proces versnelt. Op de Workshop van de KGA op 31 october 2006 is door Heijmans (Gerbert van Bochove) al op deze mogelijkheid gewezen. Alleen door TUD is daar toen serieus op in gegaan, kennelijk omdat zij ook bij de vliegveldproblematiek betrokken waren (Martin van de Ven). Advies: Voorgesteld wordt om op korte termijn een gesprek te hebben met Heijmans (en Martin) om na te gaan of hun ervaringen bij de schade aan het vliegveld de oplossing voor ons probleem kan bieden. Als zij bovendien een zinnige methode kunnen aandragen om de progressie van de schade te kunnen monitoren, dan kan mogelijk ook een goede indruk van de restlevensduur worden verkregen.