De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat

Page 1

UNIVERSITEIT ANTWERPEN FTI: Bouwkunde 4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde Academiejaar 2019-2020

De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat

Groepsleden (groep 4) • • • •

Claessens Robbe Mihali Christian Van Doninck Jannes Vos Maxim

Promotors: • •

Stoop Jan Couscheir Karolien


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Inhoudsopgave Begrippenlijst ................................................................................................................................................. 5 1.

2.

Inleiding ................................................................................................................................................. 6 1.1.

Situering ................................................................................................................................................. 6

1.2.

Methode................................................................................................................................................. 6

Gebruik van asfaltgranulaat in Vlaanderen ............................................................................................. 7 2.1.

Vooronderzoek van de asfaltverharding [4-6] ...................................................................................... 7

2.2.

Het frezen............................................................................................................................................... 8

2.3. Asfaltpuin verwerken tot asfaltgranulaat .............................................................................................. 9 2.3.1. Zeefproces ..................................................................................................................................... 9 2.3.2. Breekproces ................................................................................................................................ 10 2.3.3. Opslag.......................................................................................................................................... 10 2.4. Kwaliteitscontrole van het asfaltgranulaat.......................................................................................... 11 2.4.1. Register stapels ........................................................................................................................... 12 2.4.2. Registerproeven .......................................................................................................................... 12 2.5. Prestatiegerichte controle van het asfaltgranulaat ............................................................................. 13 2.5.1. Clusterverschijnselen in asfaltgranulaat onderzoeken ............................................................... 13 2.5.2. Extra onderzoek op asfaltgranulaat [16] ..................................................................................... 14 2.6. Ontwerpen van mengsels met asfaltgranulaat.................................................................................... 16 2.6.1. Verschillende opgelegde eisen asfaltgranulaat........................................................................... 17 2.6.2. Invloed van het bitumen van het asfaltgranulaat ....................................................................... 17 2.6.3. Het percentage toe te voegen asfaltgranulaat ........................................................................... 18 2.7. Mengproces ......................................................................................................................................... 18 2.7.1. Installaties zonder paralleltrommel ............................................................................................ 19 2.7.2. Installaties met paralleltrommel ................................................................................................. 19

3.

2.8.

Evaluatie van het ontwerp van asfaltgranulaatmengsels [12] ............................................................ 19

2.9.

De variabiliteit van asfaltgranulaat verminderen [18]......................................................................... 20

Het affrezen van asfalt.......................................................................................................................... 22 3.1.

Werking van een freesmachine ............................................................................................................ 22

3.2. Verschillende freestechnieken en hun toepassingen............................................................................ 22 3.2.1. Warm frezen ............................................................................................................................... 22 3.2.2. Koud frezen ................................................................................................................................. 23

4.

3.3.

Soorten frezen ...................................................................................................................................... 23

3.4.

Overzicht van freeswerken in BelgiĂŤ .................................................................................................... 24

3.5.

Overzicht van freeswerken in buitenland ............................................................................................. 26

3.6.

De innovatie op vlak van asfaltfreeswerken ........................................................................................ 26

Factoren die de korrelcurve van het asfaltgranulaat beĂŻnvloeden [19] .................................................. 27

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 2 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

4.1.

De staat van het wegdek ..................................................................................................................... 27

4.2.

Freestechniek ....................................................................................................................................... 27

4.3.

Snelheid van de freesmachine.............................................................................................................. 27

4.4.

Rotatiesnelheid van de freestrommel .................................................................................................. 27

4.5.

Freesdiepte........................................................................................................................................... 28

4.6.

Gebruikte beitels .................................................................................................................................. 28

4.7.

Lijnafstand van de beitels .................................................................................................................... 28

4.8.

Temperatuur ........................................................................................................................................ 29

4.9.

Andere .................................................................................................................................................. 29

5.

Vulstof in het asfaltmengsel ................................................................................................................. 30 5.1.

Functie van vulstof in het asfaltmengsel .............................................................................................. 30

5.2.

Sterke vulstof vs. zwakke vulstof .......................................................................................................... 31

5.3. Eigenschappen van vulstof uit asfaltgranulaat .................................................................................... 32 5.3.1. Resultaten verantwoordingsnota’s ............................................................................................. 32 5.3.2. Resultaten ontvangen van keuringsinstelling ............................................................................. 33 5.4. 6.

Kritische vulstofconcentratie [16] ........................................................................................................ 34

Probleem van te veel fijne fractie in het asfaltgranulaat ....................................................................... 36 6.1.

Impact verminderen van aanvoervulstof op de eigenschappen van het asfaltmengsel ...................... 36

6.2.

Ontbinding asfaltgranulaat ................................................................................................................. 36

7.

Invloed van vulstof uit asfaltgranulaat op de eigenschappen van asfalt ................................................ 38 7.1. Mastic Stiffness Index (MSI) [31].......................................................................................................... 38 7.1.1. Proeven [32] ................................................................................................................................ 39 7.2. BcQ-factor [33]..................................................................................................................................... 41 7.2.1. Correctie op MSI-formule [33] .................................................................................................... 41 7.2.2. BcQ-waarde [33] ......................................................................................................................... 42

8.

Bevraging ............................................................................................................................................. 43 8.1.

Methode bevraging.............................................................................................................................. 43

8.2.

Antwoorden van de open vragen ......................................................................................................... 43

8.3. Verwerking van data ............................................................................................................................ 44 8.3.1. Werkwijze.................................................................................................................................... 44 8.3.2. Resultaten ................................................................................................................................... 45 9.

Conclusies ............................................................................................................................................ 47

10.

Erkenningen ..................................................................................................................................... 48

11.

Referenties ....................................................................................................................................... 49

Bijlage A: Vragenlijst zoals opgestuurd naar bedrijven .................................................................................. 52 Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 3 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage B: Herinneringsmail ........................................................................................................................... 58 Bijlage C: Verslag vergadering Freesmij/Belasco ........................................................................................... 59 Bijlage D: Ontvangen resultaten keuringsinstelling ....................................................................................... 60 Bijlage E: Antwoorden schriftelijke bevraging ............................................................................................... 61 Bijlage F: Lijst van aangesproken bedrijven ................................................................................................... 62

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 4 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Begrippenlijst De verschillende freestechnieken die in de schriftelijke bevraging worden gebruikt: 3D frezen

Eerst wordt de weg opgemeten door een scanner, ook hoogteverschillen van het wegdek worden in kaart gebracht. Zo ontstaat er een 3D-model voor de graafmachines en wielladers. Deze gegevens worden doorgestuurd en via een gps wordt de locatie gecontroleerd.

Asfaltfrezen t.b.v. schranklader

Frees voor het uitvoeren van wegdekherstellingen op wegen, parkeerterreinen, fietspaden en oprijlanen. Tevens geschikt voor het vervaardigen van afvoergeulen op parkeerterrein, herstellen van opgedrukt wegdek door boomwortels, opruwen van vloeren in bijvoorbeeld stallen en betonreparaties.

Cunetfrezen

Deze machine is gespecialiseerd om de uitgewalste rand asfalt aan de buitenkant van het wegdek recht te frezen.

Fijnfrezen

De onderlinge afstand tussen de beitels bedraagt slechts 6 à 8 mm. Oppervlaktes die op deze manier gefreesd worden hoeven niet verplicht overlaagd te worden. Deze freestechniek geldt voor specifieke doeleinden zoals het verbeteren van; oppervlaktekenmerken, stroefheid, rijcomfort, aanhechting van de nieuwe laag asfalt.

Freeswiel

Het freeswiel is geschikt om asfalt of magere beton te snijden. Snelle insnijdingen voor afbraak of rioleringswerken zijn hiermee een feit. Ook is dit kostenbesparend t.o.v. het zaagwerk.

Kopieerfrezen Het frezen van asfalt van een vooraf vastgestelde dikte die gelijk blijft, waarbij er niets veranderd wordt aan het bestaande lengte- en dwarsprofiel. Wanneer er bijvoorbeeld alleen een deklaag gefreesd moet worden, spreek je van kopieerfrezen “het kopiëren van de dikte die gefreesd is”. Profielfrezen (met of zonder Road Profiler)

Vooraf meten van het bestaande profiel met het oude wegdek. Terwijl met de Road Profiler het frezen gebeurt zonder uitzetten. De digitale modellen worden gelezen in de Road Profiler. Hiermee heeft de machinist op elke positie een nauwkeurig freescijfer.

Sloopfrezen (toplaag + onderlaag)

Bij sloopfrezen is sprake van het slopen of breekfrezen van het totale pakket asfalt en/of de gebonden fundering. Het sloopfrezen van het asfalt heeft als voordeel dat het asfalt in klein materiaal gefreesd wordt en daardoor ook weer gelijk hergebruikt kan worden voor nieuw asfalt.

Stofvrij frezen Geen stofontwikkeling bij frezen van kleine ruimtes, er wordt gebruikgemaakt van een afzuiging zodat er geen stof vrijkomt.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 5 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

1. Inleiding 1.1.

Situering

Het doel van dit onderzoek is nagaan wat de invloed is van de gebruikte freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat. Asfalt heeft een levensduur van ongeveer 10 jaar voor de toplagen en ongeveer 20 tot 30 jaar voor de onderlagen. Zodra het asfalt is opgebroken, krijgt het de naam asfaltpuin. Als het asfaltpuin gebruikt kan worden als secundaire grondstof – al dan niet voorafgegaan door verdere bewerkingen - heet het asfaltgranulaat (AG). Het verhogen van het percentage AG in nieuwe asfaltmengsels heeft grote voordelen op ecologisch vlak. Het brengt ook enkele nieuwe uitdagingen met zich mee zoals: het verouderen van het bitumen in het AG, de aanpassingen aan de asfaltcentrale en het beheersen van de korrelcurve van het AG. Bij het laatste in het bijzonder het vermijden van een te hoog percentage fijne fractie. Dit wetenschappelijk project verdiept zich in het laatstgenoemde probleem en hoe dit aangepakt kan worden. Door het affrezen van de asfaltlaag zal er een percentage aan fijne fractie vrijkomen. Dit zorgt voor een wijziging in de korrelcurve van het asfalt en kan voor problemen zorgen. De vulstoffractie van het AG is namelijk veel groter dan deze van een volledig nieuw asfaltmengsel. Om de probleemstelling duidelijk te maken; een deel van de vulstof zou verwijderd moeten worden, maar dan verspilt men de (kostbare) bitumen die hieraan gehecht zit. Het weggooien van bitumen heeft ook een grote impact op het milieu en is duur. Een andere oplossing is geen vulstof meer toevoegen, maar dan worden er ook minder sterke vulstoffen toegevoegd.

1.2.

Methode

Aan de start van dit project is er voornamelijk onderzoek gedaan naar de verschillende freeswerken. Hoe en door wie deze exact worden uitgevoerd. Om een concreet zicht te krijgen in hoe dit proces verloopt, werd er een schriftelijke bevraging afgenomen bij aannemers, asfaltproducenten en asfaltfrezers in binnen- en buitenland. Deze bedrijven kregen vragen omtrent de huidige werking van de verschillende freestechnieken, wat er precies gebeurt met het opgebroken asfalt en hoe zij met het probleem van een te hoog percentage fijne fractie omgaan. Om de kennis, verkregen door de bedrijven, uit te breiden werd er ook een grondige literatuurstudie uitgevoerd. Daarnaast werd er een vergadering georganiseerd met bedrijven die bekend zijn met de problematiek. Al deze verworven informatie vormt de basis van dit verslag.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 6 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2. Gebruik van asfaltgranulaat in Vlaanderen Asfaltgranulaat wordt al sinds de jaren 1980 gebruikt in Belgische asfaltmengsels. Sindsdien is er veel vooruitgang geboekt op vlak van hoeveelheid toe te voegen asfaltgranulaat en het verhogen van de kwaliteit van asfaltmengsels die AG bevatten. Dit is belangrijk om te onderzoeken, want men wil een zo goed mogelijk asfalt met zo veel mogelijk hergebruikte materialen. Dit is niet enkel een kostwinning of goed voor het milieu, maar ook een grondstofwinning. [3] Ondanks het feit dat asfalt het meest gerecycleerde bouwmateriaal ter wereld is, wordt het in veel landen meestal alleen toegepast in ongebonden lagen en/of in andere minder belangrijke lagen.

2.1.

Vooronderzoek van de asfaltverharding [4-6]

Om te bepalen of het gefreesde asfalt hergebruikt kan worden, moet er een strenge keuring gebeuren. Eerst dient men een voorafgaand summier visueel onderzoek te doen. Uit dit onderzoek kan men afleiden welke delen van de verharding in aanmerking komen voor hergebruik en welke gedeelten helemaal niet meer herbruikbaar zijn. Uit de daarbij verrichte onderzoeken en controles wordt dan bepaald of het AG voor hergebruik in aanmerking komt en zo ja, in welke mate (%). AG voor hergebruik in bitumineuze mengsels moet conform de opgestelde eisen zijn: -

De voorschriften uit de typebestekken (per gewest) voor Vlaanderen is dit het SB250 PTV 813 (3.0) en TRA 13 (5.0) (COPRO certificatie) De norm NBN EN 13108-8: 2016 “Bitumineuze mengsels –materiaalspecificaties – Deel 8: Asfaltgranulaat”

Het bindmiddel mag geen teer of teerderivaten bevatten. De aanwezigheid van teer wordt getest met een PAK (Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen) marker. Het AG beantwoordt aan volgende samenstelling (in massapercentages) volgens NBN EN 13108-8: Minimaal 95 % asfalt, maximaal 5 % steenachtig materiaal, maximaal 1 % niet-steenachtig materiaal en maximaal 0,2 % vezels afkomstig van scheurremmende lagen. Het AG mag niet afkomstig zijn van plaatselijke herstellingen. Ook mag het AG geen aggregaat met afmeting groter dan 2D bevatten (waarbij D de aggregaatmaat is van de aggregaten in het AG). Verder mogen geen fijne materialen die niet gedetecteerd worden bij het bepalen van de vreemde bestanddelen volgens NBN EN 12697-42 gebruikt worden (materialen die niet gewenst zijn in bitumineuze mengsels zoals funderingszand, stalen wapeningsdraad, staalkoord, …) AG voor steenslagfunderingen en onderfunderingen moet afkomstig zijn van warmbereide bitumineuze mengsels (geen koudasfalt) en de samenstelling voldoet volgens NBN EN 13242. Een homogene partij voldoet aan de voorwaarde dat geen enkel proefresultaat meer mag afwijken van de stapelreferentie dan de toleranties vermeld in Tabel 1.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 7 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Kenmerk

Eis

doorval zeef 0,063 mm

± 2,5 %

doorval zeef 2 mm

± 10 %

doorval zeef 6,3 mm

± 15 %

doorval zeef 10 mm

± 15 %

maximale korrelmaat

40 mm

gehalte aan oplosbaar bindmiddel

± 0,8 %

indringing (5 s) van het gerecupereerd bindmiddel

± 10 1/10 mm

Tabel 1: Maximale afwijking stapelreferentie [6]

Vervolgens volgt er een uitgebreider onderzoek op cilindrische boorkernen die uit de verharding uitgeboord worden. Op basis hiervan verkrijgt men gegevens over de dikte en de samenstelling van de lagen. Door middel van toevoeging van een oplosmiddel aan het asfalt, onthecht het bitumen en lost het op. Hierna wordt dit mengsel gezeefd en gecentrifugeerd. Hierbij wordt de bitumen-solvent oplossing afgescheiden van het aggregaat en de vulstof. Na uitdampen van het solvent blijft het bitumen over. Via testen op de afzonderlijke componenten worden het type asfalt, kenmerken van het bindmiddel, korrelverdeling en bitumengehalte van het asfalt bepaald. Aan de hand van deze informatie kan er beslist worden op welke manier er het best wordt gefreesd. De resultaten van een technisch vooronderzoek zijn bij voorkeur bekend bij aanbesteding en maken deel uit van de opdrachtdocumenten. In de realiteit worden de parameters tijd en kostprijs zeer nauw in acht genomen. De voorkeur gaat naar zo snel mogelijk frezen om verder te gaan met de volgende fases van de werken op een zo economisch mogelijke wijze. Om deze reden wordt voorafgaand onderzoek van het af te frezen asfalt niet altijd even uitgebreid uitgevoerd.

2.2.

Het frezen

Asfaltfrezen is het proces van het verwijderen van tenminste een deel van het oppervlak van een asfaltweg. Bij het frezen wordt een deel van de asfaltverharding verwijderd, gaande van een dunne laag om het oppervlak te egaliseren tot een volledige diepteverwijdering van het asfalt. Dit kan gedaan worden voor onderhoud, om schade te herstellen of om de asfaltbaan te vernieuwen. Zo kan het frezen zorgen voor een betere rijervaring en/of een langere levensduur van de weg. Asfaltfrezen wordt tegenwoordig op grote schaal toegepast voor het recycleren van bestrating waarbij het wegdek wordt verwijderd en vermalen tot AG dat wordt gebruikt in nieuwe bestrating. Sommige problemen die het frezen van het wegdek kan oplossen [7]: • • •

Rafeling: het aggregaat wordt gescheiden van het bindmiddel en komt los op de weg. Vette plekken: het bindmiddel dat naar het oppervlak van de weg komt. Spoorvorming: een verticale blijvende vervorming van de verharding in de wielsporen.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 8 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

• • •

Zijdelings afschuiven: afglijden van de verharding naar de berm toe. Rijkwaliteit: oneffenheden in het wegdek. Schade: als gevolg van ongevallen en/of brand.

Het frezen wordt uitgevoerd door bouwmachines die freesmachines worden genoemd. Deze machines gebruiken een grote roterende trommel om het wegdek te vermalen en zo te verwijderen. In hoofdstuk 3 van dit onderzoek gaat het over het freesproces en de invloed van verschillende parameters die invloed hebben op de korrelcurve van asfaltgranulaat bij het frezen van asfaltverhardingen. De frezer probeert voor het asfaltpuin te werken naar een gradatie van 0/40mm. In Figuur 1 wordt de werking van een freesmachine verduidelijkt. De groene pijl geeft de rijrichting van de machine weer.

Figuur 1: Werking freesmachine [8]

2.3.

Asfaltpuin verwerken tot asfaltgranulaat

Nadat het asfalt gefreesd is, wordt het asfaltpuin genoemd. Er moeten enkele procedures worden uitgevoerd om de grote brokken asfalt uit het mengsel te krijgen. Wanneer het asfaltpuin door middel van zeven en/of breken een welbepaalde korrelverdeling heeft, noemen we het asfaltgranulaat. 2.3.1. Zeefproces Wanneer het asfaltpuin bij de asfaltcentrale aankomt, wordt het gezeefd om de grote brokken te scheiden van het fijnere materiaal. Dit is noodzakelijk om verstoppingen te voorkomen in de machines en om het mengsel beter te kunnen mengen. In Figuur 2 is een zeefinstallatie weergegeven.

Figuur 2: Zeefinstallatie asfalt [9] Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 9 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

In de zeefinrichting, die met trilzeven is uitgerust, wordt het asfaltpuin meestal in twee fracties gescheiden. Deze scheiding zorgt voor een betere massadosering van het AG wanneer het naar de menger gaat. Meestal wordt er één zeef gebruikt met een overloop. Deze zeef is iets grover, bijvoorbeeld 40 mm. Ook kan er gekozen worden om meerdere zeven te gebruiken om het AG in fracties te scheiden. Door de verschillende fracties te mengen wordt de gewenste korrelverdeling bekomen. De korrelmaat van de afgezeefde fracties is afhankelijk van de maaswijdte van de zeven en de hoeveelheid materiaal. De toevoer naar de zeven wordt aangepast aan de kenmerken van de zeefinrichting. De capaciteit is afhankelijk van het te zeven materiaal. Zo zal bij eenzelfde toevoer en eenzelfde zeefrest een materiaal dat rijk is aan fijne bestanddelen gemakkelijker te zeven zijn dan een materiaal dat een aantal grove korrels bevat die bijna even groot zijn als de mazen van de gebruikte zeef. [10] Wanneer AG uit meerdere bronnen met verschillende samenstellingen komt, moet het worden verwerkt tot een uniform materiaal dat geschikt is voor gebruik in een nieuw asfaltmengsel. Het is mogelijk om een uniform en hoogwaardig AG-mengsel te produceren door het zorgvuldig combineren van bestratingspuin, maalwerk en afvalmix. Sommige operaties kunnen nodig zijn om een gelijkmatig verwerkt AG-mengsel te produceren zoals verbrijzeling, fractionering, vochtregulering en opslag. Bij hoge percentages AG-mengsels moet de fractionering van AG worden uitgevoerd. Dit bestaat uit zeven in meestal twee of drie zeefmaten, variërend van fijn, met een hoger gehalte aan bindmiddel, tot grover. Het belangrijkste voordeel van het fractioneren van AG is dat het hebben van voorraden van verschillende AG-groottes meer flexibiliteit biedt bij het voldoen aan de eisen voor het ontwerpen van mengsels, omdat zorgvuldige gradatie een vergelijkbare VMA-waarde voor alle mengsels garandeert. [11] 2.3.2. Breekproces Voor de verwerking van AG van één enkel project kan het nodig zijn om grote clusters van AG-deeltjes te scheiden of af te breken tot een grootte die efficiënt kan worden gedroogd, verhit en verdeeld tijdens het mengproces met of zonder nieuwe aggregaten. De vermindering van de nominale grootte van het AG moet worden vermeden, omdat het freesproces een aanzienlijke hoeveelheid fijne deeltjes produceert die de 0,075 mm-zeef passeren, gewoonlijk tussen 10% en 20%. [11] Bij het breken/pletten van AG ontstaan er meer fijne deeltjes en daarom kan het AG-mengsel worden gezeefd voordat het de breker ingaat. Hierdoor kunnen de fijnere deeltjes die door de zeef gaan de breker omzeilen en de AG-deeltjes die op de zeef blijven, door de breker gaan. Er kunnen verschillende soorten brekers worden gebruikt zoals brekers met een horizontale as, brekers met een wals of met een molen of brekers met een compressiemechanisme. 2.3.3. Opslag Wanneer AG nat en/of warm is, is het plakkerig en heeft het de neiging om zich vast te zetten in de aanvoermachines, brekers en in de verschillende zeven. Het zal ook de neiging hebben om aan banden te blijven plakken en zich op te hopen onder transportbanden. Daarom moet zowel het vocht als de luchtvochtigheid onder controle worden gehouden. Voor de vochtregulering van de aggregaten en AG moet de voorraad op een verharde en hellende ondergrond worden geplaatst en onder een afdak of in een gebouw worden opgeslagen, zodat het water uit de stapel kan worden afgevoerd. De Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 10 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

vermindering van het vochtgehalte en het voorkomen van het optreden ervan zal noodzakelijkerwijs leiden tot energie- en kostenbesparingen in het droogproces en zal uiteindelijk van invloed zijn op de productiesnelheid van de asfaltfabriek. Het gefreesde asfalt kan apart worden opgeslagen, volgens zijn oorsprong, volgens gradatie of direct worden gebruikt in de heraanleg van de asfaltweg. [11] Figuur 3 laat de stockage van verschillende stapels AG zien.

Figuur 3: Stapels asfaltgranulaat [9]

Deze hoop wordt dan geĂŻdentificeerd en moet voldoen aan de eisen op vlak van homogeniteit, toepassingsmogelijkheden en andere kenmerken, bestemd voor gebruik in bitumineuze mengsels. Men spreekt nu van een stapel. Er worden door de producent vooropgestelde referentiewaarden (voor de korrelverdeling, het gehalte oplosbaar bindmiddel en de kenmerken van het bindmiddel) van een stapel asfaltgranulaat bepaald. Zo krijgt de stapel een referentie. De stapelreferentie wordt vermeld op de technische fiche en wordt gebruikt bij de beoordeling van de conformiteit van de proefresultaten op de stapel. [12]

2.4.

Kwaliteitscontrole van het asfaltgranulaat

Zoals in de vorige paragraaf werd vermeld, wordt het AG gestockeerd op een hoop en elke hoop heeft een bepaalde stapelreferentie. Dit wil zeggen dat het AG van die stapel een bepaald percentage bindmiddel heeft, een bepaalde hardheid (globaal altijd tussen de 10 en de 30 PEN) en een bepaalde korrelverdeling. Als er een asfaltmengsel wordt ontworpen met een bepaald percentage AG wordt er in het ontwerp rekening gehouden met de stapelreferentie. Op het ontworpen mengsel worden dan prestatieproeven uitgevoerd zoals vermoeiingsproeven, spoorvormingsproeven, stijfheidsproeven en watergevoeligheidsproeven. Hiervan wordt dan een voorstudie gemaakt en er komt een registratie van. Als men later een asfaltmengsel wil bekomen met deze referentie, zal er dus voor gezorgd moeten worden dat er AG gebruikt wordt met een gelijkaardige referentie zoals deze in de voorstudie. De proeven die worden uitgevoerd zijn gecertificeerd. Als er een hoop ligt met een bepaalde stapelreferentie, dan neemt COPRO daar een staal van en wordt dit geanalyseerd. Het resultaat moet dan overeenkomen met die bepaalde stapelreferentie en wil dus zeggen dat die stapel gecertificeerd is.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 11 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2.4.1. Register stapels Per stapel worden onderstaande gegevens geregistreerd op datum [13]: -

De geproduceerde hoeveelheden asfaltgranulaat; er wordt ook een maandtotaal vermeld. De gesloten partij asfaltpuin waaruit dit asfaltgranulaat afkomstig is. De resultaten van de zintuiglijke controle van het asfaltgranulaat op voorraad. De geleverde hoeveelheden asfaltgranulaat; daarbij wordt een onderscheid gemaakt tussen leveringen aan de eigen asfaltmenginstallatie en buiten de productie-eenheid; er worden eveneens dag- en maandtotalen vermeld. De bestemming van elke levering asfaltgranulaat. De berekende voorraad asfaltgranulaat. De resultaten van de wekelijkse controle van hoeveelheden asfaltgranulaat op voorraad.

Het type bitumineus mengsel, de verklaring van de aard van het bindmiddel, de aard van de aggregaten en de kenmerken van de aggregaten worden ook vermeld. 2.4.2. Registerproeven Een juistere samenstelling wordt bepaald na het frezen door monsters te nemen uit de gehomogeniseerde stapel asfaltgranulaat. Net zoals bij de boorkernen wordt het bitumen opgelost en worden van het mineraal skelet via de zeefproef de korrelcurve, het bitumenpercentage en de eigenschappen van het bitumen bepaald (penetratie en verwekingspunt). Dit register bevat alle gegevens en resultaten van de proeven uitgevoerd op asfaltpuin en asfaltgranulaat. Deze worden in chronologische volgorde geklasseerd per stapel. Het betreft de volgende proeven [13]: -

De detectie van teer indien er een andere methode dan de PAK-marker werd gebruikt. De bepaling van aanwezigheid van onzuiverheden. De bepaling van de korrelmaat. De bepaling van de korrelverdeling en het gehalte oplosbaar bindmiddel en de controle van de aard en de kenmerken van de aggregaten in het asfaltgranulaat. De bepaling van de indringing van het teruggewonnen bindmiddel en de controle van de aard van het bindmiddel. De verwerking van de proefresultaten van korrelverdeling, gehalte oplosbaar bindmiddel en indringing.

De detectie van teer speelt een zeer belangrijke rol. Men wil in BelgiĂŤ geen enkele asfaltketen meer waar teer in zit. Dit wordt meestal getest met PAK (Polycyclische Aromatische Koolwaterstoffen) marker. Er wordt op de stapel gespoten en er mag geen enkel steentje geel kleuren. Indien dit toch het geval is, wordt het afgevoerd naar een thermische reinigingsinstallatie. Hier wordt de teer er dan op een zeer hoge temperatuur afgebrand zodat uiteindelijk enkel de granulaten overblijven. Door deze controles en laboratoriumproeven kan het AG gekeurd worden op kwaliteit en kan gegarandeerd worden dat het aan de gestelde eisen voldoet. Tevens zijn deze eigenschappen nodig om het nieuwe asfaltmengsel te ontwerpen, bijvoorbeeld met PRADOWIN.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 12 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2.5.

Prestatiegerichte controle van het asfaltgranulaat

2.5.1. Clusterverschijnselen in asfaltgranulaat onderzoeken Clustering kan worden gedefinieerd als de agglomeratie (of samenhang) van AG-deeltjes tijdens het mengen, wat leidt tot een verandering van de verdeling van de korrelcurve en een afname van het volume van vrije fijne deeltjes in het mengsel waardoor het gehalte aan holle ruimte wordt beïnvloed. [14] Met behulp van de Extractietest, Cantabro-crushingproef en AIMS (Aggregate Image Measurement System) kunnen de clusterverschijnselen in AG worden geanalyseerd. Deze testen geven meer informatie over de mate van clustering, de verbrijzelingseigenschappen en de clusteringstabiliteit van AG-mengsels. Ze leveren zinvolle referenties op voor de vergelijking van verschillende AG-mengsels, de verschillende breekprocessen en de freestechnieken. Een extractietest houdt in dat het AG in fracties gezeefd wordt en gewogen. Vervolgens wordt het bitumen gescheiden van de granulaten en terug opnieuw gezeefd in fracties en gewogen. De Cantabro-verbrijzelingstest wordt gebruikt om het breekproces van elk formaat van AG te simuleren. Deze test bestudeert het breken en de stabiliteit van de cluster bestaande uit AG-deeltjes. AIMS is een beeldvormingssysteem bestaande uit camera’s, microscopen en verlichting. Dit systeem zorgt voor een analyse van de verschillende gegevens. Deze data kunnen worden omgezet in grafieken of cijfers. AIMS wordt gebruikt om de vormen van het AG vast te leggen en de mate van clustering te analyseren met betrekking tot de hoekigheid en bolvormigheid. Het AG kan worden onderverdeeld in drie soorten structuren, namelijk zwakke clusterstructuur, sterke clusterstructuur en oud aggregaat. Ook het breekproces van AG kan worden onderverdeeld in drie fasen. De eerste fase wordt gedomineerd door een zwakke clusterstructuur, namelijk het breken van de vlakke, naaldvormige deeltjes; de tweede fase wordt gedomineerd door een sterke clusterstructuur, namelijk het breken van blokvormige deeltjes; en de laatste fase is het breken van aggregaten. Het is belangrijk om de hoeveelheid van de zwakke clusterstructuur te verminderen, omdat de clusteringsgraad van de zwakke clusterstructuur het grootste deel uitmaakt en de kans groter is dat dit een negatief effect heeft op de gradatievariatie. [15]

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 13 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2.5.2.

Extra onderzoek op asfaltgranulaat [16]

Aangezien AG het mechanische gedrag en de prestaties van het mengsel aanzienlijk kan beĂŻnvloeden, moet er worden overwogen om een betrouwbare berekening van het mengselontwerp te onderzoeken. Bij het ontwerpen van AG-mengsels moet er rekening worden gehouden met het clusterverschijnsel en de bijdrage van het verouderde bitumen aan de verdichtbaarheid. De nieuwe aggregaten, de toegevoegde vulstof en het AG worden onderzocht en individueel meegenomen in de berekening. Bitumenfilmdikte en mineraal aggregaat specifiek oppervlak (SSA) De schatting van de optimale bitumenhoeveelheid in asfalt is altijd een uitdaging geweest, omdat die gebaseerd is op de dikte van de bitumenfilm op het minerale aggregaat oppervlak en op andere volumetrische kenmerken. De complexiteit van de bepaling van deze eigenschappen hangt samen met het feit dat ze moeten worden geschat en niet worden gemeten. Zo gaan alle vergelijkingen voor de berekening van de bitumenfilm uit van het gebruik van specifieke oppervlakte (SSA) die op haar beurt weer afhankelijk is van de oppervlaktefactoren. Er werd de volgende vergelijking opgesteld om de SSA (m²/kg) te definiĂŤren: đ?‘†đ?‘†đ??´ = 0.25đ?‘” + 2.30đ?‘? + 12đ?‘ + 135đ?‘“ Waarbij: g = het percentage grind (korrels boven 5 mm zeef) [%] c = het percentage grof zand (korrels tussen 0,315 en 5 mm zeef) [%] s = het percentage fijn zand (korrels tussen 0,080 en 0,315 mm zeef) [%] f = het percentage vulstof (korrels onder 80 Âľm) [%] Deze coĂŤfficiĂŤnten werden gedefinieerd op basis van de benadering van de aggregaten door ze te beschouwen als kubussen, zonder rekening te houden met de mineralogie van de aggregaten, vulstof en de eigenlijke bindingen. Bovendien werden de fracties met dezelfde oppervlaktefactoren gegroepeerd (bijvoorbeeld g groepeert alle korrels die groter zijn dan 5 mm) en werd er altijd uitgegaan van dezelfde dichtheid. Ook valt op te merken dat er geen rekening werd gehouden met de hoekigheid van de materialen. Verder onderzoek is nodig om de bijdragen van verschillende soorten vulstoffen in termen van vorm en grootte te onderscheiden. Dit onderscheid in vulstoffen is niet geĂŻntegreerd in de calculatie van de mengontwerpen. Er ontbreekt namelijk een verband tussen de metingen van het oppervlak van de vulstof en het gebruik ervan in de berekening van het mixontwerp. De noodzaak voor verdere studie met betrekking tot de SSA van aggregaten en vulstoffen en de bijdrage van deze vulstoffen aan de berekening van het bitumengehalte moet worden gecombineerd met inspanningen om de optimale bitumenfilmdikte te definiĂŤren die nodig is om hoge prestatieniveaus van asfaltmengsels te bereiken. De literatuur is controversieel wat betreft benaderingen zoals de aanname dat alle aggregaten (kleine en grote deeltjes) gelijkmatig gecoat zijn. Het is dus mogelijk om verschillende optimale diktes tussen 6 en 10,5 Âľm te vinden.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 14 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

De definitie van de optimale dikte moet voorzichtig worden afgewogen aangezien een slechte dekking een gebrek aan binding tussen de aggregaten in het mengsel kan veroorzaken waardoor water gemakkelijker kan doordringen en vochtschade kan veroorzaken. Aan de andere kant kan een te dikke laag leiden tot spoorvorming. Mengontwerp van asfaltmengsels met AG Bij het gebruik van AG moet rekening worden gehouden met aanvullende aspecten van het algemene mengontwerp zoals het aggregaat, de vulstof, de invloed van het bindmiddel, het effect van verjongingsmiddelen en de variabiliteit van het AG-mengsel. Een belangrijke kwestie is de interactie tussen nieuw en oud bindmiddel en hoe dit laatste in een nieuw mengsel functioneert in termen van verwerkbaarheid, compactheid en prestatievermogen. Omdat de vulstof hierin een grote rol speelt, wordt dit verder onderzocht in hoofdstuk 5 en 6. Eerdere studies [16] tonen aan dat de migratie tussen oud en nieuw bindmiddel miniem is. Het verouderd bindmiddel wordt bij verhitting zachter en fungeert als lijm. Zo veroorzaakt het de vorming van AG-clusters. Het probleem is dat het oude bindmiddel niet homogeen met het nieuwe bindmiddel migreert (of vermengt), maar zachter wordt door de aanwezigheid van het nieuwe bitumen in de contactpunten tussen de afzonderlijke AG-deeltjes of -clusters, dat totaal andere eigenschappen heeft dan het verouderde bindmiddel. De mengtemperatuur is een cruciale factor voor de vorming van deze clusters. De resultaten tonen aan dat bij hoge temperaturen (180 °C) de AG-deeltjes geen duidelijke clusters vormen en elk AGdeeltje heeft de neiging bedekt te worden door een eerste laag oud AG-bindmiddel en vervolgens een tweede laag nieuw bindmiddel. De AG-clusters worden onderverdeeld in twee soorten agglomeraties: “oude clusters'' die verwijzen naar de agglomeratie van AG-deeltjes die al voor de mengfase van het nieuwe mengsel aanwezig waren; ''nieuwe clusters'' die verwijzen naar de deeltjesclusters die tijdens de nieuwe mengfase ontstaan. Clusters, oude of nieuwe, kunnen belangrijke gevolgen hebben voor het AG-mengsel. Hier moet rekening mee worden gehouden bij het ontwerpen van de mix. Clusters kunnen een uniforme verdeling van het nieuwe bindmiddel en een uniforme coating van de aggregaten voorkomen, waardoor de heterogeniteit van het mengsel toeneemt. Bovendien leiden de nieuwe AG-clusters tot een vermindering van het aantal kleine deeltjes in het mengsel, wat leidt tot veranderingen in de korrelcurve van het ontwerp. Dit kan invloed hebben op de holle ruimte en de hoeveelheid nieuw bindmiddel dat nodig is voor een gelijke coating van de korrels. Om de gewenste korrelcurve bij te stellen, rekening houdend met de vorming van nieuwe AG-clusters tijdens een nieuwe mengfase, werd een voorspellingsmodel voor clustering ontwikkeld op basis van alleen de nieuwe clusters en met betrekking tot twee variabelen: de grootte van de AG-fractie en het AG-percentage. Het clustermodel werd geĂŻntroduceerd in de berekening van het mengselontwerp om de verhoudingen van elke fractie van het nieuwe aggregaat aan te passen zodat na het mengproces dezelfde streefwaarde voor de sorteringscurve behouden blijft.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 15 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde $

đ??ś!"

$

= đ?›˝# + 1 đ?›˝! đ?‘Ľ! + 1 đ?›˝!! đ?‘Ľ!' + 1 1 đ?›˝!( đ?‘Ľ! đ?‘Ľ( + đ?œ€ !%&

!%&

!)(

Waarbij: -

đ??ś!" het massapercentage is van het AG-ide-fractieclusters [%], k het aantal variabelen, đ?›˝# de constante term, đ?›˝! en đ?›˝!! de coĂŤfficiĂŤnten van respectievelijk de eerste en tweede graad, đ?‘Ľ! en đ?‘Ľ!' de eerste en tweede graad, bij de coĂŤfficiĂŤnten van de interactietermen, đ?‘Ľ!( de interactietermen đ?œ€ de onbekende fout

Conclusie over het mengselontwerp met asfaltgranulaat Door de vorming van nieuwe clusters bij het mengen van het AG-mengsel ontstaat er een vermindering van vrije (niet gebonden) kleine deeltjes. Dit veroorzaakt een verandering in de uiteindelijke korrelcurve en zorgt voor een toename van de holle ruimte. Als er rekening wordt gehouden met de clustering en met de hoeveelheid nieuwe aggregaten die wordt toegevoegd ter vervanging van de samenhangende fijne fractie in de AG-clusters, kan de compactheid van het mengsel verbeterd worden en kan een acceptabel gehalte holle ruimte bekomen worden. Er kan geconcludeerd worden dat het essentieel is om de oude AG-clusters te breken en de aanwezigheid van holle ruimte te vermijden om een beter gehalte holle ruimte te bereiken. Een mogelijke oplossing is om tijdens de productie van het asfaltmengsel de juiste mengingsenergie te selecteren. Het verouderde bitumen kan de SSA veranderen en een belangrijk deel van de aggregaten kan aan het einde van de levensduur van de bestrating worden afgerond. AG-aggregaten verschillen in uitlopende stadia: frezen, transport en voorraad. Het AG is dus niet volledig controleerbaar.

2.6.

Ontwerpen van mengsels met asfaltgranulaat

Lage percentages asfaltgranulaat (tot 20%) worden al geruime tijd hergebruikt. Een hoog percentage (meer dan 50%) hergebruiken is echter een technologische uitdaging om een evenwaardige kwaliteit te bekomen. AG bevat verouderd bindmiddel en heeft niet altijd een homogene samenstelling; er kunnen verontreinigingen aanwezig zijn. Het voorspellen van de materiaaleigenschappen en het beheersen van de eindkwaliteit zijn dan niet meer zo evident. We moeten bewust zijn van de mogelijke gevolgen die het gebruik van AG met zich meebrengt. De volumetrie van het asfaltmengsel kan wijzigen en onderhevig zijn aan grotere afwijkingen. Het samengesteld bindmiddel bevat gedeeltelijk verouderd geoxideerd bitumen. Maar ook de hoekigheid van de aggregaten is niet meer enkel afhankelijk van de primaire granulaten; de verdichtbaarheid kan verschillen. Het gebruik van AG maakt de productiecyclus complexer: in plaats van afzonderlijke materialen dient er nu rekening gehouden te worden met een samengesteld materiaal. Innovatie zal dus betrekking hebben op de behandeling van dit nieuw materiaal. [3]

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 16 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2.6.1. Verschillende opgelegde eisen asfaltgranulaat Als algemene regel geldt: het toevoegen van AG mag niet tot een kwaliteitsdaling leiden. Een mengsel van AG heeft dezelfde functie als een nieuwe grondstof. Bij het mengselontwerp dient rekening gehouden te worden met AG zodat het eindmengsel ook voldoet aan de verwachte kwaliteitseisen. De eisen van de Vlaamse Overheid (Standaardbestek 250, Agentschap Wegen & Verkeer) bepalen dat een maximale korrelmaat van 40 mm dient te worden gerespecteerd, waardoor het asfaltgranulaat altijd wordt gebroken en gezeefd. Ook wordt er een maximaal bitumenaandeel (afkomstig van AG) opgelegd; afhankelijk van het type mengsel. Bijkomend is AG slechts toegelaten als het voldoet aan de voorwaarden van het Materialendecreet en het VLAREMA. (I.c. grondstofverklaring of certificatie volgens het Eenheidsreglement) Verder wordt op basis van de technische kwaliteit van het oude bindmiddel een onderscheid gemaakt tussen enerzijds (zeer) homogeen asfaltgranulaat en anderzijds heterogeen asfaltgranulaat; dit laatste type heeft geen mogelijkheden voor recycling in nieuw asfalt. Het AG moet worden gecontroleerd of het aan de verschillende eisen van het SB250 voldoet voordat het gebruikt mag worden in een asfaltmengsel. De vulstof in AG-mengsels bestaat uit aanvoervulstof en teruggewonnen vulstof. Ze mogen geen materialen bevatten waarvan de aard, de vorm of het gehalte het gebruik kan schaden: klei, krijt, enz. De aanvoervulstof, het mengsel van aanvoervulstof en teruggewonnen vulstof moeten een percentage holle ruimte hebben dat binnen de grenzen ligt van eenzelfde type vulstof. De vulstof in het mengsel wordt in hoofdstuk 5, 6 en 7 verder uitgediept. 2.6.2. Invloed van het bitumen van het asfaltgranulaat Zoals eerder vermeld is het oude bitumen harder door het langdurige contact met lucht. Uv-stralen zorgen voor een verstijving van bitumen. Dit geldt voornamelijk bij bitumina gelegen in toplagen, doch ook bitumina van onderlagen ondergaan veroudering. Om deze redenen wordt er bij het gebruik van AG bij percentages hoger dan 20% vaak geadviseerd om een zacht bitumen te gebruiken. Als er een goede menging optreedt tussen het zachte en het AGbindmiddel, moet het bindmiddel in het mengsel dezelfde eigenschappen hebben als een zuiver bitumen. Toch kan er bij het gebruik van hogere AG-gehaltes (>20%) en een zachter bindmiddel nog steeds een stijf of bros mengsel ontstaan. Mengsels die zeer stijf zijn kunnen bij lage temperatuur en hogere lasten barsten. Als er een slechte menging optreedt tussen het zachte bindmiddel en het AG-bindmiddel, zal het resulterende mengsel ook gevoelig zijn voor falen. [17] Volgende schadekenmerken kunnen optreden: spoorvorming als gevolg van het zachte bindmiddel dat de prestaties van het mengsel domineert, vochtschade als gevolg van de verminderde laagdikte door de beperkte bijdrage van het AG-bindmiddel aan het mengsel en scheurvorming als gevolg van de toevoeging van verouderd AG-bindmiddel (ook al kan de bijdrage van het AG-bindmiddel een klein percentage van het totale bindmiddel zijn als gevolg van slechte menging).

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 17 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2.6.3. Het percentage toe te voegen asfaltgranulaat In België worden er maximale waardes opgelegd voor het recycleren van AG. Zo mag er in de toplagen van lage bouwklassen tot 20% AG hergebruikt worden. In de onderlagen mag er in principe tot 100% AG gebruikt worden. Maar in de praktijk is dit echter niet toepasbaar; dit zou betekenen dat grote hoeveelheden identiek AG beschikbaar zou moeten zijn. Aangezien mengsels voor gebruik geregistreerd en getest moet worden, worden er proeven uitgevoerd om vast te stellen of het AG niet te hard afwijkt van het gedefinieerde AG dat op de registratie staat. Zo heeft AG een welbepaalde korrelcurve, bitumengehalte en PEN-waarde. Wanneer een bepaalde stapel AG wordt vergeleken met een andere stapel, is de kans zo goed als onbestaand dat deze hetzelfde is. Toch kan er in praktijk vaak maar tot 60% AG verwerkt worden in onderlagen en 18-20% in toplagen. De verklaring hiervoor is dat de installaties van de asfaltcentrale ook technisch beperkt zijn. Er kan besloten worden dat er eerst een uitgebreide studie van het asfaltgranulaat moet gebeuren om het mengsel te kunnen ontwerpen. Zo kan er bepaald worden welke fracties en hoeveel nieuwe materialen moeten worden toegevoegd om de gewenste korrelcurve van het mengsel te verkrijgen.

2.7.

Mengproces

Indien er asfaltgranulaat aan het asfaltmengsel toegevoegd wordt, zijn er enkele belangrijke aanpassingen nodig aan het mengproces. Asfalt wordt aangelegd bij een temperatuur rond 160°C. Om deze temperatuur te bereiken, worden de granulaten in een trommel verwarmd. Deze trommel is een oven die ronddraait en waarbij de granulaten door een vlam gaan. Moest het AG mee door deze vlam gaan, zou het aanwezige bitumen verbranden. Dit zou leiden tot veroudering en brandgevaar. In de huidige manier van werken zijn er twee principes die dit probleem voorkomen. Men voegt het AG koud toe of men werkt met een paralleltrommel. Bij een discontinue installatie wordt het asfaltmengsel lading per lading aangemaakt. Bij het continue systeem gebeurt de menging op continue wijze. In Vlaanderen werken alle asfaltcentrales volgens het discontinue systeem zoals in Figuur 4 is afgebeeld. 1. Voordoseerapparaat voor nieuwe aggregaten 2. Vulstofsilo 3. Droogtrommel 4. Bindmiddeltank 5. Opslagsilo’s voor (warm) asfalt 6. Voorraad bunkers voor aggregaten, weegbak en menger Figuur 4: Discontinue asfaltmenginstallatie [9]

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 18 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

2.7.1. Installaties zonder paralleltrommel Bij dit principe voegt men het AG koud toe. Het opwarmen van de asfaltgranulaten gebeurt op een indirecte manier door ze rechtstreeks toe te voegen aan de verwarmde primaire materialen. Deze toevoeging kan gebeuren op verschillende manieren: -

Via de menger na volumetrische dosering. Via de menger na afzonderlijke weging. Via bypass van zeefinstallatie terwijl de nieuwe aggregaten over zeven gaan. Via bypass van zeefinstallatie samen met nieuwe aggregaten. Via toevoeging in middentrommel. Via toevoeging in warme ladder.

Deze methoden worden in Vlaanderen nog weinig gebruikt en worden ook niet aanbevolen. Het grote nadeel bij de methode van de warme ladder is dat de materialen niet meer over de zeven kunnen lopen wegens het kleefgevaar. Een ander nadeel is dat de nieuwe granulaten tot een temperatuur van bv. 220°C dienen verwarmd te worden, zodat de eindtemperatuur van het mengsel toch rond de 160°C ligt. Hierbij vormt de vochtigheid van de granulaten een probleem. 2.7.2. Installaties met paralleltrommel Via een voordoseertrechter wordt het AG in de paralleltrommel gebracht. In deze trommel wordt het AG voorverwarmd tot ongeveer 110-160°C. Door de temperatuur en de verblijftijd in de paralleltrommel aan te passen, kunnen er vrij hoge hergebruikpercentages bereikt worden. Aan het uiteinde van de trommel is een worm gemonteerd. Hierdoor kan het AG de trommel warm en fijn vermalen verlaten. Vervolgens gaat het langs een tussensilo naar een warme opslagruimte of rechtstreeks naar een weegschaal. Het wordt dan exact afgewogen om aan de mengcyclus toegevoegd te worden. In tegenstelling tot het systeem met klassieke droogtrommels, werken paralleltrommels volgens het gelijkstroomprincipe. Dit wil zeggen dat het inkomende koude AG en de hete verbrandingsgassen dezelfde stroomrichting hebben. Door dit principe wordt de hoge stralingsenergie van de brandervlam eerst opgevangen door het koude en nog wat vochtige AG. [9, 10]

2.8.

Evaluatie van het ontwerp van asfaltgranulaatmengsels [12]

Op basis van een onderzoek bleek dat het verhogen van het AG-gehalte en/of het verlagen van het bindmiddelgehalte de vermoeidheidsweerstand verslechtert en de spoorvorming van de asfaltmengsels verbetert. De studie gaf aan dat het mogelijk is om een economisch goed presterend asfaltmengsel te produceren dat vermoeiing en spoorvorming tegengaat. Het gehalte aan asfaltbindmiddel is een cruciale volumetrische eigenschap die rechtstreeks de prestaties van het asfaltmengsel beïnvloedt. Het aanbrengen van een overmatige hoeveelheid asfaltbindmiddel resulteert in een voor spoorvormig vatbaar mengsel, terwijl onvoldoende bindmiddelgehalte barsten, rafeling of andere duurzaamheidsproblemen veroorzaakt. Het onderzoek toonde aan dat wanneer men de AG hoeveelheid verhoogt in een mengsel, ook de stijfheid van het mengsel verhoogt. Dit wordt verwacht omdat het AG-materiaal al verouderd is. Er is Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 19 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

ook een directe relatie tussen de stijfheid en de AG-inhoud; naarmate de AG-inhoud toeneemt, neemt ook de stijfheid toe. Het is interessant om op te merken dat de toename van de stijfheid van 0 tot 20% AG minder merkbaar is dan de toename van 20 tot 40% AG. In het algemeen neemt de stijfheid van de mengsels af naarmate het bindmiddelgehalte toeneemt. Zoals verwacht verbetert het opnemen van een hoger AG-gehalte in het asfaltmengsel de spoorvorming van het mengsel. Ook wordt de spoorvormingsweerstand sterk beïnvloed door de bindmiddelinhoud; naarmate het bindmiddelgehalte toeneemt, neemt de spoorvorming af. Opgemerkt moet worden dat de gegevens suggereren dat er ook een direct verband is tussen de stijfheid van het mengsel en de spoorvorming; hoe hoger de stijfheid, hoe lager de permanente vervorming.

2.9.

De variabiliteit van asfaltgranulaat verminderen [18]

Helaas is AG vaak heterogeen, wat één van de belangrijkste hinderpalen is voor het gebruik van dit materiaal en een reden is om beperkingen op te leggen aan het maximale AG-gehalte in warme asfaltmengsels. Heterogene mengsels ontstaan door de variabiliteit van de gefreesde verharding, het samenvoegen van AG uit verschillende bronnen, verschillende verhardingsleeftijden, schadetoestanden, het frezen van meerdere lagen, enz. Dit verhoogt op zijn beurt de variabiliteit van hoge AG-mengsels, met name met betrekking tot het bitumengehalte en de gradatie. Het kan zeer waardevol zijn om tot een beslissing te komen over hoe het frezen en verwerken van AG de homogeniteit ervan zal beïnvloeden. Vanuit het oogpunt van de wegontwerper moet het duidelijk zijn of AG kan worden hergebruikt bij de productie van asfaltmengsels of moet worden afgekeurd voor recycling op de plaats van bestemming. Zo kan de evaluatie van asfaltkernen vóór het frezen van asfalt, hoewel deze zelden wordt uitgevoerd, in hoge mate bijdragen tot een verbetering van de kwaliteit van het asfaltgranulaatmengsel. De moeilijkheid van deze controle ligt in het gegeven dat deze asfaltkernen andere resultaten laten zien dan gefreesd asfalt. Deze boorkernen beïnvloeden de korrelverdeling omdat granulaten doormidden worden gesneden. Maar ook freesbewerking verandert het AG, door de granulaten te breken. Voor de aannemer zou een onpartijdige schatting van de kwaliteit van het asfaltpuin kosten besparen. Wanneer de kwaliteit onvoldoende is voor hergebruik, kan er tijd bespaard worden bij het frezen; er kan een freestechniek gekozen worden die alle lagen in één keer verwijdert. Zo moeten er ook geen extra zeef- en/of breekprocedures uitgevoerd worden om het minderwaardige AG toch te kunnen hergebruiken. Algemeen kan er verwacht worden dat het frezen van de bestrating het vulstofgehalte zal verhogen en de variabiliteit van het AG zal verminderen door het verbrijzelen van de aggregaten. [3] De verdeling van de aggregaten in elke specifieke bestrating hangt af van de fractieweerstand van het aggregaat, de stijfheid van het asfalt en de diepte en snelheid van het frezen. Het is belangrijk om de opgewekte vulstof tot een minimum te beperken, omdat dit in veel gevallen de beperkende factor zal zijn voor het bepalen van het maximale AG-gehalte in een bepaald mengselontwerp. Door een te hoog vulstofgehalte kan niet worden voldaan aan de eisen voor de korrelcurve, kan de vulstof/bindmiddel-verhouding niet worden verhoogd, kan de dichtheid niet worden verminderd en kan niet worden voldaan aan de eisen voor de holle ruimte in het mineraal Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 20 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

aggregaat. Een hoog vulstofgehalte kan, als het niet op de juiste wijze wordt verwerkt, ook de dikte van de bindmiddelfilm verminderen, wat kan leiden tot een grotere stijfheid van hoge AG-mengsels, die door de aanwezigheid van verouderd bindmiddel al stijf kunnen zijn. In een relevant onderzoek steeg het gehalte aan vulstoffen bij het frezen van een bestrating met een statistisch significante 4,8%. [18] Dit is een gevolg van het verbrijzelen van de aggregaten en is afhankelijk van de freesmachine, de freesparameters (snelheid, diepte, enz.), de stijfheid van het mengsel en het type aggregaat. Hoewel een toename van het vulstofgehalte altijd te verwachten is, zal de werkelijke toename van de hoeveelheid op andere freesplaatsen waarschijnlijk verschillen van de bevindingen van dit onderzoek.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 21 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

3. Het affrezen van asfalt 3.1.

Werking van een freesmachine

Een asfaltfrees is een machine met op hoogte verstelbare wielen waar onderaan in het midden een trommel aanwezig is, zie Figuur 5. Deze freestrommel is uitgerust met beitels die het asfalt opbreken, zie Figuur 6. Er zijn ook sleden langs beide kanten van de freestrommel zodat de machinist door het hoogteverschil van de sleden de freesdiepte kan volgen. De trommel draait tegen de rijrichting van het voertuig. Zo worden granulaten opgeschept en op een transportband gegooid om naar een vrachtwagen getransporteerd te worden.

Figuur 5: Principe freesmachine [2]

3.2.

Figuur 6: Principe beitels [2]

Verschillende freestechnieken en hun toepassingen

Er zijn meerdere manieren om te frezen: warm en koud frezen. Bij warmfrezen wordt het asfalt voor het wordt gefreesd, opgewarmd door een verwarmingselement waardoor de bitumen of teer die de granulaten bij elkaar houden minder viskeus worden. Hierdoor zullen minder granulaten breken en zal er minder fijne fractie geproduceerd worden. Tijdens het koud frezen van asfalt wordt deze niet op voorhand opgewarmd, maar meteen gefreesd. Dit heeft als gevolg dat granulaten gebroken zullen worden waardoor er in het asfaltpuin meer fijn materiaal is dan in de originele samenstelling. 3.2.1. Warm frezen Wereldwijd wordt deze techniek gebruikt om aan in-situ recycleren te doen. Deze techniek dient om een versleten wegdek met alleen mechanische mankementen, zoals bijvoorbeeld: scheuren, rafelen, etc., opnieuw aan te leggen zonder verse asfalt aan te voeren. Dit gebeurt als volgt: een voorverwarmer warmt het oude asfalt op. Hierna komt een freesmachine het opgewarmd asfalt afschrapen van de ondergrond met platte beitels. Vervolgens wordt het nog warme AG gemengd met een verjongingsmiddel om het verharde bitumen terug zachter te maken. Dan wordt het gemengde AG terug op het wegdek aangebracht, verspreid en terug verdicht. Zo is er zonder nieuwe materialen toe te voegen een “nieuwe� toplaag aangebracht. Andere doeleinden voor warmfrezen werden niet gevonden. Bij warmfrezen worden de granulaten minder gebroken dan bij koud frezen. Hier staat tegenover dat er gewacht moet worden tot het asfalt opgewarmd is en dat deze hierdoor verouderingsverschijnselen vertoont. Een ander nadeel van warmfrezen is dat er vaak meerdere keren verwarmd moet worden waarbij er kans is dat bitumen vuur vatten. Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 22 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

3.2.2. Koud frezen Koud frezen kan op verschillende manieren uitgevoerd worden. Per freestechniek zijn verschillende voor- en nadelen waar rekening mee gehouden moet worden. Uit dit onderzoek blijkt dat de besproken freestechnieken geen invloed hebben op de korrelcurve van het gefreesde materiaal. Er zijn echter veel andere factoren die de korrelcurve beĂŻnvloeden. Hier wordt dieper op ingegaan in hoofdstuk 4. Omdat de freestechniek geen invloed heeft op de korrelverdeling van AG worden de technieken niet uitgediept. De freestechnieken die in dit onderzoek aan bod zijn gekomen zijn verduidelijkt in de begrippenlijst vooraan. Hieronder kort de opsomming van de freestechnieken in dit onderzoek: -

Profielfrezen Bakfrezen Sloopfrezen Cunetfrezen Kopieerfrezen Frezen met freeswiel Frezen met schranklader 3D frezen Fijnfrezen Stofvrij frezen

3.3.

Soorten frezen

Freesmachines komen in verschillende groottes en varianten voor. Vaak worden dergelijke machines onderverdeeld in werkbreedte. Deze werkbreedtes gaan van 0,35m tot 1,20m voor kleine machines en van 2m tot 2,20m voor grote machines. Het is vanzelfsprekend dat grote freesmachines gebruikt worden voor grotere oppervlaktes asfalt en kleine machines voor kleinere. Dit is belangrijk voor de freesaannemer om de werken zo efficiĂŤnt mogelijk uit te voeren. Afhankelijk van de grootte van de werken zal de aannemer een gepaste machine gebruiken op de werf. Een andere zeer belangrijke eigenschap van freesmachines is de werkdiepte. De werkdiepte geeft weer hoe diep een freesmachine kan frezen. De kleine machines kunnen werken tot op een diepte van 110mm tot 300mm. Bij grote machines ligt het dieptebereik tussen de 330mm en 350mm. Het is zeer belangrijk dat de freesaannemer weet of hij enkel de toplaag moet frezen of top- en onderlaag simultaan moet frezen. Dit wordt in samenspraak met de hoofdaannemer besproken. Door elke laag afzonderlijk te frezen, kunnen materialen met verschillende kwaliteiten gescheiden worden gehouden. Daarnaast biedt het frezen de mogelijkheid om de gladheid van de bestrating aanzienlijk te verbeteren waardoor er vaak geen extra voorbereiding nodig is voor de herbestrating. De grootte van het AG wordt medebepaald door de rijsnelheid van de freesmachine en de rotatiesnelheid van de freestrommel. Dit wordt door de freesaannemer bepaald in samenspraak met de hoofdaannemer. Mocht de hoofdaannemer fijnere AG willen, gaat de frezer ervoor kiezen om de frees trager te laten rijden of de beitels sneller te doen roteren. De huidige freesmachines kunnen worden uitgerust met verschillende freespatronen. Door de wijziging van de beitelafstand op de trommel kunnen de aannemers een afstand van 25 mm (graafpatroon) tot 3 mm (microfreespatroon) gebruiken. Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 23 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

De asfaltfreesbeitels worden in verschillende materialen gemaakt. Diamantbeitels zijn interessant omdat deze een zeer hoge hardheid hebben. Dit zorgt voor een hogere slijtvastheid, een hogere productiviteit, hogere inzetbaarheid van machines, een egaal freesbeeld en betere arbeidsomstandigheden. De dure diamantbeitels zijn voor de frezer een heuse investering.

3.4.

Overzicht van freeswerken in België

In België zijn er ongeveer 10 aannemers die enkel asfaltfreeswerken uitvoeren. Er is één Belgische asfaltcentrale die zelf freeswerken uitvoert. Wat hier vooral opvalt, is dat er een groot aandeel van de wegenbouwbedrijven in onderaanneming freeswerken laten uitvoeren. Er bestaat een Europese federatie van frezers ‘Association of European Road Milling Enterprises’. Dit overkoepelend orgaan houdt zich bezig met het uitwisselen van ideeën en informatie tussen de aangesloten bedrijven over nieuwe methoden en kansen, trends en ontwikkelingen. Ook staan ze in voor het bijwonen van nationale en internationale panels. Vervolgens neemt de federatie deel aan het debat over kwesties met betrekking tot gezondheid en veiligheid op het werk of vervoerskwesties. Zij specialiseren zich vooral in asfalt. Om een beeld te krijgen van de verschillende freestechnieken die gebruikt worden in Vlaanderen werd er een bevraging gestuurd naar 29 aannemers en freesbedrijven. Van de 29 aangeschreven bedrijven in België hebben er slechts 3 gereageerd. Uit de bevraging is gebleken dat slechts een select aantal technieken door meerdere aannemers gebruikt worden. Omdat dit een kleine sample is van 3 antwoorden kunnen de verkregen resultaten een vertekend beeld geven. Alle drie gaven aan de volgende technieken te gebruiken: profielfrezen, fijnfrezen en sloopfrezen. Twee van de drie aannemers werken met 3D en stofvrij frezen. Eén enkel freesbedrijf gebruikt bakfrezen, frezen met schranklader, cunetfrezen en selectief frezen. Niet elke correspondent voert dezelfde werken uit en men gebruikt dus een aantal specifieke technieken.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 24 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Er werd ook gevraagd in welke lagen het asfalt gefreesd wordt. Zowel de toplaag alleen wordt gefreesd, als alle lagen tezamen. Alsook wordt er in verschillende lagen gefreesd. De verwerkte resultaten van de schriftelijke bevraging zijn weergegeven in Figuur 7 en Figuur 8.

FREESTECHNIEKEN IN BELGIË 60,00% 48,33%

50,00% 40,00% 31,67%

31,67%

30,00%

27,00%

20,00% 10,00%

8,33%

8,33% 3,33%

5,00%

1,67%

0,00% 0,00%

Ba kf re

ze Pr n of ie lfr ez en 3D fre ze n Fij nf re ze St Fr n of ez vr en i jf m re et ze sc n hr an kla de Cu r ne tfr ez Ko en pi ee rfr ez en Fr ee sw ie Slo l op fre Se ze le n ct ie ff re ze n

0,00%

Figuur 7: Gebruikte freestechnieken

FREZEN VAN LAGEN IN BELGIË Afgezonderd frezen 15%

Enkel toplaag 47% Gelijktijdig frezen 38%

Figuur 8: Frezen van lagen Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 25 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

3.5.

Overzicht van freeswerken in buitenland

Naast de bevraging aan Belgische bedrijven zijn ook 60 buitenlandse bedrijven aangeschreven verspreid over de hele wereld. Specifieker werd deze bevraging naar 47 freesbedrijven en 13 wegenbouwaannemers verstuurd. Omwille van de omstandigheden (COVID-19) is er maar van 3 bedrijven een antwoord ontvangen. Om deze reden is het wetenschappelijk gezien niet correct om de resultaten hiervan weer te geven. Deze zijn wel terug te vinden in bijlage E.

3.6.

De innovatie op vlak van asfaltfreeswerken

Eén vraag op de vragenlijst ging over innovatie: “Wat zijn volgens u (aannemer of freesbedrijf) de belangrijkste innovaties op vlak van asfaltfreestechnieken in de voorbije 10 jaar?” Velen geven aan dat betere filters voor motoren en andere milieuverbeteringen de belangrijkste innovaties zijn. Zo kan er in stadskernen met strenge emissie-reguleringen nog gefreesd worden. Een andere belangrijke innovatie is de stof-afzuigingsinstallatie op de machines (66,6%). Hierdoor heeft men de mogelijkheid om op minder geventileerde werven te frezen. Het principe hiervan is afgebeeld op Figuur 9. De betere monitoringssystemen om de werken en de omgeving te volgen (50%) en de verbetering van de beitels (33,3%) werden ook genoemd als belangrijke innovaties.

Figuur 9: Freesmachine met stofafzuiging [2]

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 26 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

4. Factoren die de korrelcurve van het asfaltgranulaat beïnvloeden [19] Er zijn enorm veel parameters die een invloed hebben op de korrelverdeling van asfalt tijdens het frezen. De korrelverdeling wijzigt onvermijdelijk tijdens het frezen omdat een laag asfalt afgeschraapt wordt door beitels. Hierdoor worden granulaten van het oorspronkelijk mengsel gebroken. Dit is de reden waarom de maximale korrelgrote van het AG altijd kleiner of gelijk is aan de maximale korrelgrote van het originele mengsel. Tijdens het breken van deze granulaten komt fijn materiaal vrij. Voorspellen wat de korrelverdeling van het AG is, is onmogelijk omwille van de vele parameters. Toch zijn er bepaalde zaken waarvan geweten is dat deze minder granulaten verpulveren. In dit hoofdstuk worden de verschillende parameters besproken die een invloed hebben op de hoeveelheid vulstof en de korrelcurve van het asfaltgranulaat.

4.1.

De staat van het wegdek

Als eerste stap wordt het te frezen wegdek grondig visueel geïnspecteerd. Indien het wegdek in slechte toestand is (bijvoorbeeld: op verschillende plaatsen gescheurd is), bestaat de kans dat het asfalt niet volledig breekt in de machine. Hierdoor ontstaan er grotere brokken die later dan weer zorgen voor extra breekwerk, maar dus wel minder fijn materiaal. [20]

4.2.

Freestechniek

Het type asfalt waaruit de te frezen weg bestaat, heeft geen invloed op de keuze van de freestechniek. De freestechniek wordt vooral bepaald door de dikte van de laag die gefreesd moet worden. Als men bijvoorbeeld een laag van 20cm moet sloopfrezen, kiest men tegenwoordig liever om dit in twee lagen van 10cm te doen. Dit zorgt voor een betere doorstroming van de machine en de afvoer kan beter geregeld worden. Een belangrijke factor in de keuze voor één of twee laags frezen is de tijd die je krijgt voor bepaalde werken uit te voeren. Een andere parameter in de keuze van de freestechniek is de stijfheid van de ondergrond. Hoe stijver, hoe minder beitels er worden gebruikt. De freestechniek heeft weliswaar geen invloed op de korrelverdeling van het freesmateriaal. [20]

4.3.

Snelheid van de freesmachine

Een volgende parameter met grote invloed op het breken van granulaten is de snelheid waarop de freesmachine zich verplaatst. Asfalt wordt minder gebroken als de freesmachine trager rijdt. Als er te snel gereden wordt, breekt het asfalt makkelijker door de granulaten dan door het zachtere bitumen. Hoe trager dit gebeurt, hoe meer het bitumen losgetrokken kan worden. Zo wordt er minder fijne fractie geproduceerd en blijft de originele korrelverdeling zo goed mogelijk behouden.

4.4.

Rotatiesnelheid van de freestrommel

De rotatiesnelheid van de freestrommel is ook een belangrijke parameter die de hoeveelheid fijne fractie beïnvloedt. De invloed van deze factor is deels analoog aan de snelheid van de freesmachine. Een hoger toerental zal ook zorgen voor een fijnere korrelverdeling. De beitels zullen door het hoge toerental meer granulaten breken wat zorgt voor fijner materiaal. Bij een laag toerental zal er grover materiaal bekomen worden. Echter is er in de literatuur hierover weinig terug te vinden. Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 27 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

4.5.

Freesdiepte

De freesdiepte speelt ook een belangrijke rol bij de grootte van het asfaltpuin. Zoals eerder vermeld freest men liever kleinere lagen dan grote. Dit heeft te maken met de hoek van de beitels. Hoe dieper er wordt gefreesd, hoe groter de hoek van de beitels. Een grotere hoek zorgt dan weer voor fijner materiaal. Dit principe wordt afgebeeld in Figuur 10.

Figuur 10: Hoek beitels [14]

4.6.

Gebruikte beitels

De vorm van de gebruikte beitels heeft ook een grote invloed op het breken van granulaten in asfalt. Hier echter is nog niet veel over geweten welke vorm het beste is om verpulvering tegen te gaan. Wel is er in Figuur 11 weergegeven wat de voordelen zijn bij het gebruik van diamant beitels.

Figuur 11: Voordelen diamant beitel [2]

4.7.

Lijnafstand van de beitels

Dit is de afstand tussen de rijen beitels die gemonteerd zijn op de freestrommel. Hoe verder deze uit elkaar staan, hoe grover het freesoppervlak is. Door met grotere lijnafstanden te werken, worden er grotere asfaltbrokken geproduceerd wat het breken van granulaten vermindert. De profilering van de overblijvende structuur van het asfaltoppervlak is deels afhankelijk van deze opstelling van de freestrommel.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 28 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

In Figuur 12 en Figuur 13 wordt het verschil weergegeven tussen een trommel met een grote bijtelafstand en een trommel met een kleine bijtelafstand. Links een “ECO cutter” met een freesdiepte van 330mm en een bijtelafstand van 25mm. Rechts een “Fine milling drum” met een freesdiepte van 100mm en een bijtelafstand van 8mm.

Figuur 12: ECO cutter [1]

4.8.

Figuur 13: Fine milling drum [1]

Temperatuur

Hoe hoger de temperatuur van het asfaltoppervlak tijdens het frezen, hoe minder granulaten er gebroken worden omwille van het soepeler worden van het bitumen. Hierdoor wordt er minder fijne fractie gevormd en wordt de oorspronkelijke korrelcurve minder beïnvloed.

4.9. -

Andere

Oorspronkelijke korrelcurve van het gelegde asfalt Hardheid van de aggregaten Kwaliteit van het bitumen Verbinding tussen de lagen Kracht van de freesmachine

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 29 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

5. Vulstof in het asfaltmengsel Met de huidige technieken wordt er tijdens het frezen veel fijn materiaal gecreëerd. Door het frezen van het bestaande asfaltmengsel worden de bestaande granulaten extra gebroken tot fijnere granulaten. Zo komt er extra vulstof vrij en dient er minder aanvoervulstof toegevoegd te worden.

5.1.

Functie van vulstof in het asfaltmengsel

Vulstof vult de holle ruimte in het steen/zandmengsel en vervolledigt de korrelverdeling. Samen met bitumen, vormt vulstof “mastiek”; samen met bitumen en zand vormt vulstof de “mortel”. Men kan mastiek/mortel zien als het bindmiddel van het grove aggregaat. Vulstof heeft ook een verstijvende werking op bitumen: de holle ruimte in de vulstof capteert ‘vrij bitumen’, waardoor de viscositeit van bitumen met vulstof verhoogt. Gecompacteerde vulstof bevat holle ruimtes tussen de korrels. Bitumen dat zich in deze holle ruimtes bevindt, is immobiel en zal niet leiden tot een lage viscositeit. De viscositeit van de mastiek bepaalt de vervormbaarheid van het asfalt. De viscositeit van de mastiek wordt gedeeltelijk bepaald door de vulstofkarakteristiek “holle ruimte van Ridgen”. Het is ook deze mastiek die de hechting zal verrichten tussen de stenen. De korrelverdeling van de vulstof dient gecontroleerd te worden omwille van de constantheid van de eigenschappen. Daarom worden er eisen gesteld aan: • •

Korrelverdeling: doorval tussen 70% en 100% voor zeef 63μm EN doorval tussen 85% en 100% voor zeef 0,125 mm Holle ruimte

Het percentage kleideeltjes moet zeer laag tot nihil zijn, om zwelling van vulstof te vermijden. Bijzonder geval: “eigen stof”: tijdens de productie van asfalt worden de fijne deeltjes die tijdens het droog- en zeefproces vrijkomen, opgevangen en nadien (niet – gedeeltelijk – geheel) in de productiecyclus gebracht. Deze stof wordt ook als vulstof gezien, doch dient niet aan dezelfde kenmerken te voldoen als fabrieksvulstof (afkomstig uit andere productieprocessen). Het belangrijkste effect van minerale vulstof is het verstijven van het bitumen, waardoor de mechanische eigenschappen van het asfaltmengsel worden verbeterd. De verstijvingswerking van de mastiek regelt de prestaties van het mengsel vanaf de bouwfase tot aan de volledige levensduur van de bestrating. Tijdens transport- en bestratingsprocessen kan een slechte stijfheid in de mastiek draineringsproblemen veroorzaken, terwijl een te grote stijfheid kan leiden tot verdichtingsmoeilijkheden en vermindering van de verwerkbaarheid. [21] De mastiekstijfheid beïnvloedt het vermogen om weerstand te bieden aan permanente vervorming bij hoge temperaturen, het vermoeiingsleven bij middelhoge temperaturen en de scheurweerstand bij lage temperaturen. [22] [23] [24]

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 30 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Dit zeer fijne aggregaat, of het nu natuurlijk is (stof van minerale aggregaten) of vervaardigd (b.v. kalksteenmeel), veroorzaakt vooral de verhoging van de bindmiddelstijfheid. Hoewel de relatieve verstijving van mastiek ten opzichte van bitumen vooral samenhangt met de verhouding tussen vulstof en bitumengehalte (f/b), is het afhankelijk van de eigenschappen van beide materialen (vulstof en bitumen) en hun specifieke interactie. De mastiek beĂŻnvloedt de eigenschappen van het mengsel. Overdreven vulstof droogt het mengsel uit, waardoor de dikte en de duurzaamheid van de bitumenfolie afnemen, terwijl onvoldoende vulstof een te grote hoeveelheid bitumenfolie kan toelaten, wat kan leiden tot malse, onstabiele mengelingen. De aanwezige vulstof geeft stabiliteit aan het bitumen maar vergroot ook de samenhang van het mengsel via de vulling van de opbouw van het mineraal aggregaat. Ondanks het geringe aandeel in gewichtsprocenten heeft het een groot specifiek oppervlak waardoor het asfaltmengsel voldoende bitumen kan bevatten om weerstand tegen vermoeiing te bieden en toch een hoge stabiliteit heeft. [25] De stijfheid van de mastiek neemt toe bij stijging van het aandeel vulstof, tot een maximum waarna de stijfheid dramatisch afneemt. Daarmee heeft het vulstofgehalte invloed op de prestatie van het asfaltmengsel, bijvoorbeeld de rafelingsgevoeligheid van ZOAB. Dit optimum is afhankelijk van het type vulstof en bitumen. [25]

5.2.

Sterke vulstof vs. zwakke vulstof

Gezien deze eigenschap van vulstof op de viscositeit van de mastiek, spreekt men van zwakke (Type I) en sterke vulstoffen (Type II). Een zwakke vulstof heeft een laag percentage holle ruimte (voor een gelijke hoeveelheid bitumen zal er meer bitumen ter beschikking zijn) en een sterke vulstof heeft een hoog percentage holle ruimte (voor een gelijke hoeveelheid bitumen zal er minder bitumen ter beschikking zijn, want deze verblijft tussen de korrels). De vulstofsterkte wordt bepaald door de korrelgrootte, korrelverdeling en aard van het korreloppervlak. De sterkte resulteert in een verhoging van het verwekingspunt van bitumen naar mastiek (delta R&B). Voor vulstof wordt de holle ruimte van een droog verdicht monster bepaald (methode Rigden). Een andere manier om het opneemvermogen te bepalen is het bitumengetal. Het bitumengetal geeft de affiniteit weer van vulstoffen voor bitumen. Een verharding waarbij cement als toevoegsel gebruikt wordt (type IA of IIA), geeft een stijvere verharding dan een mengsel met calciumchloride (type IB of IIB). [26] Vulstof wordt gemengd met kalkhydroxide of calciumcarbonaat. Kalkhydroxide is een hechtverbeteraar. Vulstof met calciumcarbonaat (CaCO3) is een kalksteenvulstof, deze vulstof is ronder en verwezenlijkt hierdoor een betere verwerking (betere verdichting zand/steenskelet). Sterkere vulstof -van vliegassen- zijn minder rond en eerder hoekig.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 31 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

5.3.

Eigenschappen van vulstof uit asfaltgranulaat

Naast de al aanwezige fijne fractie in het asfaltgranulaat komt er door het frezen nog extra fijn materiaal vrij, waarvan de eigenschappen sterk kunnen fluctueren. [25] Door deze vulstoffractie te onderzoeken, kan de gradering van de vulstof, de sterkte, en de holle ruimtes onderzocht worden. Deze zal dus voor elk AG anders zijn en binnen dezelfde stapel varieert de samenstelling ook. Om de samenstelling van de eigen vulstof te kennen moeten er regelmatig testen uitgevoerd worden. Volgens de onderzochte verantwoordingsnota’s van verschillende bedrijven kan er geconcludeerd worden dat er meer dan 10% van het AG kleiner is dan 0,063mm. Ook de literatuur bevestigt dat tot 20% kleiner kan zijn dan 0,075 mm. [11] Er is duidelijk een groot aandeel vulstof aanwezig. Dit kan worden verklaard doordat de aggregaten worden gebroken bij het frezen, maar ook door de nabehandelingen die worden uitgevoerd. De fragmentatiegrootte van het gefreesde asfalt bepaalt de grootte van de stukken asfalt die verwijderd worden tijdens het freesproces. Dit is niet hetzelfde als de korrelgrootte van het gefreesde asfalt. Aangezien sommige aggregaten door de freesmachine worden gebroken, is de korrelgrootte van het gefreesde materiaal altijd kleiner of gelijk aan de deeltjesgrootte van het te frezen aggregaat. Hoe groter de grootte van het gefreesde materiaal, hoe minder het frezen de oorspronkelijke deeltjesgrootte verkleint. Asfaltgranulaatvulstoffen variëren sterk in mineralogie, chemische eigenschappen, vormeigenschappen, grootte en gradatie. Bovendien beïnvloeden ze de verwerkbaarheid, vochtgevoeligheid, stijfheid en verouderingskenmerken van asfalt. Uit [16] blijkt dat de vulstof uit AG is samengesteld uit verschillende vormen en langwerpige delen. Bovendien zijn de deeltjes niet volledig in het bitumen gedispergeerd en heeft de vulstof een hoge neiging om te agglomereren. Omdat vulstof in AG sterk kan verschillen, bespreken we eerst welke aspecten de kwaliteit van vulstof bepalen [25]: • • • • •

Geometrie: gradering, vorm, hoekigheid en textuur Fysisch: dichtheid, holle ruimte Samenstelling: mineralogische samenstelling en kalkhydraat Chemisch: wateroplosbaarheid, zwelling Gelijkmatigheid: bitumengetal, dichtheid

Wanneer deze criteria worden bekeken is het snel duidelijk dat de kwaliteitsbepaling van de aanwezige vulstof in AG afhankelijk is van veel factoren. 5.3.1. Resultaten verantwoordingsnota’s Er zijn in dit onderzoek 8 verschillende verantwoordingsnota’s van APO-mengsels bekeken van verschillende aannemers. In deze mengsels werd gemiddeld 48% AG gebruikt.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 32 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Uit deze verantwoordingsnota’s kon de korrelverdeling van het gebruikte asfaltgranulaat gehaald worden. Deze korrelverdelingen zijn weergegeven in Figuur 14. De percentages vulstof (< 0,063 mm) in het asfaltgranulaat variëren van 6,5 tot 10,5 %.

Doorval (%)

Korrelverdeling AG nota's 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0,01

0,1

1

10

Zeef grootte (mm) Figuur 14: Korrelverdeling resultaten verantwoordingsnota's

5.3.2. Resultaten ontvangen van keuringsinstelling Uit de resultaten die zijn verkregen van externe bedrijven kan er geconcludeerd worden dat er sprake is van een bepaalde “fictieve” gemiddelde korrelverdeling. Hoe fijn de fractie - die extra wordt gecreëerd door het frezen- precies is, kan moeilijk voorspeld worden. AG is vaak een mengsel van verschillende types asfalt (AB-3A, AB-4C, ...). Het AG kan dus niet één op één vergeleken worden met de korrelverdeling van een nieuw mengsel. Bij het bestuderen van de resultaten kan een “gemiddeld" effect worden aangetoond; een toename van het aandeel fijne fractie. Dit effect is weergegeven in Tabel 2. Doorval

Asfalt, gemiddeld

Asfaltgranulaat, gemiddeld

2 mm

38,5 %

47,5 %

1 mm

29 %

/

0,25 mm

18,5 %

26 %

0,063 mm

7%

10,5 %

Tabel 2: Resultaten keuring instelling van de laatste jaren

De resultaten van de keuringsinstelling tonen aan dat er wel degelijk een groter percentage aan vulstof (<0,063 mm) en zand aanwezig is in AG dan in -volledig- nieuwe asfaltmengsels. Met deze fijne fractie moet rekening gehouden worden wanneer het AG wordt gebruikt in nieuwe mengsels. De percentages vulstof (< 0,063 mm) in het AG variëren van 5,5 tot 15,3 %. Deze percentages zijn het maximum en minimum van meer dan 1100 gecontroleerde asfaltgranulaten.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 33 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

5.4.

Kritische vulstofconcentratie [16]

De agglomeratiefactor (Fag) is een indicatie voor de mate van agglomeratie van een vulstof en maakt de vergelijking tussen vulstoffen en behandelingen mogelijk. Deze agglomeratiefactor geeft de graad weer hoe groot de neiging van de vulstof is om klonters te vormen. De agglomeratiefactor wordt berekend met de volgende vergelijkingen: đ?‘‘=

6 đ?‘†đ?‘†đ??´*+, ∗ đ?œŒ-

đ??š./ =

đ??ˇ[1;#,4] đ?‘‘*+,

Waarbij: -

SSABET het specifieke oppervlak is dat wordt gemeten met stikstofabsorptie (BET-methode) m2/g], qf is de vulstofdichtheid [g/cm3], dBET de gemiddelde diameter berekend met BET [Âľm] d1â „[v;0,5]] is de mediaan diameter die wordt gevonden met PSD [Âľm].

Maar deze methode gaat uit van een volledig gedispergeerde vulstof, terwijl in werkelijkheid, wanneer de vulstof in asfaltmengsels wordt gebruikt, deze niet volledig in het bitumen is opgenomen. Het werkelijke oppervlak dat met bitumen moet worden bedekt, komt dus niet overeen met het oppervlak dat door deze methode wordt berekend. Er zijn echter verdere studies nodig om te begrijpen hoe deze factor kan worden gebruikt om een geschikt oppervlak te verkrijgen voor mengselontwerp berekeningen. Het is bekend dat de stijfheid van de mastiek varieert afhankelijk van de vulstofmineralogie en de concentratie. Onlangs werd het effect van de vulstofconcentratie op de mastiekstijfheid grondig onderzocht door [27] die een conceptueel model voorstel deden voor de invoering van vulstof met het bindmiddel. De kritische vulstofconcentratie (Ă˜c) vertegenwoordigt de overgang tussen de verdunde en de geconcentreerde toestanden en vertegenwoordigt, zoals voorgesteld door [27], de maximaal toelaatbare vulstoflimiet in de mastiek. De kritische vulstofconcentratie wordt verkregen met de volgende vergelijking: Ă˜đ?‘? = 83,2 đ?‘…đ?‘‰(%) + 4,79 đ?‘€đ??ľđ?‘‰ Waarbij: -

RV (%) holle ruimte volgens Rigden MBV de Methyleenblauwwaarde (kleigehalte) (-) Ă˜c de kritische vulstofconcentratie (volume-%)

De kritische vulstofconcentratie kan worden gebruikt om de minimale bitumenhoeveelheid te berekenen die nodig is om de mastiek in een verdunde fase te houden. Hierdoor kan de mastiek de vereiste stijfheid en geschikte consistentie in de bitumineuze mengsels behouden. �16789:- =

đ?‘Š16789:Ď -

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 34 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

�;!9<16789:- =

Ă˜c đ?‘‰16789:- ∗ J1 − 100M Ă˜c 100

Waarbij: -

đ?‘‰16789:- het vulstofvolume (m3/kg mengsel), đ?‘Š16789:- het vulstofgewicht (kg/kg mengsel), Ď - de vulstofdichtheid (kg/m3), Ă˜c de kritische vulgraad (volumeprocent) en đ?‘‰;!9<16789:- =het minimumvolume aan bitumen dat nodig is om de mastiek in de verdunde fase te behouden (m3/kg mengsel).

Het model identificeert twee toestanden: verdund en geconcentreerd. In het verdunde gebied zijn de vulstofdeeltjes gescheiden door een vrij bitumenvolume. De brug van bitumen tussen de deeltjes is voldoende dik om een bijna constante stijfheid te garanderen. Wanneer de hoeveelheid vulstof boven een bepaalde drempelwaarde stijgt, komt de mastiek in de geconcentreerde toestand, waarbij het verbruik van het vrije bitumen de plotselinge toename van de stijfheid veroorzaakt.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 35 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

6. Probleem van te veel fijne fractie in het asfaltgranulaat 6.1. Impact verminderen van aanvoervulstof op de eigenschappen van het asfaltmengsel Bij mengsels met een relatief hoog percentage asfaltgranulaat, 40-50 %, is er afhankelijk van het type asfaltgranulaat, de wijze van verwerken, het aandeel aanhangende vulstof en de inrichting van de asfaltcentrale, slechts een aandeel nieuwe fabrieksvulstof aanwezig variĂŤrend tussen 0,1 en 2 %. [28] Het onderzoek [28] toont aan dat het wijzigen van het type en/of merk (aanvoer) vulstof, bij een relatief laag aandeel (0,1-2%), geen noemenswaardige invloed heeft op de mechanische eigenschappen van dichte asfaltmengsels. Omdat de vulstoffen van het AG in clusters samenhangen kan er een heterogeen mengsel ontstaan dat niet goed verdeeld is. Wanneer er minder aanvoervulstof wordt toegevoegd kan dit leiden tot een mengsel met lagere indirecte trekmodulus, een hogere spoorvorming en een lagere vermoeiingslevensduur dan wanneer enkel mix. [29] De interactie van de vulstof wordt medebepaald door het bindmiddel. AG bevat vaak clusters (aggregaten/bindmiddel of vulstof/bindmiddel) waar het verse bitumen of verjongingsmiddel moeilijk in kan doordringen. Een deel van het nieuwe bindmiddel in AG-mengsels vormt dan een "omhulsel" rond de oude met bindmiddel gecoate aggregaatdeeltjes of de bindmiddelaggregaten die uit het AG zijn gekomen. Er zijn dus regio's met een lage viscositeit (vers bindmiddel) in het gerecyclede mengsel en dit beĂŻnvloedt de mechanische eigenschappen ervan. [29] Verder onderzoek is nodig om een algemeen besluit te kunnen trekken.

6.2.

Ontbinding asfaltgranulaat

Door het AG op te splitsen in zijn oorspronkelijke bestanddelen, kan elke fractie in de juiste verhouding toegevoegd worden in een nieuw AG-mengsel. Het AG kan dan worden hergebruikt in overeenstemming met de korrelcurve van het gewenste eindproduct. Daarnaast kan er gekozen worden om enkel de vulstof uit het AG te zeven, vervolgens kan deze vulstof vervangen worden door een nieuwe sterkere vulstof. Dit heeft als nadeel dat er kostbare bitumen verloren gaat die gehecht is aan de vulstof. Er kan ook gekozen worden om minder aanvoervulstof aan het mengsel toe te voegen, maar dit heeft dan negatieve gevolgen voor het AG-mengsel. De literatuur leert ons dat de mastiekeigenschappen een belangrijke rol spelen op de eigenschappen van het mengsel. Uit eerder onderzoek [30] is gebleken dat mengsels (0/19) met grofkorrelige asfaltgranulaten beter presteren dan mengsels met fijnere asfaltgranulaten. De auteurs schrijven deze resultaten toe aan het gebrek van een volledige vermenging. AG-bindmiddel heeft de neiging om bij het AG te blijven zodat het fijne gedeelte (vulstof) van het mengsel zich mengt met grove AG-deeltjes en deze binden zich op zijn beurt met de nieuwe aggregaten en bindmiddel in het mengsel. Er is geen zekerheid op een totale vermenging. Aangezien de vulstof van het mengsel sterke invloed heeft op de scheurprestaties, moet hier rekening mee gehouden worden. Ook geven de resultaten aan dat bindmiddeltesten op volledig gemengde preparaten misleidend kunnen zijn, aangezien een volledige vermenging niet voorkomt. [2] Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 36 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Natuurlijk is de verwoording grof en fijn afhankelijk van de context, maar de rode draad van het onderzoek is wel veelzeggend. Het is goed gedocumenteerd dat de prestaties van asfaltmengsels sterk worden beïnvloed door de aggregaatstructuur. Zo kunnen de gradatiekenmerken uitgedrukt worden door de gradatie te scheiden in twee belangrijke componenten, zie Figuur 15:

Figuur 15: Verschillende vermenging scenario’s [2]

De resultaten van deze studie toonden aan dat mengsels met een lager AG-gehalte betere breukeigenschappen vertoonden. De sleutel tot betere breukprestaties lijkt dus te liggen in het minimaliseren van de hoeveelheid vulstof uit het AG die in de fijne fractie van het mengsel wordt toegevoegd. Daarom moet het verstijvingseffect van het AG -de vulstof die de scheurvorming beheerst- direct worden geëvalueerd. [2] Om deze problemen te verhelpen kan ook de kritische vulstofconcentratie (Øc) gebruikt worden door het nodige bindmiddel te definiëren dat nodig is voor het afdekken van de vulstof. Dit is de maximaal toelaatbare grenswaarde van de vulstof in de mastiek voor het bereiken van de cohesiesterkte. [16]

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 37 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

7. Invloed van vulstof uit asfaltgranulaat op de eigenschappen van asfalt 7.1.

Mastic Stiffness Index (MSI) [31]

MSI werd ingevoerd als een grootheid die een indicatie kan geven over de mastiekstijfheid, in de fase van het mengselontwerp. Het is een relatieve grootheid die aangeeft hoeveel stijver de mastiek zal zijn, relatief t.o.v. de stijfheid van het bindmiddel op zich. De algemene MSI-formule:

đ?‘€đ?‘†đ??ź = 1021 ∗

đ?‘“ 1.286 đ?‘?

đ?‘“ 100 − â„Ž- (1 + 1.286 ) đ?‘?

Met: -

MSI: mastiekstijfheidsindex [°C] f/b: hoeveelheid filler op bitumen beide uitgedrukt in volumes â„Ž- : holle ruimte van de filler

De mastiek, die de mix is van het bitumen en de vulstoffractie, moet voldoende stijfheid hebben; een te lage mastiekstijfheid kan leiden tot stabiliteitsproblemen, terwijl een te hoge mastiekstijfheid kan leiden tot moeilijke verwerkbaarheid en een slechte samenhang. Het vulstofverstevigingsvermogen (uitgedrukt in de holle ruimte volgens Rigden, hf) en de volumeverhoudingen van beide bestanddelen (f/b) zijn de twee belangrijkste parameters die de mastiekstijfheid beĂŻnvloeden. Voor nietgemodificeerde bitumen kan de mastiekstijfheid worden geĂŤvalueerd door de toename van de ringen balltemperatuur te meten die wordt veroorzaakt door het toevoegen van de vulstof aan het bitumen. Dit is gedaan voor een breed scala aan vulstoffen en vulstof/bindmiddel-verhoudingen, waaruit een empirische formule voor de verhoging van de R&B-temperatuur is afgeleid. Opmerking: De berekening van MSI is alleen gebaseerd op de hf van de toegevoegde vulstof en de verhouding tussen vulstof en bindmiddel. De werkelijke mastiekstijfheid zal ook worden beĂŻnvloed door andere parameters, zoals het percentage, de natuurlijke vulstof en de korrelverdeling van de aggregaten. Daarom moet MSI alleen worden geĂŻnterpreteerd als een "indicator" en moet de gebruiker zich ervan bewust zijn dat er afwijkingen kunnen worden verwacht, vooral in het geval van mengsels met een hoog percentage gerecycleerd materiaal. De MSI wordt uitgedrukt in °C, omdat ze fysisch overeenkomt met de verhoging van de R&Btemperatuur van de mastiek, t.o.v. de R&B-temperatuur van het bindmiddel (in geval van gewoon wegenbitumen, met een PmB (polymeer gemodificeerde bitumen) kan dat nogal afwijken). De twee belangrijkste parameters die de MSI beĂŻnvloeden zijn: • •

De verhouding vulstof/bindmiddel (f/b, in vol/vol) De aard van de vulstof, meer bepaald het specifieke oppervlak (of de holle ruimtes in de vulstof die daarmee in verband staan)

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 38 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

(De stijfheid van het bindmiddel zelf speelt natuurlijk ook een grote rol in de werkelijke mastiekstijfheid, maar niet in de MSI, omdat deze een maat is voor de verhoging van de stijfheid t.o.v. de stijfheid van het bindmiddel op zich.) Beide parameters kunnen bepaald worden in de fase van het ontwerp. Vandaar het idee om op empirische wijze een formule te bepalen die toelaat om de MSI te berekenen o.b.v. deze 2 parameters. Empirisch wil zeggen dat de formule een theoretische basis heeft, maar bepaalde coëfficiënten in de formule werden “getuned” om een goede overeenkomst te hebben tussen berekende MSI en gemeten verhoging van de R&B-temperatuur. Er is geen vaste verhouding voor f/b, wel een “richtwaarde” voor de MSI van 12 à 20 °C (dus 16 °C gemiddeld). Maar deze is zeer ruim en hangt voornamelijk af van wat de uitvoerders nog ervaren als verwerkbaar. Aangezien MSI ook afhangt van de aard van de vulstof (holle ruimte) zal de meest gepaste f/b verhouding daar ook van afhangen. Volume vulstof in de f/b in een reëel mengsel is wel degelijk het werkelijke volume vulstof (aanvoervulstof, eigen stof zanden en stenen, stof freesasfalt, …) Sterke vulstof (hoog aantal holle ruimte) heeft inderdaad een sterker verstijvend vermogen en zal dus een hogere MSI geven. PRADOWIN rekent echter met de holle ruimte van enkel de aanvoervulstof (vaak sterker dan bv. de recuperatievulstof) en bijgevolg is dat niet volledig correct. Vroeger was dat minder een probleem, maar vandaag (meer freesasfalt, meer recuperatievulstof) is deze fout van groter belang. PradoWeb (opvolger PRADOWIN) zal hier correcter mee omgaan, door de holle ruimte in te schatten van het mengsel van alle fijne deeltjes in het mengsel. 7.1.1. Proeven [32] Aan de hand van de Ring & Ball proef (NBN-EN 1427) kan het verwekingspunt van asfaltbindmiddelen en mastiek bepaald worden. De verstijvingskracht wordt gebruikt om minerale vulstoffen te kwalificeren voor gebruik in asfaltwegen. Het principe van deze proef is eenvoudig. Een hoeveelheid vulstof wordt gemengd met een hoeveelheid bitumen in een verhouding 50/50. Volgens de literatuur is dit de ideale verhouding, maar deze verhouding is afhankelijk van de sterkte van de vulstof en de hardheid van het bitumen dat gebruikt wordt. Het mengsel wordt in twee messingen ringen gegoten en verwarmd op een gecontroleerde temperatuur. Beide ringen dragen een stalen bal. Het verwekingspunt is dan het gemiddelde van de temperatuur waarbij het mengsel zacht genoeg is zodat de bal erdoor valt over een afstand van 25,0 ± 0,4 mm. De bovenkant van de schijfjes bevindt zich 50 ± 3 mm onder het wateroppervlak. Voor verwekingspunten tussen de 28 °C en 80 °C wordt er water gebruikt op een temperatuur van 5 ± 1°C. Men weegt 30 g vulstof (aanvoervulstof + teruggewonnen fijne deeltjes in een verhouding zoals aangewend in het asfaltmengsel) af in de beker op 0,01 g en voegt daaraan 30 x b/f g bitumen aan toe op 0,01 g waarin b = % bindmiddel en f=% vulstof in massapercentages. Beide bestanddelen worden afgedekt in een droogoven gezet gedurende 30 min. bij een temperatuur die 80 °C boven de verwachte verwekingstemperatuur ligt.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 39 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

De 2 bestanddelen worden manueel gemengd (gedurende ongeveer 3 min.) met een kleine spatel tot de temperatuur 25 °C gedaald is. Het wordt een tweede maal terug in de oven geplaatst gedurende 10 min. en weer gemengd. Na weer 10 min. in de oven wordt het bekerglas een laatste maal gemengd. De beide ringen worden gevuld en geplaatst in de koelkast op ongeveer 5 °C met als doel zoveel mogelijk te beletten dat de vulstof bezinkt. Na een uur snijdt men met een warm mes de overtollige mastiek die bovenaan de ring uitsteekt weg. Voor stofopbouw te voorkomen dient men de ringen achteraf te beschermen. Vervolgens voert men de proef uit zoals beschreven staat in de norm NBNEN 1427. Er wordt gebruikgemaakt van een schaal van verstijvingskracht om aanvaardbare minerale vulstoffen bij 10-20 °C te bepalen. Mastiek met een MSI van meer dan 20 °C zou als te stijf worden beschouwd. Mastiek die onder 10°C wordt getest, zou niet voldoende verstijfd zijn. Deze zouden gevoelig zijn voor overmatig afvloeien, bloeden, schuiven en spoorvorming. Er werd een algemene trend waargenomen: de fijne vulstofmastiek vertoonde de stijfste mastiek, ongeacht het type vulstof. Ook werd geconcludeerd dat -ongeacht het type vulstof- de elasticiteitsmodulus van SMA-mengsels toenam tot een 50/50-vulstofproportie. Het begon af te nemen naarmate de grootte van de vulstofdeeltjes afnam. Het onderzoek toonde aan dat de penetratiewaarde is afgenomen door de vermindering van de grootte van de vulstofdeeltjes. Hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe lager de penetratie was. De viscositeit nam toe met een afname van de grootte van de vulstofdeeltjes. Hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe hoger de viscositeit. Bovendien nam het verwekingspunt toe met een afname van de deeltjesgrootte; d.w.z. hoe kleiner de deeltjesgrootte, hoe hoger het verwekingspunt. De resulterende gegevens gaven aan dat een toename van de stijfheid als gevolg van de toevoeging van vulstof werd vertegenwoordigd door een toename van het onthardingspunt en de viscositeit en een afname van de penetratie. De verstijvingseffecten van verschillende soorten en maten vulstoffen varieerden sterk. De prestaties van de vulstof/asfalt mastiek op het gebied van zachtheid, viscositeit en penetratie waren beter dan die van het zuivere asfalt. De beste prestatie onder die vulstoffen was die met een 50/50 vulstofverhouding.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 40 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

7.2.

BcQ-factor [33]

In het vorige hoofdstuk is er uitgebreid geschreven wat de MSI wil zeggen. De BcQ-factor gaat dieper in op een afgeleide formule van de MSI-factor. Deze formule zou dichter bij de realiteit liggen. 7.2.1. Correctie op MSI-formule [33] Uit een onderzoek, uitgevoerd door een asfaltcentrale, bleek dat er een redelijk grote afwijking zit tussen de theoretische waarde van de MSI-formule en de testresultaten van de R&B-proeven die gemeten werden. Deze afwijking varieert tussen de +8 en de -7 °C. Dat komt neer op een variatie van 15 °C. Om deze reden is de MSI-formule niet zo betrouwbaar om te gebruiken. Overigens bleek dat de MSI-formule een heel andere waarde heeft wanneer er 100% eigen filler van de centrale gebruikt wordt. Een andere opmerking was dat er een tendens zou zijn bij verschillende vulstof tekorten of overschotten wat het verschil tussen de MSI-factor en R&B-temperatuur (de werkelijkheid) betreft. Al deze parameters werden in acht genomen met de afleiding van de MSI-factor om een zo accuraat mogelijk beeld te krijgen van een mengsel. Vertrekkende van de MSI-formule uitgegeven door het OCW:

đ?‘€đ?‘†đ??ź = 1021 ∗

1.286

đ?‘“ đ?‘?

đ?‘“ 100 − â„Ž- (1 + 1.286 đ?‘?)

Constante 1.286 veranderen in een variabele die Q benoemd wordt:

đ?‘€đ?‘†đ??ź = 1021 ∗

đ?‘„

đ?‘“ đ?‘?

đ?‘“ 100 − â„Ž- (1 + đ?‘„ đ?‘?)

Om Q te bepalen moet de formule omgezet worden naar onderstaande formule. De MSI-factor is een benadering van de ∆R&B-temperatuur. Dus kan de MSI-factor vervangen worden door ∆R&B voor de formule. ∆đ?‘…&đ??ľ ∆đ?‘…&đ??ľ ∗ 100 − ∗ â„Ž1021 1021 đ?‘„= đ?‘“ đ?‘“ ∆đ?‘…&đ??ľ đ?‘? + (â„Ž- ∗ đ?‘? 1021 ) Voor de waarde Q wordt een gemiddelde bepaald per hoeveelheid vulstof. Bijvoorbeeld: alle waardes waarin er 1,4% minder vulstof is ten opzichte van de studiewaarde, vormt de waarde đ?‘„<&.? .

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 41 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

De aangepaste formule is dus:

đ??ľđ?‘?đ?‘„ = 1021 ∗

đ?‘„

đ?‘“ đ?‘?

đ?‘“ 100 − â„Ž- (1 + đ?‘„ đ?‘?)

Met Q gelijk aan: đ?‘„8 = 1,1415 đ?‘„<&.? = 1,1482 đ?‘„@&.? = 1,1752 đ?‘„@'.4 = 1,2269 Voor Q dient men de dichtstbijzijnde waarde te gebruiken bijvoorbeeld: als er 0,6% vulstof te kort is, moet men đ?‘„8 gebruiken. Er wordt hierbij afgerond naar đ?‘„8 . 7.2.2. BcQ-waarde [33] Voor een optimale verwerkbaarheid, verdichtbaarheid en watergevoeligheid tracht men de BcQwaarde, net zoals de MSI-waarde, zo laag mogelijk te houden. Met name tussen de 12,5°C-14°C. Alhoewel men kan uitwijken van 12°C-18°C. Men wil deze waarde zo laag mogelijk houden omdat men in de praktijk een asfaltmengsel kan maken dat perfect voldoet aan alle eisen, maar dat zeer schraal is en zeer veel rafeling vertoont en na verloop van tijd zelfs los kan komen. Dit willen aannemers voorkomen. Door een zo laag mogelijke BcQ-waarde te gebruiken, weten ze op voorhand dat het mengsel duurzaam en gebruiksvriendelijk is. Er wordt ook gewerkt met een vast bitumengehalte en een variabel vulstofgehalte. Omdat deze vulstof veel invloed heeft op de verwerkbaarheid van het mengsel werkt men met een systeem waarbij precies bepaald kan worden hoeveel vulstof bij een bepaalde hoeveelheid bitumen hoort.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 42 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

8. Bevraging 8.1.

Methode bevraging

Voor dit onderzoek is er contact opgenomen met verschillende freesbedrijven en aannemers in BelgiĂŤ en buitenland. Er werden een 90-tal verschillende bedrijven en organisaties gecontacteerd. Door de COVID-19 crisis is er minder reactie als gehoopt. Zes aannemers/freesbedrijven hebben geantwoord net als twee overkoepelende organisaties. Desondanks is toch besloten om deze gegevens te verwerken; ook al geeft dit misschien een vertekend beeld. Bij dit onderzoek werden vragen gesteld om een idee te kunnen vormen wat gedaan wordt met asfaltpuin op de werf of vlak erna. Zo wordt duidelijk of er verbeteringen mogelijk zijn op de werf of in het verwerkingsproces van asfaltpuin. Verder werd om concrete procenten gevraagd zodat er een beeld gevormd kan worden wat betreft de relevantie van bepaalde technieken en methoden. Er zijn totaal 92 partijen aangeschreven om deel te nemen aan de vragenlijst. Slechts twee aannemers, vijf frezers, een overkoepelende organisatie en twee controlerende organen hebben geantwoord. Er zijn verschillende vragenlijsten opgestuurd om gerichtere antwoorden te krijgen.

8.2.

Antwoorden van de open vragen

De aannemers werden gevraagd of freeswerken uitbesteed worden. Beide aannemers geven aan dat freeswerken door derden worden uitgevoerd. Vraag 1: Wanneer wordt welke freestechniek gebruikt en hoe wordt deze afweging gemaakt? Tijdens de ontwerpfase van een project wordt een bepaalde techniek gekozen door de aannemers/ontwerpers. Deze keuze kan echter nog ter plaatse veranderen. Wat een grote rol speelt, is hoeveel materiaal op welke tijdspanne gefreesd moet worden. Deze kerngedachte zat in 100% van de antwoorden. Vraag 2: Wat gebeurt er met het opgebroken asfalt na het frezen? Wordt dit onmiddellijk overgedragen naar de aannemer/asfaltcentrale of worden er door jullie (aannemer of freesbedrijf) nog bewerkingen uitgevoerd? De aannemer beslist wat er met het asfaltpuin gebeurt. Dit kan direct aan een asfaltproducent geleverd worden of kan op de werf tijdelijk opgeslagen worden om nadien weg te brengen. Deze kerngedachte zat in 86% van de antwoorden. Vraag 3: Worden er nog stappen ondernomen om het verpulveren van granulaten tegen te gaan (bv.: warmfrezen, breektechnieken, ‌)? Er worden door frezers geen stappen ondernomen om het verpulveren van granulaten tegen te gaan. Het enige dat een frezer kan doen om verpulvering tegen te gaan, is het aanpassen van het aantal beitels en de rotatiesnelheid van de freestrommel. Sommige aannemers kiezen om zo te frezen dat het asfaltpuin meteen als AG gebruikt kan worden; anderen laten het asfaltpuin in grove stukken affrezen, maar laten dit later nog breken om fijnere fracties in hun AG te bekomen. Aannemers lieten weten dat AG gezeefd wordt en stukken groter dan 40 mm worden verder gebroken. Deze kerngedachte zat in 71% van de antwoorden.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 43 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Vraag 4: Wat zijn volgens u (aannemer of freesbedrijf) de belangrijkste innovaties op vlak van asfaltfreestechnieken in de voorbije 10 jaar? Opvallend is dat bijna iedere frezer betere filters voor motoren en andere milieuverbeteringen aangaf als belangrijkste innovaties. Dit om te mogen frezen in de stadskernen met strenge emissiereguleringen. Andere innovaties waren stofafzuigingsinstallaties op de machines. Hierdoor heeft men de mogelijkheid om op minder geventileerde werven te frezen. Verbetering van de beitels werd ook een aantal keer vermeld, alsook betere monitoringssystemen om de werken en de omgeving te volgen. Deze kerngedachte zat in 67% van de antwoorden. Vraag 5: Welke eigenschappen van het asfaltgranulaat worden door jullie onderzocht? (Specifiek voor aannemers) De belangrijkste en eerste zaak die getest wordt bij het verkrijgen van nieuw AG is het controleren of er geen teer aanwezig is. Als er teer gevonden wordt, mag het AG niet gebruikt worden en zijn volgende testen niet nodig. Vervolgens worden de korrelverdelingen opgemeten en het indringen van bitumen genomen. Deze kerngedachte zat in 100% van de antwoorden. Vraag 6: Bij het frezen komt er een overmatig aandeel aan fijne fractie asfaltgranulaat vrij. Hoe gaan jullie om met dit probleem? Hoe bereiken jullie terug de beoogde korrelcurve? (Specifiek voor aannemers) Als er een te groot aandeel fijne fractie aanwezig is in het AG wordt dit gemengd met grover AG of worden nieuwe grondstoffen toegevoegd om zo de gewenste korrelverdeling te bekomen. Deze kerngedachte zat in 100% van de antwoorden.

8.3.

Verwerking van data

8.3.1. Werkwijze Bij de schriftelijke bevraging werd een vragenlijst gestuurd naar de bedrijven in kwestie. Er werden ook enkele concrete percentages gevraagd zoals: hoeveel (%) welke technieken gebruikt wordt en in welke lagen er gefreesd wordt. Om hiervan een compleet beeld te krijgen werden alle gegevens in Excel verwerkt. Er is beslist percenten te vragen aangezien niet ieder freesbedrijf of aannemer evenveel werken uitvoert. Bij de vragenlijst van de freestechnieken zijn opties gegeven die gecombineerd kunnen worden met elkaar waardoor sommige antwoorden meer als 100% uitkomen.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 44 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

8.3.2. Resultaten Uit de resultaten van de bevragingen zijn er verschillende zaken die opvallen. Het frezen van enkel de toplaag wordt het frequentst uitgevoerd. De reden is dat de toplaag “opgefrist” kan worden als deze symptomen van veroudering begint te vertonen, op voorwaarde dat de onderlaag nog goed is. Als er een voldoende dikke toplaag aanwezig is, kan gekozen worden een dunne laag te frezen waarna er een fijne afwerking aan het oppervlak aangebracht wordt. Als de toplaag niet voldoende dik is, kan deze geheel gefreesd worden en komt er een nieuwe toplaag in de plaats. Gelijktijdig frezen dient om alle asfaltlagen weg te halen van een bestaand wegdek en deze compleet te vervangen. Tot slot is het afzonderlijk frezen van de lagen het minst courant. Deze manier van werken neemt het meeste tijd in beslag omdat het oppervlak in meerdere gangen gefreesd moet worden. Het voordeel hiervan is dat toplagen, waar doorgaans duurdere grondstoffen in verwerkt worden, gescheiden blijven van de onderlagen met lagere kwaliteit materialen. Het tijdverlies is echter doorslaggevender dan het voordeel. De resultaten van deze cijfers zijn te zien in Figuur 16.

FREZEN LAGEN

Afgezonderd frezen 14%

Enkel toplaag 48% Gelijktijdig frezen 38%

Figuur 16: Resultaten frezen in lagen in België.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 45 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Verder werd gevraagd naar de populariteit van alle freestechnieken. Deze resultaten staan in Figuur 17. Profielfrezen is de populairste freesmethode. Frezen met schranklader is de tweede populairste techniek. Die wordt veel gebruikt om kleine oppervlaktes of moeilijk bereikbare locaties te frezen en kan gecombineerd worden met andere technieken. Hierop volgt sloopfrezen. Ook deze methode kan gecombineerd worden met andere technieken. Veel van de genoemde technieken worden door meerdere bedrijven uitgeoefend. Er zijn enkele technieken die slechts door één freesbedrijf gebruikt worden. In onderstaande grafiek staat dat betonfrezen niet (0%) wordt toegepast. De verklaring hiervoor is dat slechts een enkele frezer dit had aangegeven bij de uitgevoerde technieken en het een fractie was ten opzichte van de rest van de uitgevoerde werken.

FREQUENTIE FREESTECHNIEKEN 40,00% 35,83% 35,00% 30,83% 30,00%

26,67%

25,00% 20,00% 15,00%

13,50%

11,67%

10,00%

7,08%

5,00%

2,17%

4,08%

3,67%

4,67%

2,92%

4,17% 0,42%

fre ze S n to Fr ez fv rij en fre m et ze n sc hr an kla de r Cu ne tfr ez en Ko pi ee rfr ez en Fr ee sw ie l Slo op fre Se ze n le ct ie ff re ze n Be to nf re Kl ze ei n n fre es w er k

Fij n

fre z

en

en 3D

lfr ez

Pr of ie

Ba kf re

ze n

0,00%

Figuur 17: Frequentie freestechnieken

Uit deze resultaten is het moeilijk om een conclusie te trekken. Ze geven wel een beeld welke technieken en manieren van werken populair zijn in en rond België. Het kan interessant zijn om extra onderzoek te doen naar de belangrijkste/populairste freestechnieken en methoden bij de productie van fijne fractie bij AG. Zeker wat betreft de resultaten welke laag gefreesd wordt aangezien dit een grote invloed heeft op de fijne fractie en het breken van granulaten.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 46 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

9. Conclusies Vooronderzoek is zeer belangrijk voor de keuze van de freestechniek. Tijd en het te frezen oppervlak zijn belangrijke factoren om zo economisch mogelijk te kunnen werken. Ook zijn er strenge regels opgesteld voor asfaltpuin dat in mengsels gebruikt mag worden. Het AG wordt uitgebreid gecontroleerd door een extern controleorgaan. Uit de resultaten van de bevraging is gebleken dat de fijne fractie van het AG een actueel probleem is. Onderzoek toont aan dat het frezen zorgt voor een extra groot aandeel vulstof. De freestechniek heeft hier echter geen invloed op. De staat van het wegdek, de snelheid van de freesmachine, de rotatiesnelheid van de freestrommel, de freesdiepte, de gebruikte beitels, de lijnafstand van de beitels en de temperatuur zijn wel factoren die de korrelcurve beïnvloeden. De oplossing wordt vaak geboden door het AG grondig te onderzoeken. Door middel van kwaliteitscontroles kan een mengselontwerp gevormd worden dat rekening houdt met het grote aandeel vulstof. Omdat de eigenschappen van de vulstof in AG sterk kunnen verschillen, is dit zeker nuttig. Het onderzoek toont aan dat er in de asfaltcentrales een nieuwe sterke vulstof wordt toegevoegd om de zwakke vulstof te compenseren. De asfaltcentrales voeren geen bewerkingen uit op het AG; er wordt wel rekening gehouden met een overmaat fijne fractie in het mengselontwerp. De vulstof in het mengsel wordt er niet uit gezeefd. In een relevant onderzoek steeg het gehalte aan vulstoffen bij het frezen van een bestrating met een statistisch significante 4,8%. Er wordt steeds meer in verschillende lagen gefreesd. Dit heeft als gevolg dat het bekomen asfaltgranulaat een homogenere korrelverdeling heeft. De kwaliteit van het AG is eenvoudiger te controleren. Omwille van het overmatige gehalte vulstof is de mastiekwerking van het asfaltmengsel zeer belangrijk. De MSI-factor [°C] is een indicatie van de mastiekstijfheid in de fase van het mengselontwerp. Het is een relatieve grootheid die aangeeft hoeveel stijver de mastiek zal zijn, relatief t.o.v. de stijfheid van het bindmiddel op zich. Maar er is een afwijking in vergelijking met de realiteit, omwille van het gehalte eigen vulstof dat zich in het AG bevindt. Om die reden was er de noodzaak om een betere indicator te zoeken. De BcQ-factor (enkel geldig voor AB-4C1 asfaltmengsels) houdt rekening met het gehalte vulstof in het AG; hierdoor vormt deze een betere benadering van de realiteit. Er wordt geprobeerd een zo laag mogelijke BcQ-factor te bekomen zodat het mengsel een hogere verwerkbaarheid heeft en duurzamer is (rafeling, watergevoeligheid en verdichtbaarheid).

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 47 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

10.Erkenningen De auteurs willen meneer Jan Stoop en mevrouw Karolien Couscheir van de faculteit toegepaste ingenieurswetenschappen Universiteit Antwerpen bedanken voor hun bijdrage en het in goede banen leiden van dit project. Uiteraard bedanken wij ook alle aannemers, asfaltcentrales en freesbedrijven die ons respons gaven op onze mails met bevragingen. Graag willen we ook meneer Johan Vanhollebeke (Belasco) en meneer Maurice Derckx (Freesmij) uitgebreid bedanken voor hun hulp. Al deze personen waren van uiterst belang voor het schrijven van dit onderzoek.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 48 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

11.Referenties Books [10]

H. Van de Craen, COLAS Belgium - Basiscursus asfaltverhardingen. COLAS Belgium, 2019.

[11]

W. Van den Bergh, 2-Asfalttechnologie. Antwerpen: Universiteit Antwerpen, 2019.

Journals [2]

Y. Yan, R. Roque, D. Hernando, and G. Lopp, "Development of a new methodology to effectively predict the fracture properties of RAP mixtures," Road Materials and Pavement Design, vol. 18, no. sup4, pp. 372-387, 2017/11/24 2017.

[3]

W. Van Den Bergh and D. Lacaeyse, "Asfaltgranulaat: een kwalitatieve last maar een economische lust?," 2009.

[12]

V. Antunes, A. C. Freire, and J. Neves, "A review on the effect of RAP recycling on bituminous mixtures properties and the viability of multi-recycling," Construction and Building Materials, vol. 211, pp. 453-469, 2019/06/30/ 2019.

[13]

S. Ullah, B. F. Tanyu, and E. J. Hoppe, "Optimizing the Gradation of Fine Processed Reclaimed Asphalt Pavement and Aggregate Blends for Unbound Base Courses," (in English), Transp. Res. Record, Article vol. 2672, no. 52, pp. 57-66, Dec 2018.

[15]

S. Bressi, M. C. Cavalli, M. N. Partl, G. Tebaldi, A. G. Dumont, and L. D. Poulikakos, "Particle clustering phenomena in hot asphalt mixtures with high content of reclaimed asphalt pavements," Construction and Building Materials, vol. 100, pp. 207-217, 2015.

[16]

G. J. Xu, T. Ma, Z. Y. Fang, X. M. Huang, and W. G. Zhang, "The Evaluation Method of Particle Clustering Phenomena in RAP," (in English), Appl. Sci.-Basel, Article vol. 9, no. 3, p. 16, Feb 2019, Art no. 424.

[17]

S. Bressi, A. G. Dumont, and M. N. Partl, "A new laboratory methodology for optimization of mixture design of asphalt concrete containing reclaimed asphalt pavement material," Materials and Structures, vol. 49, no. 12, pp. 4975-4990, Dec 2016.

[18]

W. Mogawer, T. Bennert, J. S. Daniel, R. Bonaquist, A. Austerman, and A. Booshehrian, "Performance characteristics of plant produced high RAP mixtures," Road Materials and Pavement Design, vol. 13, no. sup1, pp. 183-208, 2012/06/01 2012.

[19]

M. Zaumanis, J. Oga, and V. Haritonovs, "How to reduce reclaimed asphalt variability: A fullscale study," Construction and Building Materials, vol. 188, pp. 546-554, 2018/11/10/ 2018.

[22]

F. L. Roberts, P. S. Kandhal, E. R. Brown, D.-Y. Lee, and T. W. Kennedy, "Hot mix asphalt materials, mixture design and construction," 1991.

[23]

M.-C. Liao, J.-S. Chen, and K.-W. Tsou, "Fatigue characteristics of bitumen-filler mastics and asphalt mixtures," Journal of materials in civil engineering, vol. 24, no. 7, pp. 916-923, 2012.

[24]

B. Xing, W. Fan, L. Han, C. Zhuang, C. Qian, and X. Lv, "Effects of filler particle size and ageing on the fatigue behaviour of bituminous mastics," Construction and Building Materials, vol. 230, p. 117052, 2020/01/10/ 2020.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 49 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

[25]

L. S. Johansson and U. Isacsson, "Effect of filler on low temperature physical hardening of bitumen," Construction and Building Materials, vol. 12, no. 8, pp. 463-470, Dec 1998.

[26]

M. van der Ven and E. de Jong, "Vulstof is meer dan vulling," no. TU Delft, Bouwend Nederland, 2013.

[28]

A. Faheem and H. U. Bahia, "Conceptual phenomenological model for interaction of asphalt binders with mineral fillers," Asphalt Paving Technology-Proceedings, vol. 28, p. 679, 2009.

[29]

S. v. d. W. Mohan, A., "Invloed van het type vulstof op de eigenschappen van asfaltmengsels," no. KWS infra Nederland, 2012.

[30]

J. W. H. Oliver, "The Influence of the Binder in RAP on Recycled Asphalt Properties," Road Materials and Pavement Design, vol. 2, no. 3, pp. 311-325, 2001/01/01 2001.

[31]

Y. Yan, R. Roque, C. Cocconcelli, M. Bekoe, and G. Lopp, "Evaluation of cracking performance for polymer-modified asphalt mixtures with high RAP content," Road Materials and Pavement Design, vol. 18, no. sup1, pp. 450-470, 2017/01/27 2017.

[32]

R. Muniandy, E. Aburkaba, and R. Taha, "Effect of mineral filler type and particle size on the engineering properties of stone mastic asphalt pavements," The Journal of Engineering Research [TJER], vol. 10, no. 2, pp. 13-32, 2013.

Standards [4]

TRA 13 (5.0)-Toepassingsreglement COPRO, 2017.

[5]

COPRO, "PTV 813 (3.0) - Technische voorschriften voor asfaltgranulaat voor hergebruik in bitumineuze mengsels," vol. (3.0), 2019.

[14]

COPRO, "Toepassingsreglement voor productcertificatie van asfaltgranulaat voor hergebruik in bitumineuze mengsels onder het COPRO-merk," no. Zellik, Belgie, 2017.

[33]

NBN-EN 1427: Bitumen en bitumineuze bindmiddelen - Bepaling Van het verwekingspunt Ring- en kogelmethode, B. v. normalisatie, 2007.

Thesis [34]

J. Weckx, "Verwerkbaarheid van AB-4C1 asfalt," Professionele Bachelor Bouw, Hogeschool PXL (Tech), 2019.

Government documents [6]

(2019). Standaardbestek 250 v4.1.

[8]

Schade aan Wegverhardingen.

[27]

(2017). Fietspaden, ontwerp en keuze materialen.

Presentations [9]

Freesmij, "Presentatie werking freesrol," 2020.

[20]

VESF, "Granulometry of Milled Asphalt," Europe, 2016.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 50 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Personal communication [21]

J. Vanhollebeke and M. Derckx, "Vergadering met Freesmij (asfaltcentrale)," ed, 2020.

(freesbedrijf) en Belasco

Catalog [1]

Wirtgen. Innovative professional machine offering maximum milling preformance, 2018.

Online [7]

Wikipedia. Pavement milling https://en.wikipedia.org/wiki/Pavement_milling

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

[Online]

Available:

Pagina - 51 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage A: Vragenlijst zoals opgestuurd naar bedrijven Bevraging aannemers: effect van freestechnieken op korrelcurve van AG Deel 1: Asfaltfrezers

Geachte heer/mevrouw Wij zijn studenten industrieel ingenieur bouwkunde aan de Universiteit Antwerpen. Momenteel zijn we bezig met een onderzoek over de invloed van de freestechnieken op de korrelcurve van het asfaltgranulaat. In een eerste fase willen we een overzicht krijgen over de huidige manier van werken. Zou u zo vriendelijk willen zijn om even de tijd te nemen om onderstaande vragen te beantwoorden? Dit zou ons enorm helpen en een grote bijdrage zijn aan ons project. Bij het beantwoorden van de vragen dient u enkel rekening te houden met het affrezen van asfaltwegen, het maken van sleuven voor leidingen e.a. wordt in ons onderzoek buiten beschouwing gelaten. 1. Wanneer gebruiken jullie welke freestechniek? Hoe wordt deze afweging gemaakt? 2. We hebben momenteel weet van volgende freestechnieken, kan u bij elke techniek vermelden hoe groot het procentueel aandeel is van elke techniek bij jullie? Bakfrezen Profiel frezen (met of zonder Road Profiler) 3D frezen Fijnfrezen Stofvrij frezen Asfaltfrezen t.b.v. schranklader Cunetfrezen Kopieerfrezen Freeswiel Sloopfrezen (toplaag + onderlaag) Andere techniek, zoja welke?

% % % % % % % % % % %

3. Wat gebeurt er met het opgebroken asfalt na het frezen? Wordt dit onmiddellijk overgedragen naar de aannemer/asfaltcentrale of worden er door jullie nog bewerkingen uitgevoerd? 4. Worden er door jullie stappen ondernomen om verpulveren van granulaten tegen te gaan (bv.: warmfrezen, breektechnieken, ‌)? Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 52 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

5. Hoeveel procent van jullie werken zijn: Het affrezen van enkel toplaag (onderlaag blijft liggen) Simultaan affrezen van top- en onderlaag Gescheiden affrezen: eerst toplaag en dan onderlaag

% % %

6. Wat zijn volgens u de belangrijkste innovaties op het vlak van asfaltfreestechnieken de laatste 10 jaar? Alle gekregen informatie wordt confidentieel behandeld en wordt enkel gebruikt voor academische doeleinden. Als jullie - naar aanleiding van deze vragen - ons van ervaringen, problemen of extra informatie aangaande freestechnieken en/of gebruik van asfaltgranulaat kunnen voorzien, is dit uiteraard meer dan welkom. Alvast bedankt voor uw tijd en antwoord. Met vriendelijke groeten Claessens Robbe Mihali Christian Van Doninck Jannes Vos Maxim Universiteit Antwerpen Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen T: +32 499 77 78 96 (Vos Maxim)

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 53 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bevraging aannemers: effect van freestechnieken op korrelcurve van AG Deel 2: Aannemers Geachte heer/mevrouw Wij zijn studenten industrieel ingenieur bouwkunde aan de Universiteit Antwerpen. Momenteel zijn we bezig met een onderzoek over de invloed van de freestechnieken op de korrelcurve van het asfaltgranulaat. In een eerste fase willen we inzicht krijgen in de huidige manier van werken. Zou u zo vriendelijk willen zijn om even de tijd te nemen om onderstaande vragen te beantwoorden? Dit zou ons enorm helpen en een grote bijdrage zijn aan ons project. Bij het beantwoorden van de vragen dient u enkel rekening te houden met het affrezen van asfaltwegen, het maken van sleuven voor leidingen e.a. wordt in ons onderzoek buiten beschouwing gelaten. 1. Worden freeswerken intern uitgevoerd? Indien deze worden uitbesteed mag u vraag 2 tot 6 overslaan. 2. Wanneer gebruiken jullie welke freestechniek? Hoe wordt deze afweging gemaakt? 3. We hebben momenteel weet van volgende freestechnieken, kan u bij elke techniek vermelden hoe groot het procentueel aandeel is van elke techniek bij jullie? Bakfrezen Profiel frezen (met of zonder Road Profiler) 3D frezen Fijnfrezen Stofvrij frezen Asfaltfrezen t.b.v. schranklader Cunetfrezen Kopieerfrezen Freeswiel Sloopfrezen (toplaag + onderlaag) Andere techniek, zoja welke?

% % % % % % % % % % %

4. Wat gebeurt er met het opgebroken asfalt na het frezen? Worden er door jullie nog bewerkingen uitgevoerd? 5. Ondernemen jullie stappen om verpulveren van granulaten tegen te gaan (bv.: warmfrezen, breektechnieken, ‌)? Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 54 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

6. Hoeveel procent van jullie werken zijn: Het affrezen van enkel toplaag (onderlaag blijft liggen) Simultaan affrezen van top- en onderlaag Gescheiden affrezen: eerst toplaag en dan onderlaag

% % %

7. Wat zijn volgens u de belangrijkste innovaties op het vlak van asfaltfreestechnieken de laatste 10 jaar? 8. Welke eigenschappen van het asfaltgranulaat worden door jullie onderzocht? Is het mogelijk om deze resultaten met ons te delen? 9. Bij het frezen komt er een overmatig aandeel aan fijne fractie asfaltgranulaat vrij. Hoe gaan jullie om met dit probleem? Hoe bereiken jullie terug de beoogde korrelcurve? Alle gekregen informatie wordt confidentieel behandeld en wordt enkel gebruikt voor academische doeleinden. Als jullie - naar aanleiding van deze vragen - ons van ervaringen, problemen of extra informatie aangaande freestechnieken en/of gebruik van asfaltgranulaat kunnen voorzien, is dit uiteraard meer dan welkom! Alvast bedankt voor uw tijd en antwoord. Met vriendelijke groeten Claessens Robbe Mihali Christian Van Doninck Jannes Vos Maxim Universiteit Antwerpen Faculteit Toegepaste Ingenieurswetenschappen T: +32 499 77 78 96 (Vos Maxim)

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 55 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bevraging aannemers: effect van freestechnieken op korrelcurve van AG Deel 3: Federatie van asfaltfrezers Dear Sir / Madam We are students construction engineering at the University of Antwerp. At the moment we are doing research on the influence of milling techniques on the gradation of reclaimed asphalt (RAP). At first, we want to gain insight in the current way of working. Would you be so kind to take a moment to answer the questions below? This would help us enormously and would be a great contribution to our project. When answering the questions, you only have to take into account the milling of asphalt roads, making trenches for pipes etc. or other materials than asphalt are not included in our project and should not be considered in this survey. 1. Is the organization currently doing research regarding this topic, or has there been in the past? 2. We currently know about the following milling techniques, can you indicate the percentage share of each technique typically used? Bucket milling Profile milling (with or without Road Profiler) 3D milling Fine milling Copy milling Other techniques, if so which ones?

% % % % % %

3. Do you know of steps taken to prevent the pulverization of granulates (e.g.: hot milling, crushing techniques, ...)? 4. In general, what percentage of asphalt pavement milling works are: The milling of a single top layer (bottom layer remains)

%

Simultaneous milling of top and bottom layer

%

Separate milling: first top layer and then bottom layer

%

5. What are the most important innovations in asphalt pavement milling techniques over the last 10 years?

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 56 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

All information received will be treated confidentially and will only be used for academic purposes. If - in response to these questions - you can provide us with experiences, problems or extra information regarding milling techniques and/or the use of asphalt granulate, this is of course more than welcome. Thank you in advance for your time and answer. Kind regards Claessens Robbe Mihali Christian Van Doninck Jannes Vos Maxim University of Antwerp Faculty of Applied Engineering T: +32 499 77 78 96 (Vos Maxim)

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 57 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage B: Herinneringsmail Wegens de lage response door de Corona omstandigheden werd er een vriendelijke reminder gestuurd. Hieronder vindt u de herinneringsmail voor zowel aannemers als frezers. Verstuurd op 25 maart 2020.

Beste Enkele weken geleden nodigden wij u uit om deel te nemen aan een onderzoek over het effect van de freestechnieken op de korrelverdeling van AG. Wij begrijpen dat deze vragenlijst in deze uitzonderlijke periode niet als prioritair werd beschouwd. Aangezien wij voldoende respons dienen te behalen om een representatieve uitkomst te verkrijgen, zouden wij u nogmaals vriendelijk willen verzoeken deze vragenlijst alsnog in te vullen. Uw medewerking wordt dan ook zeer erg op prijs gesteld. U kan deze vragenlijst onderaan terugvinden. Alvast bedankt voor uw medewerking. Met vriendelijke groeten

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 58 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage C: Verslag vergadering Freesmij/Belasco Voor dit onderzoek is er een vergadering georganiseerd met een gespecialiseerd freesbedrijf en een wegenbouwaannemer met asfaltcentrale. Dit verslag kan apart worden teruggevonden als PDFbestand in bijlage.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 59 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage D: Ontvangen resultaten keuringsinstelling De resultaten van de analyses op asfaltgranulaat van de voorbije jaren (van de controlelabo's). Ontvangen op 9 april 2020. Deze zal bijgevoegd worden als Excel-bestand.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 60 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage E: Antwoorden schriftelijke bevraging De onverwerkte resultaten van de schriftelijke bevraging. Zowel Belgische, als buitenlandse bedrijven. Dit overzicht wordt apart toegevoegd als PDF-bestand.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 61 -


4-Wetenschappelijk Project Bouwkunde

Bijlage F: Lijst van aangesproken bedrijven De volledige lijst kan teruggevonden worden als een apart PDF-bestand in bijlage.

Portfolio: De invloed van de freestechniek op de korrelcurve van het asfaltgranulaat Claessens Robbe, Mihali Christian, Van Doninck Jannes, Vos Maxim

Pagina - 62 -


Turn static files into dynamic content formats.

Create a flipbook
Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.