W-DWW-98034
Toepassing van een op volumetrie gebaseerde mengselontwerpmethode.
Jan Voskuilen1 en Gerrit Westera2 ' Dienst Weg- en Waterbouwkunde, Rijkswaterstaat Postbus 5044, 2600 GA Delft 1
KOAC WMD, Sector Onderzoek en Advies Schumanpark 43, 7336 AS Apeldoorn
18 ME11998
Dit is een reprint van een bijdrage aan de C.R.O.W. Wegbouwkundige Werkdagen I998.
W-DWW-98-034
Deze reprints worden uitgegeven om geïnteresseerden de gelegenheid te bieden om van de DWW-bijdragen aan vakbladen, congressen, symposia, workshops e.d. kennis te nemen. Benadrukt wordt dat de gezichtspunten in de reprints niet noodzakelijk overeen behoeven te komen met de officiële gezichtspunten of het beleid van de directeur-generaal van de Rijkswaterstaat. Met de in deze reprints gegeven informatie dient derhalve met de nodige voorzichtigheid te worden omgegaan, aangezien deze mogelijk herzien dient te worden. Het Rijk sluit iedere aansprakelijkheid uit voor schade die uit het gebruik van de in deze reprints opgenomen gegevens mocht voortvloeien.
1 Toepassing van een op volumetrie gebaseerde mengselontwerpmethode. Jan Voskuilen' en Gerrit Westera2 1
Dienst Weg- en Waterbouwkunde, Rijkswaterstaat Postbus 5044, 2600 GA Delft 2 KOACWMD, Sector Onderzoek en Advies Schumanpark 43, 7336 AS Apeldoorn
Samenvatting Voor het ontwerpen van steenslagasfaltbeton met hergebruik van 40% polymeergemodificeerd zoabgranulaat is een op volumetrie gebaseerde mengselontwerpmethode toegepast. De bepaling van de verdichtbaarheid en uitgebreid mechanisch onderzoek vormden een onderdeel van deze experimentele mengselontwerpmethode. De referentiedichtheid is vastgesteld op basis van gyratoronderzoek. Het mengsel is in een proefvak toegepast, waarna samenstelling, verdichtbaarheid en mechanische eigenschappen van het gerealiseerde mengsel zijn gecontroleerd.
Summary An experimental method, based on a volumetrie approach, was used tbr mix design of a crushed stone asphaltic concrete with reuse of 40% polymer modified porous asphalt granulate. An important part of this new mix design method was to determine the compactability and the mechanical properties. The reference density of the mix was determined by gyratory compaction. The mix was applied in a test section. The quality control was carried out by determining the compactability, the mix composition and the mechanical properties of the realised mix.
Inhoud
1.
Inleiding
2.
Probleem- en doelstelling
3.
Aanpak
4.
Volumetrisch ontwerp van een stabmengsel
5.
Gyratoronderzoek
6.
Resultaten volumetrisch mengselontwerp
7.
Productie en verwerking proefvakmengsel
8.
Resultaten onderzoek proefvakmengsel
9.
Discussie
10.
Conclusies en aanbevelingen
1 1.
Stellingen Referenties Bijlage: F-curves
B
I
D
O
C
(bibliotheek en documentatie)
1.
Inleiding
Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044, 2600 GA DELFT Tel. 0 1 5 - 2 5 1 8 363/364
De Directie Oost-Nederland heeft in 1997 op de A12 vervroegd groot onderhoud uitgevoerd als gevolg van de ontstane spoorvorming. Hierbij kwam o.a. met Sealoflex gemodificeerde zeer open asfaltbeton (hierna FMB zoabgranuiaat genoemd) vrij. Het streven van de Directie OostNederland was om overeenkomstig het beleid van het Hoofdkantoor van de Rijkswaterstaat (RWS) oud asfalt zo hoogwaardig mogelijk te hergebruiken. Dit hield in dat. rekening houdend met de door de CROW-werkgroep WM19 [1] opgelegde beperking, bij hergebruik tot 20% PMB zoabgranuiaat het mengselontwerp op basis van het bestaande Marshallyooronderzoek kan worden uitgevoerd. Het beleid van RWS is echter ook om in de toekomst naar zo hoog mogelijke hergebruikspercentages over te gaan. Om hiermee ervaring op te doen is een project uitgevoerd met hergebruik van 40% PMB zoabgranuiaat in steenslagasfaltbeton (stab). Voor het mengselontwerp is hierbij een op volumetrie gebaseerde ontwerpmethode toegepast. Onderzoek naar de verdichtbaarheid met behulp van een gyrator en bepaling van de mechanische eigenschappen maakten deel uit van deze mengselontwerpmethode. De productie en aanleg van het uiteindelijk gekozen proefvakmengsel zijn intensief gevolgd. Uit het proefvak zijn monsters genomen voor onderzoek naar de samenstelling, de bitumeneigenschappen. de verdichtbaarheid en de mechanische eigenschappen van het proefvakmengsel. Voor gedetailleerde informatie betreffende specifieke gegevens van het volumetrisch vooronderzoek en gegevens betreffende de samenstelling en de eigenschappen van het toegepaste proefvakmengsel wordt verwezen naar [2, 8, 10, 11]. 2.
Probleem- en doelstelling
Volgens de aanbeveling van de CROW-werkgroep WM19 mag bij productie van regeneratieasfalt maximaal 20% oud asfalt met gemodificeerd bindmiddel worden toegepast, waarbij het mengselontwerp op basis van Marshallvooronderzoek wordt uitgevoerd. Met een hergebaiik van 40% PMB zoabgranuiaat in stab wordt buiten het ervaringsgebied getreden en laat zich de vraag stellen hoe het mengsel ontworpen moet worden. Derhalve is een experimentele volumetrische mengselontwerpmethode gehanteerd. Een nevendoel is om zoveel mogelijk kennis te ontwikkelen en ervaring op te doen met volumetrisch ontworpen mengsels. Daarom zijn de verdichtbaarheid en de mechanische eigenschappen van zowel de vooronderzoekmengsels als het toegepaste proefvakmengsel uitgebreid onderzocht. 3.
Aanpak
Voor het uitvoeren van het volumetrisch mengselontwerp zijn eerst de toe te passen bouwstoffen bemonsterd: PMB zoabgranuiaat, steenslag, zand, vulstof en bitumen. Van het PMB zoabgranuiaat zijn de samenstelling (korrelverdeling en bitumengehalte), de bitumeneigenschappen (koude terugwinmethode) en de dichtheid van het mineraal en het bitumen bepaald. Van steenslag, zand en vulstof zijn de korrel verdel ing en de dichtheid bepaald. Van het bitumen zijn de penetratie, het verwekingspunt en de dichtheid bepaald. Voor de volumetrische mengselontwerpmethode is de holle ruimte van het toe te passen zandmengsel, bestaande uit teruggewonnen zand uit PMB zoabgranuiaat en nieuw zand, bepaald. Met behulp van al deze gegevens zijn volumetrische berekeningen uitgevoerd ten behoeve van het mengselontwerp. Uiteindelijk heeft dit geresulteerd in drie mengsels met eenzelfde mortelvolume, maar met verschillende bitumen/vulstof-verhoudingen. Op basis van gyratoronderzoek is de verdichtbaarheid onderzocht en is de referentiedichtheid bepaald. Als onderdeel van het vooronderzoek zijn van de drie mengsels het mechanisch spectrum bepaald en is triaxiaal-, wielspoor- en Marshallonderzoek uitgevoerd. Op basis
van de proefresultaten is één mengsel gekozen voor toepassing in het proefvak. Tijdens productie en verwerking is het mengsel kritisch gevolgd. Tevens is van het molengemengde mengsel de verdichtbaarheid bepaald. Na aanleg zijn proefstukken uit het proefvak genomen voor onderzoek. Gecontroleerd werden o.a. samenstelling, bitumeneigenschappen. holle ruimte en verdichtingsgraad. Het onderzoek naar de mechanische eigenschappen bestond uit de bepaiing van het mechanisch spectrum en de vermoeiings- en de vervormingsweerstand. Tenslotte zijn de resultaten van het proefvakmengsel vergeleken met die van het vooronderzoek. 4.
Volumetrisch mengselontwerp van een stabmengsel
Het toe te passen volumetrisch mengselontwerp is gebaseerd op de theorie van P.Verbert [3] voor de zogenaamde zandskeletmengsels. Het te ontwerpen stab is namelijk een zandskeletmengsei. In figuur 1 is een schematische voorstelling gegeven van de volumetrische samenstelling van een zandskeletmengsel. HRstetn
2oruimenb srfect
HR vulstof
HR mengsel
Figuur 1. Schematische voorstelling van de volumetrische samenstelling van een zandskeletmengsel.
De stabiliteit wordt bij deze mengsels verkregen door het korrel-op-korrel contact van zandkorrels. De stenen in dit mengsel raken elkaar niet en leveren daardoor een geringe bijdrage aan de stabiliteit. In een zandskeietmengsel wordt algemeen de mortel als liet bindmiddel beschouwd. Door de interactie van steen en zand ontstaat er in het verdichte steenzandskelet een opruimend effect in de holle ruimte van het steenzandskelet (HR st/zandskelet), die volgens [3] 2% van het steengehalte bedraagt. Een goede vervormingsweerstand van stab wordt verkregen indien het volume aan holle ruimte in het steenzandskelet groter is dan het volume aan mortel. Deze theoretische mate van vulling is te berekenen met de zogenaamde vullingsratio. Indien het volume aan mortel gelijk is aan de beschikbare holle ruimte in het steenzandskelet is de vullingsratio 0%. Is het volume aan mortel kleiner of groter dan de beschikbare holle ruimte in het steenzandskelet, dan is de vullingsratio respectievelijk negatief of positief. De vullingsratio is als volgt gedefinieerd: vullingsratio =
volume
mortel
~ HR HR st/zandskelet
(1)
waarin het volume aan mortel wordt berekend als: volume mortel =
massa
% bitumen
dichtheid bitumen
massa +
%
vulsto
f dichtheid vulstof
en waarin de beschikbare holle ruimte in het steenzandskelet wordt berekend als:
(2)
massa % zand * HR zandskelet (100 - HR zandskelet) * dichtheid zand
HR st/zandskelet =
0,02 * massa % st (3)
Door een bepaalde vuüingsratio aan te nemen kan het volume aan mortel als volgt worden berekend: Volume mortel = (
(4)
+ 1) * HR st/zandskelet
Uitgaande van [4] (aansluitend bij ervaringsgebied), waarin staat dat voor stab 0/22 verkeersklasse 5 het gewenste bitumengehalte mag variëren tussen 4 en 5 % (m/m), zijn 3 vulstof/biturnen volumeverhoudingen berekend, waarbij het bitumengehalte op 100% mineraal 4, 4,5 en 5% (m/m) bedroeg. De hoeveelheid vulstof wordt als volgt berekend: nt
i
*
,
i
i
massa % bitumen.
massa % vulstof = {volume mortel -
,. , , .,
,
s
) * dichtheid vulstof
(S\
(•>)
dichtheid bitumen Opmerkingen: - Formule 5 is versimpeld weergegeven. In werkelijkheid is gerekend met een vast vulstofvolume, waarbij rekening is gehouden met de reeds in het PMB zoabgranulaat aanwezige vulstof en met de toe te voegen hoeveelheid nieuwe vulstof met verschillende dichtheden. - Uitgangspunt voor de gradering van stab is de gemiddelde samenstelling uit [4]. - De basis voor de volumetrische mengselberekeningen is de bepaling van de holle ruimte van het zandskelet. Deze wordt bepaald met behulp van de stampvolumemeter volgens Engelsmann (Standaard RAW Bepalingen 1995 proef 112) met afwijking van de volgende proefcondities: de te beproeven hoeveelheid zand bedraagt 200 g, er wordt zonder bovenbelasting (stempel) verdicht en er wordt tot 100.000 slagen verdicht. Deze theoretische optimale verdichting van het zandskelet treedt in de praktijk niet op. De verdichting van het zandskelet bepaald met behulp van de standaard Marshall verdichting met 2 * 50 slagen komt volgens P.Verbert [3] overeen met 4000 slagen Engelsmannverdichting (zie figuur 2).
holle ruimte in zand
verdichting zandskelet met standaard Marshallverdichting (2 * 50 slagen) komt overeen met 4000 slagen Engelsmann
10
20
30 40 50 aantal slagen * 1000
60
70
80
90
100
Figuur 2. Voorbeeld van een zandverdichting m.b.v. de stampvolumemeter volgens Engelsmann.
- Bedacht moet worden dat de vullingsratio is gebaseerd op de optimale verdichting van het zandskelet (HR Engelsmann) en dat de vullingsgraad is gebaseerd op de niet optimale
verdichting van het zandskelet (Marshallverdichting van het totale asfaltmengsel). - Indien voor de praktijkverdichting de referentiedichtheid met behulp van Marshaliverdichting wordt bepaald, kan mogelijk als gevolg van zware verkeersbelasting en/of hoge asfalttemperaturen naverdichting in het zandskelet optreden. Daardoor zal er minder ruimte ontstaan voor het volume aan mortel, waardoor overvuliing en daardoor .spoorvorming kan optreden. Voor de bepaling van de referentiedichtheid in dit onderzoek is gekozen voor een betere verdichtingsmethode dan de Marshallverdichting nl.'de gyratorverdichting. - Voor het berekenen van het volume aan mortel is in formule 4 een vaste vullingsratio ingevuld. In 1996 heeft de DWW een onderzoek uitgevoerd naar het vermoeiingsgedrag van stab in vergelijking met grindasfaltbeton [5]. Van een aantal in de praktijk goed acterende stabmengsels van dit project is de gemiddelde vullingsratio berekend. Op basis hiervan is ais uitgangspunt voor de volumetrische berekeningen een vaste vullingsratio van -10 % (v/v) gekozen. Deze negatieve vullingsratio houdt in dat bij de hoogst haalbare verdichting het mengsel nooit overvuld kan raken. - Tenslotte wordt t.b.v. de duurzaamheid een.controle uitgeoefend op de bitumenfilmdikte. Op basis van bitumenfilmdikte-berekeningen aan een aantal goed acterende stabmengsels [uit 5] met behulp van het DWW-programma BITFILM [6] is een eis geformuleerd voor de minimale bitumenfilmdikte. Deze is gesteld op minimaal 4,3 urn. Bij het niet voldoen aan deze eis dient - de aggregaat samenstelling zodanig te worden aangepast dat aan de eis voldaan kan worden. 5.
Gyratoronderzoek
Bepaling verdichtbaarheid Omdat het onbekend was of de volumetrisch ontworpen mengsels in de praktijk goed verdichtbaar zouden zijn. vormde de bepaling hiervan een onderdeel van het mengselontwerp. Een standaardproef ter bepaling van de verdichtbaarheid is niet voor handen. Daar in dit onderzoek met de gyrator de referentiedichtheid wordt bepaald, is op basis van deze verdichtingsmethode een methode ontwikkeld om de verdichtbaarheid te kwantificeren. Hiertoe zijn de verdichtingskarakteristieken (zie figuur 3 als voorbeeld) van de drie volumetrisch ontworpen mengsels bepaald. De dichtheidstoename (ÓD) 7c - 400 J als functie van het aantal omwentelingen (N), de verdichtingscurve, wordt benaderd met de formule: ÖD =
B + C * Ny
(6)
A. B en C zijn fitparameters. Bij nadering van N tot oneindig, nadert omwentelingen gyrator N ÜD tot de limietwaarde l/C. Omdat 400 300 deze waarde niet bereikt kan worden, is arbitrair vastgesteld dat het aantal Figuur 3. Voorbeeld van een verdichtingscurve. omwentelingen waarbij de helft van de limietwaarde wordt bereikt (ÜD = I/2C), een maat is voor de verdichtbaarheid van het asfaltmengsel. De begindichtheid (D(l) is van invloed op de uitkomst van deze parameter. Het is echter mogelijk om naar eenzelfde begindichtheid [7] te rekenen. Om de verkregen resultaten te kunnen toetsen zijn de mengselkarakteristieken van in de praktijk goed verdichtbare stabmengsels uit [5] bepaald. De verdichtingsresultaten in dit onderzoek konden op deze wijze worden getoetst. Goed verdichtbare mengsels
8 Tabel 2. Resultaten verdichtbaarheids- en mechanisch onderzoek van vooronderzoekmengsels. Onderzoek
Parameter
mengsel 1
mengsel 2
mengsel 3
eenheid
4-nuntsbuigproef (9,8Hz, 20°C)
SdyB fasehoek
8092 21,5
7533 23,7
8360 23.7
MPa
Triaxiaalproef c v =0,75 MPa c, =0,15 MPa
de/dt
0,14
0,17
0.21
|j m/m/s
8080
10020
15790
pm/m
0,3
0,3
0,8
%
13470 3,1 4400 2340 6,5 58
11450 3,0 3860 2351 5,4 64
15130 3,3 4590 2406 3.3 77
N mm N/mm kg/m' % v/v % v/v
11,2
8,3
5,3
omw.gyr.
Wielspoorproef 0,52 Hz a=0,5 MPa Marshall op boorkernen uit plaat (60°C)
Verdichtbaarheid
7.
£
o
(N=72(X»
(40 °C) £
(N=IE5)
(40 °C) Pm Fm Qm Dp HR Vul.gr.
A
VI
Productie en verwerking proefvakmengsel
Voor achtergrondinformatie betreffende productie en verwerking wordt verwezen naar [9]. Voor de verdichting van het proefvak is een bandenwals ingezet. Voor het bepalen van de verdichtbaarheid zijn tijdens de aanleg van het proefvak monsters uit de hopper genomen. Twee monsters zijn in geïsoleerde luchtdicht afgesloten blikken naar het laboratorium vervoerd om met behulp van de gyrator de verdichtbaarheid in duplo vast te stellen. Uit de resultaten van dit onderzoek (gemiddelde waarde voor 1/2C is 7,8 gyratoromwentelingen en referentiedichtheid 2385 kg/m3 [10]) blijkt dat de verdichtbaarheid en de referentiedichtheid goed overeenkomen met die van het vooronderzoekmengsel. 8.
Resultaten onderzoek proefvakmengsel
Samenstelling, bitumeneigenschappen en mengseleigenschappen Voor onderzoek zijn op 3 locaties monsters uit het proefvak genomen. In tabel 3 zijn de resultaten gegeven van het onderzoek naar samenstelling, verdichtingsgraad en bitumeneigenschappen. Per locatie zijn 4 monsters onderzocht. Op zeef C 22,4 is geen materiaal teruggevonden. Uit de hoge standaarddeviaties van de samenstelling van het mengsel uit locatie 1 valt af te leiden dat vermoedelijk ontmenging heeft plaats gevonden. Wordt het proefvakmengsel met het vooronderzoekmengsel vergeleken, dan valt op dat er gemiddeld 0,9% te weinig vulstof en gemiddeld 0,3% te weinig bitumen is teruggevonden. De verdichtingsgraad, met Marshallverdichting als referentie, is zoals verwacht voldoende. Tevens valt op dat het teruggewonnen bitumen sterker is verouderd dan verwacht op basis van mengregelberekeningen. De berekende penetratie is 39 10'mm en de gerealiseerde penetratie is
7 bereiken, voor een begindichtheid van 2033 kg/m 3 , de waarde van I/2C tussen de 4.7 en 11,3 gyratoromwentelingen.
Bepaling referentiedichtheid De referentiedichtheid voor het maken van proefstukkken en voor de praktijkverdichting is vastgesteld met behulp van de gyratorverdichting. Deze is gesteld op 98% van de theoretisch haalbare maximale verdichting (Do + l/C), omdat hiervan bekend is dat deze verdichting zwaarder is dan 100% Marshall verdichting (2 * 50 slagen). 6.
Resultaten volumetrisch mengselontwerp
Volumetrische berekeningen Toepassing van de ontwerpmethode levert een drietal mengsels op waarvan in tabel I de samenstelling in massaprocenten is gegeven. Deze mengsels hebben als kenmerk dat het mortel volume constant blijft (6,99% v/v) en de vullingsratio -10% (v/v) bedraagt. De bitumenfilmdiktes zijn berekend met [6]. De berekende penetratie van het bitumen in het mengsel was 39 10''mm. Tabel 1. Samenstelling stab 0/22 mengsels met 40% PMB zoabgranulaat en bitumenfilmdikte. % (m/m) op zeef
mengsel 1
mengsel 2
mengsel 3
C 22,4 C N.2 2 mm 63 um
3,0 27,5 57,0 92,0
3,0 27,5 57,0 93,2
3,0 27,5 57.0 94,5
% (m/m) bitumen "op"
4,0
4,5
5,0
bitumenfilmdikte (um)
4,2
5,1
6,1
Eigenschappen volumetrisch ontworpen mengsels Om een mengselkeuze te kunnen maken voor het proefvak is van de 3 mengsels uit tabel 1 de verdichtbaarheid onderzocht, de referentiedichtheid bepaald en zijn mengsels mechanisch gekarakteriseerd door middel van de cyclische triaxiaal- (Gh=statisch. av=blokpuls 0,2 seconden belast en 0,8 seconden rust), de wielspoor-, de dynamische vierpuntsbuig- en de Marshallproef. Voor mechanisch onderzoek is van elk van de drie mengsels een asfaltplaat gemaakt waaruit proefstukken zijn gezaagd en geboord. Het principe van het platen maken is een tevoren berekende massa van het mengsel in een vaste inhoud van de verdichtingsmal aan te brengen (te verdichten met een handwals), resulterend in een dichtheid die zo goed mogelijk met de referentiedichtheid overeen komt. Het is niet gelukt om deze referentiedichtheid te halen. Gemiddeld is 98,8% van de beoogde referentiedichtheid gehaald. In tabel 2 zijn de resultaten gegeven van het onderzoek naar de verdichtbaarheid en het onderzoek naar de mechanische eigenschappen. De referentiedichtheid van het proefvakmengsel bedroeg 2388 kg/nr. Keuze mengsel voor proefvak De beoordeling is gedaan door het cijfer 1 (beste eigenschap), 2 of 3 toe te kennen aan een gemeten eigenschap. In het geval de mengsels gelijkwaardig zijn is het gemiddelde rangnummer toegekend. De uitkomst van deze ranking luidt: mengsel I - 10.5; mengsel 2 - 8.5: mengsel 3 II. Er is dus een voorkeur voor mengsel 2, waarbij dit mengsel tevens voldoet aan de Marshalleisen en dus in principe een goedgekeurd mengsel zou zijn volgens [4] met de restrictie dat de proefstukvervaardiging niet overeenkomstig [4] is uitgevoerd.
B
I
D
O
C
(bibliotheek en documentatie) Dienst Weg- en Waterbouwkunde Postbus 5044, 2600 CA DELFT Tel. 0 1 5 - 2 5 1 8 363/364
20"'mm. Voor deze sterkere veroudering van het bitumen is geen verklaring gevonden. Tabel 3. Resultaten van onderzoek naar de mengselsamenstelling, verdichtingsgraad en bitumeneigenschappen. % (m/m) op zeef
locatie 1 gem. s
locatie 2 gem. s
locatie gem. s
gemiddeld gem. s
25,6 59,3 94,3
6,5 6,0 0,4
23,0 55,1 94,0
1,5 1,7 0,2
24,5 58,1 94,1
0,6 0,4 0.2
24,4 57,5 94 J
3.7 3,8 0.3
% (m/m) bitumen "op"
4,0
0,5
4,3
0,1
4,3
0,1
4,2
0,3
verdichtingsgraad t.o.v. Marshallverdichting
101,7 1,5
99,3
0,8
100,7 0,8
100,6 1,4
19,5 68,5
19,5 67,0
2,1 1,4
21,0 67,3
20,0 67,6
.C 11,2 2 mm 63 (jm
Bitumeneigenschappen penetratie
2,1 3,5
1,4 2,5
U 2.2
Mechanische eigenschappen proefvakmengsel Het proefvakmengsel is mechanisch gekarakteriseerd door het uitvoeren van wielspoor-, vermoeiings- en statisch kruiponderzoek. Het doel van het onderzoek is deze eigenschappen van het proefvakmengsel vast te leggen en waar mogelijk te vergelijken met de eigenschappen die in de ontwerpfase zijn bepaald. In tabel 4 en in figuur 4 van de bijlage zijn de resultaten van het mechanisch onderzoek van het proefvakmengsel weergegeven. Voor meer informatie wordt verwezen naar [11]. Tabel 4. Resultaten mechanisch onderzoek proefvakmengsel. eigenschappen
locatie 1
locatie 2
locatie 3
gemiddelde + s
Statische kruip: Smix (MPa) rel.vervorming (%)
n=3 15,5 (s=0,9) 0,65 (s=0,04)
n=3 16,9 (s=0,2) 0,59 (s=0,00)
n=3 21,5 (s=l,4) 0,47 (s=0,03
n=9 18,0 (s=2,8) 0,57 (s=0,08)
Wielspoorproeven: rel.vervorming (%)
n=3 0,5 (s=0,l)
n=3 0,5 (s=0,2)
n=3 0 3 (s=0,0)
n=9 0,4 (s=0,16)
n=4 10344 17,5
n=2 8867 19,1
n=2 10982 18,6
n=8 10134 (s=900) 18,2 (s=0,7)
4-puntshuigproef: Sdvn (MPa) 9,9 Hz, 20°C fasehoek (°)
Uit de resultaten.van het mechanisch onderzoek kan worden afgeleid dat: het proefvakmengsel een duidelijk hogere dynamische stijfheidsmodulus en lagere fasehoek heeft dan het ontwerpmengsel; het wielspooronderzoek op het proefvakmengsel een zeer goede weerstand tegen vervorming te zien geeft, wat overeenstemt met de resultaten van het ontwerpmengsel; ook de resultaten van statisch kruiponderzoek een hoge weerstand tegen permanente
10 vervorming te zien geven die overeenstemmen met de resultaten van het ontwerpmengsel (cyclische triaxiaalproeven); bij de toetsing van de uitkomsten van het wielspoor- en kruiponderzoek aan eisen voor grindasfaltbeton [13], het proefvakmengsel ruimschoots voldoet: de vermoeiingseigenschappen van het proefvakmengsel gelijkwaardig ot' beter zijn dan die van het gemiddelde vab de 7 stab-mengsels uit het DWW-project F/CURV/STAB [5]. 9.
Discussie
Volumetrisch mengselontwerp De toegepaste experimentele volumetrische mengselontwerpmethode is gebaseerd op de door P.Verbert [3] ontwikkelde theorie. Hierbij kunnen de volgende vragen worden gesteld: Ligt de bovengrens van de mortel bij 63 um? Welke minimum en maximum eisen moeten er worden gesteld aan de vullingsratio van de diverse asfaltmengsels? Wat is de invloed van de korrelvorm (steen en zand) op de vervormingsweerstand? Is de (droge) holle ruimte Engelsmann-verdichting voor zand optimaal? Wat is de invloed van de mortelstijfheid en het hechtvermogen van bitumen op de vervorming? Hoe nauwkeurig wordt het opruimend effect van steen in het steenzandskelet berekend? Hoe robuust is de methode rekening houdend met de "constantheid" van de bouwstofeigenschappen en de nauwkeurigheid van doseren? Dit is belangrijk bij hoge percentages hergebruik. Referentiedichtheid Zowel bij de plaatverdichting van het vooronderzoek als bij de praktijkverdichting (bandenwals) is de arbitrair gekozen referentiedichtheid (98% van Do + l/C) niet gehaald. Hieruit kan worden afgeleid dat deze referentiedichtheid te hoog is gekozen. Indien de verdichtingsgraad van het proefvakmengsel wordt berekend met de op 100% gestelde plaatverdichting van het vooronderzoek dan is de verdichtingsgraad 99,6%, wat inhoudt dat de laboratorium- en praktijkverdichting met elkaar overeenstemmen. Belangrijk is dat een goed ontworpen mengsel ook goed wordt verdicht. Indien volumetrisch ontworpen mengsels tot een te lage referentiedichtheid worden verdicht, neemt de vervormingsweerstand af. Samenstelling proefvakmengsel Doordat zowel het vulstof- als het bitumengehalte afwijken van het mengselontwerp, is het volume aan mortel niet in overeenstemming met het ontwerp, wat consequentie heeft voor de mate van vulling van het proefvakmengsel. Op uit het proefvakmengsel teruggewonnen zand is de holle ruimte Engelsmann bepaald. De m.b.v. deze gegevens berekende vullingsratio van het proefvakmengsel bedroeg -25%. Dit houdt in dat het proefvakmengsel nog meer ondervuld is dan het ontweipmengsel (vullingsratio -10%). Deze lagere vullingsratio heeft vooralsnog geen negatieve effecten voor het proefvakmengsel opgeleverd gezien de zeer goede vervormings- en goede vermoeiingsweerstand van het proefvakmengsel. Controle op de bitumenfilmdikte van het proefvakmengsel leerde dat dit overeen kwam met het ontwerp. Eigenschappen van het proefvakmengsel De vraag is of de zeer goede vervormings- en goede vermoeiingsweerstand van het mengsel zijn te verklaren uit het feit dat het mengsel volumetrisch is ontwoipen. Vast staat dat met deze toegepaste volumetrische mengselontwerpmethode, in tegenstelling tot het Marshal Ivooronderzoek [12], met zekerheid ondervulde mengsels worden ontworpen. Ook het eisen van een minimale bitumenfilmdikte geeft enige zekerheid over de duurzaamheid. Of de goede mechanische eigenschappen alleen hieraan zijn toe te schrijven is de vraag. Andere invloedsfactoren zijn: - aanwezigheid van polymeer in PMB zoabgranulaat - hergebruik van oud asfalt (reeds lang omhuld met bitumen)
11 - het proefvakmengsel bevat een gedeelte brekerzand uit PMB zoabgranulaat - de lage penetratie van het bitumen van het proefvakmengsel - de vulstof bestaat gedeeltelijk uit middelsoort vulstof met hydroxide Mogelijk speelt een combinatie van deze factoren een rol. 10.
Conclusies en aanbevelingen
1. De toegepaste volumetrisch mengselontwerpmethode biedt perspectieven om duurzame stabmengsels te ontwerpen met zowel goede vervormings- als goede vermoeiingseigenschappen. De methode zal verder ontwikkeld moeten worden en er zal ervaring mee moeten worden . opgedaan. Het mechanisch onderzoek kan bij zowel het vooronderzoek als de eindcontrole beperkter worden uitgevoerd. 2. Het bepalen van de verdichtbaarheid m.b.v. gyratoronderzoek is een goed hulpmiddel gebleken om de verdichtbaarheid vast te stellen. 3. De gekozen referentiedichtheid (o.b.v. gyrator) bleek te hoog te zijn voor zowel laboratorium- als praktijkverdichting. Er zal onderzoek moeten worden gedaan naar een betere verdichtingsmethode dan de Marshallverdichting om de referentiedichtheid vast te stellen. 11.
Stellingen
1. Oude waarheden worden weer actueel! Met volumetrie is het mengselontwerp begonnen. 2. Voorkomen is beter dan genezen! Voorkom mislukkingen in het Marshall-vooronderzoek door de mengsels volumetrisch te controleren op de mate van vulling. 3. Goed ontworpen mengsels, met een te lage referentiedichtheid. acteren slecht. Referenties [I] CROW publicatie 104. Gemodificeerd bitumen. [2] H.A.Verburg en J.L.M.Voskuilen, Hergebruik van hoge percentages PMB-zoabgranulaat mogelijk of onmogelijk, de technische, arbo- en milieuhygiënische aspecten nader belicht, DWW-rapport W-DWW-98-13 . [3] P.Verbert, Invloed van de vullingsgraad op de weerstand tegen het vervormen van asfaltmengsels (zandskeletmengsels), Bitumeninfo 37/1979. [4] CROW Standaard RAW Bepalingen 1995. [5] F.van Gogh et al, Covernota van het project vermoeiingseigenschappen steenslagasfaltbeton (F/CURV/STAB), DWW-rapport IR-R-96-064. [6] J.J.Lugtigheid, Beschrijving van het programma BITFILM, DWW-notitie IB-N-98-06 [7] S.G.van der Kreeft en G.E.Westera, Over Verdichten, rapporten IV en V, Laboratorium "Twello". [8] G.E.Westera, Hergebruik polymeergemodificeerd zoabasfaltgranulaat in steenslagasfaltbeton, DWW-rapport IR-R-97-068. [9] RJ.van Gent, Aanleg proefvak met 40% PMB zoabgranulaat in stab op 9 juni 1997 op de A 50 nabij Terlet, DWW-notitie IR-N-98-014. [10] G.E.Westera, Verdichtbaarheid van steenslagasfaltbeton met 40% zoabgranulaat, KOAC-rapportnr. 97.0310. [II] G.E.Westera, Mechanisch onderzoek van steenslagasfaltbeton met 40% zoab-asfaltgranulaat, KOAC-rapportnr. 97.0318. [12] J.L.M.Voskuilen, Oorzaken van spoorvorming in de directie Oost-Nederland, DWW-rapport W-DWW-97-063. [13] Suppletiebestand RWS, versie november 1992.
12 Bijlage
Bespreking F-cwven De getrokken lijnen in figuur 4 hebben betrekking op de (gemiddelde) vermoeiingsresultaten van 5 stabmengsels uit [5]. De getrokken lijnen voor de toelaatbare rek voor I04. IO\ I0'1. I07 en I08 lastherhalingen zijn afhankelijk van de stijfheid. Vergelijking van de data geeft aan dat bij 104, 10'1 en 106 lastherhalingen stab met 40% PMB zoabgranulaat (eps) een grotere toelaatbare rek heeft bij een bepaalde stijfheid dan het conventionele stab. Behalve dat dit mengsel nagenoeg geen vervorming liet zien in de wielspoorproef, blijkt dat het proefvakmengsel vergelijkbare of zelfs betere vermoeiingseigenschappen bezit dan het conventionele stabinengsel.
vermoailng sealoflex 1000
1
1
i
j 11
j
| i 1
—i
i—_
1
—-i
i : 100'
•
|1
i1 i •*—. •— ~«
*—i•—-i t—i
•-(
1—1
• + + +4+++-H-- l
s— 1
* " i s=j
i 1
T
i i 1 1
;
i '-S3 ^-( iimnjür-;;;;';
"*~
eps 5
A
aps7
;
eps6
i
toolaach ixo cok {urn/ml
ep38
Figuur 4. F-curves stab met 40% PMB zoabgranulaat in vergelijking met de gemiddelde F-curves van goedgekeurde conventionele stabmengsels uit [5].
