Functionele eigenschappen van bindmiddelen en asfaltmengsels: Sessies 1, 3 en 4 van Symposium Bitumen en Asfalt, Benelux Bitume, 14 november 1996

A

3

Rijkswaterstaat

Diensl Wee ^r A/aterbouwkuncff Helft archie -itai le ''V^iterhi.iiw

Maatschappelijke Zetel • Siège Social Streekbaan 196-1800 Vilvoorde - België Tel. (0032)2/2670041 -Fax(0032)2/267 1289

Zetel NedeHand

Symposium 'BITUMEN en ASFALT'

14 november 1996 - Amersfoort

SESSIE 1

INVLOED VAN BINDMIDDELEIGENSCHAPPEN OP DE PRESTATIES VAN ASFALTMENGSELS

door VANELSTRAETE ANN, FRANCKEN LOUIS, REYNAERT* RENE Opzoekingscenirum voor de Wegenbouw

'Departement Leefmilieu en Infrastructuur van de Vlaamse Gemeenschap BELGIË

INLEIDING

In deze bijdrage worden de mechanische prestaties (modulussen, weerstand tegen scheurvorming door vermoeiing en tegen blijvende vervorming) van verschillende asfaltmengsels - zelfde samenstelling, maar ander bindmiddel - vergeleken. Onderzocht werd of deze prestaties volgens de SHRP-aanbevelingen kunnen worden voorspeld uit de reologische eigenschappen van het bindmiddel zelf.

MENGSELSAMENSTELLING EN PROEFVOORWAARDEN

De proefondervindelijke studie werd verricht op vijf dichte asfaltbetonmengsels van dezelfde samenstelling, maar met verschillende soorten van bindmiddelen : twee klassieke bitumina (penetratieklassen 50/60 en 50/70), het bitumen pen. 50/70 met Trinidad, het bitumen pen. 50/70 met gilsoniet en een Multigradebitumen pen. 60/70. De kenmerken van deze bindmiddelen staan vermeld in tabel 1 en die van de mengsels in tabe! 2.

Tabel 1 : Basiskenmerken van de bindmiddelen, bepaald door het Departement Leefmilieu en Infrastructuur van het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap.

Bindmiddel 50/60 50/70 60/70 Muitigrade 50/70 + Trinidad 50/70 + gilsoniet Voor de RIFOT Penetratie (0,1 mm) 52 55 60 40 19

Ring & Kogel

CC) 50 49 59 53 65 Breekpunt volgens Fraass CC) -13 -13 -22 -13 -5 Viscositeit bij 135 "C {vamVs) 485 470 1405 579 1518 Na de 1 Rl'FOT Penetratie (0,1 mm) 34

35 1

40 -13 1

Tabel 2 : Kenmerken van de asfaltmengsels, bepaald door het Departement Leefmilieu en Infrastructuur van het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap.

Bindmiddel : type en % (aggregaten = 100 %) % vulstof ( < 80 firn) % zand (80 /im < < 2 mm) 1 % steen ( > 2 mm) % holle ruimte (Marshallverdichting) Marshallstabiliteit (N) Marshailvloei (mm) 1 A 50/60 6 % 10,1 33,0 56,9 3,2 14020 2,8 B 50/70 6 % 9.7 34.0 56.3 3,4 12720

2,8

1

C Muitigrade 6 % 9.6 34,1 56,3 4,0 12310

2,9

1

D 5,2 % 50/70 + 1,5 % Trinidad (0,7 % minder vulstof) 9,7 34,1 56,2 3,3

12500 1

3,5 1

E 5,2 % 50/70 + 0,8 % gilsoniet

9.6 1

34,8 1

55,6 1

3,9

18470 1

2,9 1

Op de bindmiddelen en de mengsels werden verscheidene mechanische proeven verricht. Tabel 3 geeft een overzicht van het proevenprogramma en de proefvoorwaarden.

Tabel 3 : Overzicht van het proevenprogramma.

Soort van proef

pp het bindmiddel : - . - ' ^ complexe modulussen E* en q* voor de RTFOT (1) \ complexe modulussen E* en G* na de RIFOT (2) Op het mengsel : p complexe E*-modulussen door tweepuntsbuiging (1) \ vermoeiing door tweepuntsbuiging (1)

\ blijvende vervorming door

iierhaalde triaxiale belasting (1)

\ blijvende vervorming in de

LCPC-verkeerssimulator (2)

Temperatuur

tussen 25 en 50 °C (voor G*) tussen -30 en 25 °C (voor E*)

tussen 25 en 50 °C (voor G*) tussen -30 en 25 "C (voor E*)

-20, -10,0, 10. 20,30"'C 15 ' C 40 "Z 40 "C Frequentie nissen 5 en 250Hz tussen 5 en 250Hz nissen 1 en 90 Hz 30 Hz 2Hz 2 Hz (2 wielover-gangen/seconde) Overige 1 proefvoorwaarden afschuiving nissen cilinders (G*) trek-samendrukking (E*) afschuiving tussen cilinders (G*) treksamendrukking (E*) voorgeschreven spanning ffo = 0-36 MPa ff, = 0,35 MPa ff3 = 0,10 MPa ; I I I I -> ;__ '_

(T5 uitgevoerd door het Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw.

(2) uitgevoerd door het Departement Leefmilieu en Infrastructuur van het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap.

PROEFRESULTATEN EN BESPREKING

Complexe modulus van rip hinHmiddelen voor en na de RTFOT

De figuren 1 en 2 tonen de isochronen voor de norm van de complexe modulus |E*| van de bindmiddelen voor en na de RTFOT (Rolling Thin-Film Oven Test). Zij zijn afgeleid uit reologische metingen bij verschillende temperaoiren (üissen -30 en 50 °C) en frequenties (tussen 5 en 250 Hz), waarbij het principe van de equivalentie nissen temperatuur en frequentie werd toegepast [1]. Metingen op het bindmiddel van het mengsel met Trinidad hebben geen betekenis, wegens het hoge vulstofgehalte van Trinidad. Voor de duidelijkheid zijn slechts drie van de vier bindmiddelen weergegeven ; de resultaten voor het bimmen 50/60 zijn vergelijkbaar met die voor het bimmen 50/70. Een en ander leidt tot de volgende conclusies :

- De resultaten voor de klassieke bindmiddelen pen. 50/60 en 50/70 zijn vergelijkbaar. Dit is in overeenstemming met de resultaten voor de basiskenmerken (tabel 1).

- Bij temperamren boven nul ligt de norm van de complexe modulus van het bindmiddel 50/70 met gilsoniet hoger dan bij de overige bindmiddelen. Dit effect wordt groter naarmate de temperamur toeneemt en is na de RTFOT nog duidelijker merkbaar (figuur 2).

- Voor het Multigradebitumen is een kleinere norm van de modulus gevonden dan bij de overige bindmiddelen. Dit effect is duidelijker na de RTFOT, vooral doordat na deze proef de IE I -modulus van het Multigradebimmen bij lage temperatuur sterk afneemt - wat bij de overige bindmiddelen niet is waargenomen (zie figuur 1).

- De fasehoek bij hoge temperamren (rechterdeel van figuur 2, met grote faseverschuivingen) is bij het Multigradebimmen veel kleiner dan bij de overige bindmiddelen.

Waarden van de complexe modulus bij specifieke temperaturen en frequenties volgen verder in deze biidraee fzie tabel 6).

E* I (MPa) 10000 • OTffOCTV/WO lOOOi 1. 2. 3. 4. 5. 6.

50/70 binder before RTFOT 50/70 binder after RTFOT

50/70 with Gilsonite before RTFOT 50/70 with Gilsonite after RTFOT 60/70 Muitigrade before RTFOT 60/70 Muitigrade after RTFOT

-15 O 10 20 30

T CC)

Figuur 1 : Isochronen bij 27 Hz van ae norm |E*| van de complexe modulus van drie verschillende bindmiddelen voor en na de RTFOT.

E* ' (MPa) 10000 I crm-ocwi, 1000- 100- 10-o.t 0.0t before after RTFOT • j • 50/70 + Gilsonite

* I * 50/70

• ! « Muitigrade 60/70 20 30 40 50 Phase (°) 60 70 80 90

Figuur 2 : Diagram van Black voor het bitumen 50/70, het Multigradebitumen en het bindmiddel 50/70 met gilsoniet, voor en na de RTFOT.

Complexe modulus van de mengsels

Figuur 3 geeft de isochronen bij 27 Hz voor de vijf bitumineuze mengsels. Deze isochronen zijn afgeleid uit de resultaten van tweepuntsbuigproeven aan trapeziumvormige proefsmkken, verricht bij zes temperaturen (tussen -20 en 30 °C) en met vijf frequenties (tussen 1 en 90 Hz) [1]. De resultaten stemmen overeen met de conclusies uit het onderzoek naar de complexe modulus van de bindmiddelen :

Bij hoge temperaturen ligt de norm van de complexe modulus | E | van het mengsel met gilsoniet veel hoger dan bij de overige mengsels. Dit effect is ook te zien bij het mengsel met Trinidad, zij het in mindere mate. Bij lage of middelhoge temperaturen daarentegen is geen hogere stijfheid waargenomen.

De norm van de complexe modulus van het mengsel met Multigradebitumen is vergelijkbaar met die van de klassieke bindmiddelen, maar is bij temperaturen boven nul iets kleiner. Het opmerkelijkste verschil tussen dit mengsel en de overige ligt in de fasehoek, die bij hoge temperaturen ongeveer 10 ° kleiner is.

•E* I

(MPa)-1001 ! : : 1 -30 -20 -10 O 10 20 30 4 0 50

T

rc)

Figuur 3 : Isochronen bij 27 Hz van de norm | E*i van de complexe modulus voor de vijf mengsels.

Vermoeiingsgedrag van de mengsels

De resultaten voor de vermoeiingslevensduur, afgeleid uit tweepuntsbuigproeven bij 15 °C en 30 Hz, zijn uitgezet op figuur 4. Het vermoeiingsgedrag van een bimmineus mengsel kan worden beschreven aan de hand van de volgende vergelijking :

€ (N) = K N-*

Hierin is N het aantal cyclussen (uitgedrukt in megacyclussen), K de rek bij breuk na 10* cyclussen en a de helling van de vermoeiingskromme op een dubbellogaritmische schaal. Deze parameters en de statistische kenmerken van de overeenkomstige regressielijnen zijn aangegeven in tabel 4. In vergelijking met de klassieke bindmiddelen bezorgen de namurlijke bimmina en het Multigradebitumen het mengsel een langere levensduur. Vooral in de K-waarde zijn verschillen tussen de mengsels te vinden, terwijl de helling van de vermoeiingskronune vrijwel niet verandert. Bij zeer hoge rekken (iinkergedeelte van de vermoeiingskromme) geeft het Multigradebitumen het beste resultaat.

initial strain r

RR-OC/I '88J8

Number of cycles (N) Figuur 4 : Vermoeiingskrommen voor de vijf bitumineuze mengsels, bepaald uit

tweepuntsbuigproeven bij 15 °C en 30 Hz.

Tabel 4 : Resultaten voor het vermoeiingsgedrag van de vijf bitumineuze mengsels.

Mengsel nr. 1 320 321 322 323 324 Bindmiddel 50/60 50/70 Muitigrade 60/70 50/70 -1- Trinidad 50/70 -1- gilsoniet Vemioeiingsparameters e (10e) 67 71 80 78 81 a 0,19 0,16 0,19 0,13 0,15 aantal proefsmkken 16 14 15 14 14 Standaard afwijking 0,20 0,22 0,19 0,35 0,23 r 0,976 0,975 0,968 0,922 0,955 |E*I (MPa) 11070 1 8160 7440 10920 1 11710 1 Weerstand van de mengsels tegen blijvende vervorming

De resultaten van de proeven met de verkeerssimulator van het LCPC en van de herhaalde triaxiale druksterkteproeven zijn weergegeven in tabel 5 en respectievelijk op de figuren 5 en 6. De kruipkronmien uit de triaxiale belastingsproeven kunnen worden beschreven door de volgende vergelijking :

€p = A (t/1000)^

Hierin is ep de blijvende vervorming (%) na een bepaalde tijd t (in 10-' s), parameter A de vervorming na 1000 seconden en parameter B de helling van de kruipkromme.

De figuren 5 en 6 laten zien dat de kleinste blijvende vervorming werd waargenomen bij het mengsel met gilsoniet (namurlijk bitumen), gevolgd door het mengsel met Trinidad. In de verkeerssimulator van het LCPC gaf ook het mengsel met Multigradebimmen zeer goede resultaten. Bij de herhaalde triaxiale drukproeven was dit positieve effect minder duidelijk ; het mengsel vertoonde namelijk een grote blijvende vervorming in de beginfase van de proef. Dit kwam door naverdichting van het proefsmk en was hoogst waarschijnlijk te wijten aan het feit, dat de verdichtingsmeüiode die het OCW voor het vervaardigen van dergelijke proefsmkken gebruikt bij het mengsel met Multigradebimmen tot een veel hoger gehalte aan holle ruimte leidde dan in de overige mengsels. Dit verschil in holle ruimte tussen de mengsels trad bij Marshallverdichting niet op en werd evenmin waargenomen bij de mengsels in de verkeerssimulator van het LCPC (verdicht bij het Departement Leefmilieu en Infrastructuur van het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap, met behulp van een wielspoorapparaat). Verschillen in holle ruimte kunnen ook een verklaring vormen voor de grotere blijvende vervorming die bij herhaalde triaxiale belasting voor het bindmiddel 50/60 - in vergelijking met het bindmiddel 50/70 - is waargenomen. Ondanks de reeds genoemde naverdichting in de beginfase van de proef, die heel waarschijnlijk vermeden had kunnen worden door andere verdichtingsapparamur te gebruiken, was de toename van de blijvende vervorming na deze beginfase bij het mengsel met Multigradebitumen veel kleiner dan bij die met klassieke petroleumbimmina. Dit geldt ook voor de mengsels met gilsoniet en Trinidad en is duidelijk te zien aan de B-waarden (helling van de kruipkrommen) in tabel 5.

Natuurlijk bimmen en Multigradebitumen leiden dus tot een betere weerstand tegen blijvende vervorming dan klassieke bindmiddelen. De grote verschillen in blijvende vervorming waren nochtans niet te verwachten op grond van de Marshallstabiliteits- en vloeiwaarden die voor de mengsels waren verkregen (zie tabel 2 : alleen voor het mengsel met gilsoniet was een hogere stabiliteit gevonden).

Tabel 5 : Blijvende vervorming ep verkregen bij herhaalde triaxiale samendrukking en in de LCPC-verkeerssimulator. De parameters zijn bepaald bij herhaalde triaxiale samendrukking. Mengsel nr. 320 321 322 323 324 Bindmiddel 50/60 50/70 Muitigrade 60/70 50/70 + Trinidad 50/70 -1-gilsoniet

Herhaalde triaxiale samendrukking (40 °C, 2 Hz) A = ep (1000 s) (%) 2,74 2,09 2,11 1,68 0,59 Helling B 0,41 0,37 0,30 0,31 0,19 (lOO&Os) (%) 7,11 4,94 4,24 3,40 0,9 Holle ruimte (%) 3,2 3,7 5,1 3,5 4.2 LCPC-verkeerssimulator (40 °C, 2 Hz)

(Km)

s)

(%) 10,4 8.0 3,6 3.0 1,6 (lOoSoOs)

(%)

1

20,8 27,0 1 6,2 4,8 2,8 7

SHRP-criteria

Aan de hand van de reologische metingen op de bindmiddelen hebben wij onderzocht of de vermoeiing en blijvende vervorming van de ermee bereide mengsels uit de kenmerken van deze bindmiddelen kunnen worden voorspeld. Zoals het SHRP aanbeveelt, werd |G*| sin(<^) als parameter voor de vermoeiing genomen en |G*| /sin(0) als parameter voor de blijvende vervorming. De resultaten staan in tabel 6. De voorgestelde SHRP-criteria volstaan niet om de verschillen in prestaties mssen de mengsels te verklaren. De mengsels met gilsoniet en met Multigradebitumen presteerden beide beter voor vermoeiing dan die met de klassieke bindmiddelen, terwijl de | G*[ sin(fl!»)-parameters van deze bindmiddelen respectievelijk hoger en lager waren dan bij de klassieke bindmiddelen. Hetzelfde geldt voor de blijvende vervorming en

|G*| /sin((/)). Figuur 5 : Permanent deformatiorr 0.3-1 — • cim^cwt» 0.2S-I 50/60 50/70 50/70 + Gilsonite 50/70 + Trinidad Muitigrade 60/70 ...J^ OMA 10 20 30 _{40 so eo} 70 _ao 100 Cvdes (x 1000)

Blijvende vervorming van 5 cm dikke asfalüagen als functie van het aantal cyclussen bii 40 "C in de LCPC-verkeerssimulator.

Permanent deformanon (%) _a»oaiintmi

\ 0.1-(— 100 50/60 I 50/70 I 50/70 -»• Gilsonite i 50/70 + Trinidad Muitigrade 60/70 100000

Figuur 6 : Kruipkrommen voor de vijt mengsels, bepaald uit herhaalde triaxiale druksterkteproeven bij 40 °C en 2 Hz.

Tabel 6 : Reologische eigenschappen van de bindmiddelen en vergelijking met het vermoeiingsgedrag en de blijvende vervorming van de mengsels.

15 °C, 30Hz 40 °C, 2 Hz Bindmiddel voor de RTFOT Bindmiddel na de RTFOT Vermoeiing van het mengsel Bindmiddel voor de RTFOT Bindmiddel na de Rl'FOT Blijvende vervorming van het mengsel Parameter |G*| (MPa)

<t>n

\G*\ sin((t>) (MPa) |G*| (MPa)

1 <t>n

|G*| sin(.^) (MPa) e (N = 10^) helling a |G*| (MPa)

<t>n

\G*\ /sin(<^) (MPa) |G*| (MPa)

<t>n

\G*\ Ism{<l>) (MPa) e (100000 s) (LCPC) (%) €p (10000 s) (triaxiaal) (%) 50/60 34 39,4 21,4 35 37,3 21,1 67 0,19 0,14 75 0,15 0,35 71,1 0,37 20,8 7,1 50/70 37 ^ 38.1 22,8 38 36,9 22,8 72 0,16 0,14 73 0,15 0,30 69,9 0,32 27.0 4,9 Muitigrade 21 42,4 14,3 13 40,5 8,3 80 0,19 0,11 67,5 0,12 0,22 54,9 0,27 6,2 4,2 Gilsoniet -i-50/70 46 38,0 28,4 78 26,2 34,4 81 0,15 0,40

67,5 1

0,44 1.72 56,3 2,07 2,8 0,9 CONCLUSIES

In deze bijdrage zijn de prestaties van verschillende dichte asfaltbetonmengsels - zelfde samenstelling, maar ander bindmiddel - vergeleken. Gilsoniet, Trinidad en Multigradebitumen bleken de mengsels waarin zij werden toegepast een langere vermoeiingslevensduur en een grotere weerstand tegen blijvende vervorming bezorgen dan klassieke bindmiddelen, hoewel de waarden voor de Marshallstabiliteit en -vloei vergelijkbaar waren (behalve voor het mengsel met gilsoniet). De SHRP-criteria |G*| sin(<A) en |G*| /sm(<t>), bepaald uit reologische metingen op de bindmiddelen voor en na de RTFOT, volstonden niet om de waargenomen grote prestatieverschillen mssen de mengsels te verklaren. Hoewel het mengsel met gilsoniet bij de proeven goed presteerde, moet erop worden gewezen dat een dergelijk mengsel gevoeliger is voor thermische scheurvorming, vooral wanneer nog hogere percentages van dat bindmiddel worden toegepast.

DANKBETUIGING

De auteurs danken de Heren P. Peaureaux en de J.-P. Cornet van het Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw, alsmede de Heren R. Collier, D. Dauwe, R. Williams en J. Verbiest van het Departement Leefmilieu en Infrastrucmur van het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap voor hun medewerking aan de proeven. Ook zijn zij het IWONL (Instituut tot Aanmoediging van het Wetenschappelijk Onderzoek in Nijverheid en Landbouw) erkentelijk voorde zijn financiële steun voor dit onderzoeksproject.

LITERATUUR

[1] L. Francken, A. Vanelstraete, Complex Moduli of Bimminous Binders and Mixmres -Interpretation and Evaluation. Proceedings of die 1st Eurasphalt & Eurobitume Conference, Strasbourg, France, 7th-10üi May 1996.

Rheologische Modellering van Bitumineuze Bindmiddelen Een globale beschouwing van weg- onderzoektechnieken Carré, Didier Construction Sector Exxon Chemical France

Goos, Dirk Esso BV. / Exxon Chemical Holland BV.

Samenvatting

Lang heeft de asfaltindustrie gebruik gemaakt van de empirische benadering voor het voorspellen van asfaltmengselgedrag; ervaring uit het verleden was de leidraad voor de toekomst. Steeds vaker leidt deze benadering tot problemen, met name indien men drastische mengselwijzigingen doorvoert of indien verbeterde bindmiddelen worden toegepast. De afgelopen jaren zijn meer en meer testtechnie-ken, vooral afkomstig uit de polymeer industrie, op bitumineuze bindmiddelen en op asfaltmengsels toegepast. Deze nieuwe testmethodieken verschaffen thans fundamenteel inzicht in de rheologische materiaaleigenschappen. Een probleem is echter het interpreteren van de met deze flindamentele rheologie metingen verkregen gegevens.

In deze bijdrage wordt een poging gedaan om het uit de praktijk bekende succesvolle gedrag van, grootschalig toegepaste verbeterde bindmiddelen, te verklaren op basis van de bekende conventio-nele en de recente rheologische karakterisering van materiaaleigenschappen. Beschouwd worden in dit verband de invloed die de keuze van de poljoneersoort heeft op de aanbreng- en verwerkings-eigenschappen van asfaltmengsels, dunne overiagingen, oppervlakbehandeling, etc. Om een verbeterd asfalt met een gering uitvoeringsrisico te kunnen aanbrengen is een "vergevingsgezind" gedrag ten aanzien van tegenslagen tijdens de uitvoeringsfase een vereiste.

Tenslotte wordt een beoordeling gegeven van de mogelijkheid om met deze rheologische testen, aangevuld met conventionele bepalingen, een bindmiddel specificaties vast te stellen.

Summary

Till now the asphalt industry made extensively use of empirical data to predict the asphalt mix per-formance; the past being the guideline for the future. This approach however is causing more and more problems, in particular if drastic changes in aggregate composition and if improved binders are used instead of conventional bitumen. In recent years an increasing number of testing technics in use in the polymer industry are used for the evaluation of bituminous binders and for asphalt mixes. This new testing technics are showing the fundamental theological properties of the materials investiga-ted. A problem however is the interpretation of the rheological data and correlate them with field experience. An important aspect of the use of PMB's is the application risk involved; a "not forgi-ving" binder wall cause an unacceptable high application risk. In this paper an attempt is made to explain the behaviour of in practice successful applied binders and mixes with conventional and im-proved binders.

In particular the influence on the workability properties of different polymer types on the workability properties in the application and compaction phase is discussed for asphalt mixes, thin overlays, surface dressings, etc.

Also an attempt is made how binder properties can be specified with the help of conventional measu-rements and additional rheological data.

2

1. Inleiding

2. Een historisch voorbeeld: De Hot Rolled Asphalts 3. De conventionele bindmiddel testen

4. Dynamische rheologie en verwerkbaarheid

5. Uitbreiding van deze ervaring naar andere wegenbouwtoepassingen 5.2 De bitumineuze mengsels

5.2.1 Weerstand tegen spoorvorming

5.2.2 Verwerkbaarheid van bitumineuze mengsels

5.2.3 Weerstand tegen scheurvorming van bitumineuze mengsels 5.2.4 Drainerend asfaltbeton en zeer dunne asfaltbetonlagen 6. Rheologie en specificaties

7. Conclusies 8. Stellingen

3

1. Inleiding

Sinds een twintigtal jaren hebben de wegenbouwtechnieken een sterke ontwikkeling ondergaan. Steeds meer worden met polymeren gemodificeerde bindmiddelen gebruikt (PMB's); niet altijd is een duidelijke argumentatie aanwezig waarom men deze verbeterde bindmiddelen toepast

(kosten^atenverhouding).

Op basis van langjarige succesvolle praktische ervaring uit de praktijk met PMB's zal worden ge-tracht een verband te leggen met de eigenschappen zoals die nu kunnen worden bepaald van bind-middelen en asfaltmengsels. Hierbij wordt met name gebruik gemaakt van de dynamisch mechanische rheologische analyse (DMA). Voor het succesvol toepassen van een verbeterd bindmiddel is in de praktijk een vergevingsgezind gedrag van een bindmiddel tijdens het aanbrengen een noodzaak.

2. Een historisch voorbeeld: De Hot Rolled Asphalts

Sinds begin van de jaren 80 wordt in het Verenigd Koninkrijk bitumen gemodificeerd met polymeren toegepast om de verwerkbaarheid van de Hot Rolled Asphalts (HRA) tijdens lage omgevingstempe-rataturen en/of hoge windsnelheden te verbeteren [1,2].

Een conventioneel bitumen 40/60 is onder normale werkomstandigheden een goed compromis voor HRA's om goede eigenschappen bij lage en hoge gebruikstemperaturen te bereiken. In de laatste fase van het aanbrengen moet op het nog warme oppervlak gestrooid aggregaat worden ingewalst; een goede inbedding is noodzakelijk omdat het HRA hieraan zijn uitstekende stroefheidseigenschappen ontleent. Om dit te kunnen waarborgen mag onder een omgevingstemperatuur van 10 °C niet meer worden gewerkt met conventioneel bitumen; het risico op steenverlies wordt dan onaanvaardbaar groot. Om de inbedding bij lagere temperaturen te verbeteren zou men een zachter bitumen kunnen gebruiken maar dit zachtere bindmiddel zal tegelijkertijd het risico groter maken op snelle spoorvor-ming in de zomer. Door een geschikte polymeertoevoeging te kiezen kan de temperatuurgevoelig-heid van bitumen sterk worden verminderd; een goede verwerkbaartemperatuurgevoelig-heid bij lage inbouwtemperaturen en een goede weerstand tegen spoorvorming bij hoge gebruikstemperaturen kan dan worden

verenigd in een bindmiddel. In figuur 1 is weergegeven hoe het gedrag van een dergelijk "ideaal" bindmiddel zou moeten zijn. In plaats van een 40/60 wordt met succes sinds een vijftiental jaren een 70/100 gebruikt, gemodificeerd met een co-polymeer van polyethyleen zoals POLYBILT 102 of POLYBILT 103, om HRA's te kunnen leggen bij omgevingstemperaturen lager dan 10°C. Door toepassing van het PMB kan het seizoen voor het leggen van HRA mengsels aanzienlijk worden uitgebreid.

Figuur 1: Ideale consistentie-kiirve - stijfheid - voor een bindmiddel voor HRA aangebracht in de winter: noch te zacht bij hoge gebruikstemperaturen, noch te hard bij lage verwerkingstemperaturen.

Niet alle gemodificeerde bindmiddelen zijn geschikt om het gewenste resultaat te bereiken, volgens Walsh [1] bijvoorbeeld, verbeteren de polymeren van butadiëen-styreen, die wel de thermische ge-voeligheid van het bitumen verbeteren, niet de verwerkbaarheid van het asfaltmengsel.

In figuur la is voor POLYBILT 102 (EVA) het effect weergegeven op de toelaatbare omstandighe-den waaronder aldus gemodificeerd HRA mag woromstandighe-den gelegd [9].

-40 -20 20 4Q 60 80 100

temperatuur (^C)

120 140 160

Figuur 1: Ideale consistentie-kurve voor een bindmiddel voor HRA; noch te zacht bij hoge gebmikstemperaturen noch te hard bij lage temepraturen.

^Vindsnellieid k m / h 4 0 1 0 W e l verurerlcen - 5 L u c f i t t e m p e r a t u u r ^

Figuur la: Toegelaten werkomstandigheden voor een 40 nwn dik HRA gemaakt met 50 Pen., een 70 Pen. en een 70 Pen. + 5 % E.\xon Chemical POLYBILT 102.

3. De conventionele bindmiddel testen

Conventionele testen en die hiervan werden afgeleid (elastische terugvering,...) zijn niet in staat de prestatie van gemodificeerde asfaltmengsels te voorspellen. [2, 3, 4, 5,6].

Zoals tabel nr. 1 aantoont laten conventionele testen ook niet toe om de gelijktijdige verbetering van de weerstand tegen blijvende vervorming en de verwerkbaarheid van de HRA's te verklaren. Het hoogste verwekingspunt of de laagste penetratie blijkt niet te correleten met een verhoogde weer-stand tegen blijvende vervorming.

5 50/60 70/100 180/220 + 5 % radiaal SBS 70/100 + 5 % POLYBILT 102 70/100 + 5 % POLYBILT 103 70/100 + 7 % POLYBILT 103 Penetratie 25 °C, 100 g, 5 s mm/lO 46 85 136 63 87 71

Tabel 1: Conventionele testen uitgevoerd op de in deze bijdrage

Verwekingspunt °C 54 45 91 60 50 54 bestudeerde bindmiddelen. Viscositeit bij 135 "C mm^/s 800 380 N/A 520 880 N/A

4. Dynamische rheologie en verwerkbaarheid

Zoals figuur 2 laat zien is de complexe modules van een met POLYBILT 103 gemodificeerde 70/100 niet wezenlijk anders dan die van een met een SBS gemodificeerd bindmiddel. Daarentegen lijkt de verlieshoek 5, volgens figuur 3, meer aangewezen om het verschil in verwerkbaarheid te verklaren. Een EVA thermoplastisch elastomeer smelt boven een temperatuur van 60 tot SO^C en gedraagt zich dan net als conventioneel bitumen, volledig visceus. De veriieshoek 5 valt wordt zeer hoog. Het met SBS gemodificeerde bitumen blijft zich elastisch gedragen tot een veel hoger temperatuumiveau en tot ver in verwerkingsgebied. Hierdoor zal het zich veel lastiger laten verdichten dan een conventio-neel bitumen of een EVA gemodificeerd PMB. Alleen door het verhogen van de verwerkingstempe-raturen kan dit effect enigszins onderdrukken; een verhoogd uitvoeringrisico is het onvermijdelijke gevolg.

De weerstand tegen blijvende vervorming is beter naarmate het PMB zich elastischer gedraagt bij wegdektemperaturen (10-40ÖC). Het met Polybilt gemodificeerde bitumen blijkt een elastisch pla-teau te bouwen in het temperatuurgebied tot circa 40OC. [2, 3, 4, 5] De weerstand tegen spoorvor-ming is van het Polybilt gemodificeerde bitumen hierdoor aanzienlijk beter dan dat van het met SBS PMB dat juist in dit gebied minder elastisch gedrag vertoont.

Door het volstrekt visceuze gedrag vanaf circa öO^C is, een hoge veriieshoek 5 op het moment van het inwalsen van het grind in het HRA, is een goede "inbedding" mogelijk net zoals bij conventioneel bitumen. 1E+10 S. 1E+08 = 1E+06 o I 1E+04 a o 1E+02 1E+00 • • • l > • •

r'

fn » ^ n ' ^ \ ^

n

^ o 70/100 • 180/220 f S% radial SBS G 70/100 + 7% POLYBILT 103 • 70/100 + 5% POLYBILT 503

'S»

" O ^ ₅

5V,

1 • _{—•— »} -30 -20 -10 O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Temperature (°C)

Figuur 2: Isochroon van Comple.\e Modules G* bij 0.025 Hz van twee gemodificeerde bitumen 70/100, respectievelijk

met 7 % POLYBILT 103 en 5 % POLYBILT 503 vergeleken met basisbimmen 60/70 en een SBS compatibele 180/200 met 5 % radiaal SBS (na RTFOT) [3,4].

7

5.1 Oppervlakbehandeling (bestrijkingen)

Afgezien vaSHiet aanbrengen en de dosering, kunnen de typische onvolkomenheden van een opper-vlakbehandeling in verband worden gebracht met de consistentie van het bindmiddel in een bepaald temperatuurgebied: het uitzweten bij een te lage stijflieid (viscositeit) bij hoge gebruikstemperatuur, rafeling bij een te hoge stijflieid bij lage gebruikstemperatuur.

De thermische gevoeligheid - het plasticiteitsinterval - laat toe om de evolutie van de consistentie van een bindmiddel over een breed temperatuur domein te beschrijven. Zo dit plasticiteitsinterval al niet bijzonder gemakkelijk te bepalen [S] is, kan het de uiteindelijk prestatie van de oppervlakbehandeling niet verklaren, zonder rekening te houden met het gedrag van het bindmiddel tijdens het aanbrengen.

Chippings

Binder

Useful chipping "embedding* volume

Figuur 4: De "kleer-capaciteit van een bindmiddel is het produkt van het nuttig volume bij "hechting" en de intrin-sieke cohesie van het bindmiddel.

Aangezien het bitumineus bindmiddel een kleefstof is, wordt het kleefvermogen van het aggregaat op de onderlaag bepaald door het produkt van zijn intrinsieke interne cohesie en het volume van de me-niscus van het bindmiddel die het aggregaat "hecht"(of "vastzet"). Tijdens het aanbrengen maar vooral onder het verkeer, kan het zich zetten van het mozaïek vanuit theologisch zicht beschouwd worden als een beweging met zeer lage "fi-equentie". Om de aggregaten hun plaats te laten irmemen, dient het bindmiddel een lage consistentie te hebben en vooral een "visceus" gedrag. Een te sterk elastisch geheugen of een te hoge viscositeit van het bindmiddel hinderen de vorming van het mozaïek. De vorming van het mozaïek is des te moeilijker naargelang de verkeersintensiteit lager is. "Vloeibaarmaking" of fluxen laten toe om de viscositeit tijdelijk te verminderen en eventueel het elastisch geheugen te verminderen maar dit verhoogd de kans op uitzweten. Steenveriies van de op-pervlakbehandeling kan optreden als het fluxmiddel onvoldoende is verdampt (bijvoorbeeld: werken uitgevoerd in het koude en natte najaar).

De gecombineerde optimalisatie van de gebruiks- en aanbrengeigenschappen van een oppervlakbe-handeling kunnen vertaald worden in rheologische criteria, gelijkaardig aan deze die gebruikt worden om de lage temperatuur verwerkbaarheid van de HRA's te verbeteren:

- lage consistentie van het bindmiddel en voldoende dosering om bij lage gebruikstemperatuur het rafelen te beperken;

- lage temperatuurgevoeligheid en een "elastisch" karakter (maar niet noodzakelijk "elastomerisch") bij hoge gebruikstemperatuur om het uitzweten te beperken;

- lage consistentie en een gering elastisch geheugen bij de verwerkingstemperaturen om het volume van de meniscus van het bindmiddel te maximaliseren (goede inbedding);

- lage consistentie en een gering elastisch geheugen bij zeer lage fi-equenties om het vormen van het mozaïek te vergemakkelijken.

5.2 De bitumineuze mengsels

5.2.1 Weerstand tegen spoorvorming

Volgens Lenoble [3] kan de weerstand tegen spoorvorming slechts geschat worden vanaf 30 vanaf het verwekingspunt (zie figuur 5).

(O o n O) h. E'S Z n 1E+06 1E+05 1E+04 1E+03 • o 70/100 • 180/220 D 70/100 + • 70/100 + + 5% radial SBS 5% POLYBILT 103 5% POLYBILT 503 50 60 70 80 90 100 Softening Point CC)

Figuur 5: Kruising mssen aantal cycli om een permanente vervorming te bekomen van 6 % met de dynamische

test-apparamur Esso Road Design Technology bij 30 °C en 10 Hz en het verwekingspunt van twee 70/100 bitumen gemo-dificeerd met respectievelijk 5 % POLYBILT 103 en POLYBILT 503, vergeleken met het basisbinimen 70/100 en een SBS compatibele 180/200 gemodificeerd met 5 % van een radiaal SBS.

Deze resultaten bevestigen die van Francken [6] waarbij de dynamische proeven op mengsels, zowel voor weerstand tegen vloei als tegen vermoeiing, POLYBILT 103 op de eerste plaats rangschikte niettegenstaande een bescheiden verwekingspunt. Volgens de isochronen van figuur 3, klasseert de veriieshoek 5 POLYBILT 503 vóór POLYBILT 103 terwijl hun prestatie van dezelfde orde van grootte is bij de dynamische kruiptest van de Esso Road Design Technology (ERDT) uitgevoerd op

30 °C. De wielspoortest test bij 45 °C in een waterbad uitgevoerd bij Esso in België laat toe om de POLYBILT 103 te onderscheiden tegenover POLYBILT 503, beiden voor een doseringsgraad van 5 %. Het meer uitgesproken "elastisch "karakter van de POLYBILT 503 ten opzichte van de

POLYBILT 103 in het interval van 50 tot 70 °C, vertaalt zich in een ongeveer driemaal lagere spoorvorming (zie figuur 6).

c g (5 E

•sf

o o c — E 9 O.

i

/

L

1/

%>*

r\

'r-^r^

. . . 1 1 1 1 1 i

1 ._

0 7( - D 7 ( • 7 " * ) )/100 3/100+ 5% POLYBILT 103 3/100 + 5% POLYBILT 503 J ^ ^ ^ ₁ O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Time (hours)

Figuur 6: Diepte van de spoorvorming in functie van de tijd met de Belgische wheel tracker test op 45 °C in een

wa-terbad. Vergelijking van de prestaties van POLYBILT 503 ten opzichte van POLYBILT 103.

5.2.2 Verwerkbaarheid van bitumineuze mengsels

Wat soms moeilijk aan te tonen is op het laboratorium; laat de uitstekende verwerkbaarheid van mengsels die gemodificeerd werden met co-polymeren van polyethyleen geen twijfel bestaan op de bouwplaats. Een gemodificeerd bindmiddel met een dosering van 10 % werd zonder problemen uit-gevoerd met POLYBILT 503 op de autoweg Napels-Salemo. Zoals in het geval van HRA zorgt het smelten van het kristallijn netwerk bij een temperatuur van 60 tot 80 °C voor een Jsastische

vermin-9

dering van het elastisch geheugen van het bindmiddel en vergemakkelijkt aldus de verdichting van het mengsel. Het bindmiddel gedraagt zich net zoals conventioneel bitumen volkomen viskeus.

5.2.3 Weerstand tegen scheurvorming van bitumineuze mengsels

Op basis van een experiment dat werd uitgevoerd in 1985 op de autoweg M25 in het Verenigd Ko-ninkrijk vergelijkt Walsh [1] twee gemodificeerde mengsels, één met SBS en het ander met een co-polymeer van polyethyleen, type POLYBILT 103.

1

Type polymeer EVA

(Co-polymeer van PE)

SBS Elastische terugvering 40% > 90 % Aantal voegen 11 8 Na 1 jaar geen scheuren geen scheuren Na 2 jaar 7 kleine scheuren i.e. 63 % 4 grote scheuren, i.e. 50 %

Tabel 2: Aantal scheuren vastgelegd na één en twee jaar in gemodificeerde mengsels aangebracht op een met zuiver bimmen geïmpregneerd geote.\tiel.

Bij een eerste benadering zou het verschil ten opzichte van deze co-polymeren van polyethyleen meer uitgesproken moeten zijn, daar SBS veel hogere verlengingen tot breuk toelaat bij een snelheid van

10 mm/min (zie tabel 2).

De belangrijk elastische terugkeer van de met SBS gemodificeerde bindmiddelen is hier eerder een nadeel dan een voordeel: zoals bij de proef van de elastische terugkeer die wordt uitgevoerd met een ductilimeter, wordt de afstand tussen de twee randen van de scheur verbonden door het elastisch geheugen van het bindmiddel. Dit verklaart de belangrijke breedte van de scheuren die bij het met SBS gemodificeerde bindmiddel werden vastgesteld, terwijl het met een co-polymeer van polyethy-leen gemodificeerd mengsel een beter aanpassingsvermogen heeft. Bovendien wordt het

"zelflierstellend" vermogen van het bindmiddel niet geblokkeerd door een snel uiteenwijkend micro scheurfi^ont

De werken van Brulé en Maze [7] bevestigen deze benadering op basis van de trektesten op lage

snelheid zoals voorgeschreven door SHRP. *<

5.2.4 Drainerend asfaltbeton en zeer dunne asfaltbetonlagen

De ZOAB's en zeer dunne asfaltbetons (Z.D.A.) hebben een hybride gedrag tussen dat van een bi-tumineus mengsel, waarmee ze de fabrikatiemethode gemeen hebben, en dat van een oppervlakbe-handeling waarmee ze sommige vormen van beschadiging delen.

Net zoals de oppervlakbehandelingen zijn de Z.D.A.'s en meer in het bijzonder de ZOAB's gevoelig voor het verlies van aggregaat onder invloed de tangentiële krachten van banden. Opppervlakbehan-delingen zijn gevoelig voor de dosering van het bindmiddel en voor de hoge brosheid bij hoge fi"e-quentie en/of lage temperatuur (Shockloading). In het geval van de ZOAB's kan het gevaar voor af-druipen van het bindmiddel tijdens het warme transport het bindmiddelgehalte beperken en daardoor de duurzaamheid van het mengsel. Rekening houdend met het steenskelet is het risico op spoorvor-ming van een ZOAB meer verbonden met de opsluitspanningen dan met de aard van het bindmiddel. Een verbetering van de cohesie van een bindmiddel bij hoge gebruikstemperaturen kan eventuele ver-schijnselen van dichtslibben van het oppervlak van een ZOAB of van onvoldoende stroeflieid van een Z.D.A., als gevolg van het uitzweten van mortel, voorkomen. Anderzijds is de verwerkbaarheid een

sleutelvoorwaarde om met succes een goede vlakheid van een Z.D.A. te verkrijgen of om een ZOAB aan te brengen onder ongunstige weersomstandigheden (lage omgevingstemperatuur; winderig). Bindmiddelen voor H.R.A., ZOAB of Z.D.A. moeten rekening houden met de bijzonderheden van deze formuleringen. De verbetering van de prestaties dient te gaan via onderzoek van hetzelfde com-promis tussen de eigenschappen bij lage en hoge gebruikstemperaturen en het geniaK.van uitvoering.

10

6. Rheologie en speciflcaties

Meer en meer wordt geaccepteerd dat de conventionele testen op het bindmiddel niet toelaten om de uiteindelijke prestatie van een techniek die een gemodificeerd bindmiddel gebruikt te voorspellen. De dynamische rheologie van bindmiddelen en van asfaltmengsels blijken wel in staat te zijn dit verband in vergaande mate te kunnen leggen [8].

Niettemin kan de toepassing van de dynamische reologische analyse serieuze interpretatieproblemen stellen. Bijvoorbeeld kan het moeilijk zijn een rheogram in twee punten "samen te vatten".

Volgens de SHRP specificaties kan een bitumineus bindmiddel gespecificeerd worden naar zijn weer-stand tegen spoorvorming door de temperatuur vast te stellen waarop de verhouding Complexe Mo-dules G* op sinus veriieshoek 5 hoger is dan 2,2 kPa bij 10 rad/s na RTFOT.

AJs we dezelfde methodiek volgen dan kan de klassering van deze bindmiddelen zeer moeilijk zijn, zoals in figuur 7. Indien de drempel 2000 Pa is, is de maximum temperatuur voor kruip voor het conventioneel bitumen 70/100 (41 °C) en voor het gemodificeerd bitumen met 5 % radiale SBS (35 °C). Daarentegen met een drempel van 200 Pa zijn deze temperaturen 54 en 79 °C.

Geen enkele van de twee drempelwaarden komt overeen met de werkelijke "performance" in dyna-mische kruip waar de twee bindmiddelen een dicht bij elkaar liggend gedrag vertoonden [3].

1E+05 1E+04 1E+01

V»a

^m o 70/100 • 180/220+ 5% radial SBS D 70/100+ 7% POLYBILT 103 • 70/100 + 5% POLYBILT 503 ^ • • " Threshold at 2000 Pa SSKSKSSK Threshold at 200 Pa Temperature (°C)

Figuur 7: De verhouding Complexe Modules G* op sinus veriieshoek 5 zoals gebraikt door SHRP om de weerstand

tegen spoorvorming te specificeren, is gevoelig voor de temperatuursdrempel die de maximum temperamur bepaalt van een bindmiddel: het SBS bindmiddel kan eerste of laatste geklasseerd worden afhankelijk van de gekozen drem-pelwaarde.

In het geval van prestatie bij lage temperaturen is het SHRP criterium, bepaald door het produkt van de complexe modules en de sinus van de veriieshoek 5 (zie figuur 8), niet discriminerend voor de bestudeerde bindmiddelen: het gemodificeerd mengsel met POLYBILT 103 is uitgesproken besten-diger tegen vermoeiing dan de andere mengsels [3].

Anderzijds zijn de moduleniveau's bij lage temperaturen bijzonder hoog en dicht bij de stijflieid van de rheometer zelf; deze metingen vertonen hierdoor een relatief grote spreiding.

11 1E+09 1E+08 'S 1E+07 c «0 a 1E+06 1E+05 1E+04 -3 . • 0 • • Si Q J ₁

"°#

01 -20 -10 0 Temperature CO O 70/100 • 180/220 + 5% radial SBS a 70/100 + 7% POLYBILT 103 • 70/100 + 5% POLYBILT 503 R o o 10 20 30

Figuur 8: Het produkt van de Complexe Modules G* en de sinus van de veriieshoek d, zoals gebruikt door SHRP om de prestatie op lage temperamur te specificeren, kan leiden tot een valse indeling van de bindmiddelen: het gemodifi-ceerd bindmiddel met de POLYBILT 103 heeft in feite het beste gedrag in vermoeiing.

Zoals we zojuist gezien hebben, stuit de synthese in twee punten van een rheogram op volgende moeilijkheden:

- enkel een rechte kan door twee punten gedefinieerd worden;

- eventuele meetfouten te wijten aan hoge moduli bij lage temperaturen.

Anderzijds toont figuur 9 aan dat de reologische analyse uitgevoerd in het lineair en reversibele do-mein een aanduiding kan geven over de weerstand tegen spoorvorming. Bij lage temperaturen, waar het materiaal een niet-lineair en irreversibel gedrag heeft, kan deze correlatie wellicht niet éénduidig worden gelegd. 1E+00 1E-01 1E-02 1E-03 1E-04 1E-05 1E-06 Initial deformation Dynamic rhaology:

linear and reversible Fatigua: non-linear and irreversible

1E+00 1E+02 1E+04 1E+06 1E+08

Number of loading cycles

Figuur 9: Op een diagram van het type S/N (vervorming in fiinctie van het aantal belastingscycli gemaakt naar di Benedetto) [8] kan de "afstand" voorgesteld worden die de conventionele rheologisch analyse van het vermoeiingsge-drag van een materiaal scheidt. A priori staat de test van de elastische teragvering, die zich op de ordinaat van dit dia-gram bevindt, door constructie, buiten elke verhouding met het gedrag van het materiaal voor jaBPoeiing of kruip.

12

Het blijkt aldus dat noch de conventionele testen noch de dynamische rheologie zoals actueel toege-past, op een betrouwbare manier en ondubbelzinnig kunnen worden gebruikt om de uiteindelijke prestatie van een gemodificeerd bitumineus bindmiddel te evalueren.

In afwachting van de ontwikkeling van nieuwe reologische testen, blijven de rationele testen op het mengsel, van het type Esso Road Design Technology alsook de observatie van experimentele wer-ken, de basis voor een objectieve evaluatie van de "performance" van een wegentechniek.

7. Conclusies

De rheologische analyse is een zeer geschikt instrument om het gedrag van een HRA te modelleren a posteriori het belang van de modificatie met co-polymeren van polyethyleen te rechtvaardigen. Het gewenste evenwicht tussen verwerkbaarheid bij lage verwerkingstemperaturen en de weerstand tegen spoorvorming bij hoge gebruikstemperaturen kan vaak niet worden bereikt met een conventio-neel bindmiddel. Het gebruiken van een geschikt type polymeer maakt een compromis van in principe tegenstrijdige eisen mogelijk.

- lage consistentie van het bindmiddel en voldoende dosering om de brosheid bij lage gebruikstem-peraturen te beperken. Voldoende viskeus gedrag bij lage gebruikstemgebruikstem-peraturen om spanningen te relaxeren;

- lage thermische gevoeligheid en "elastisch"(maar niet noodzakelijk "elastomerisch") karakter bij hoge gebruikstemperaturen om het vloeien te beperken;

- lage consistentie en laag elastisch geheugen bij de verwerkingstemperaturen om het plaatsen te vergemakkelijken;

- "viskeuse" respons bij zeer hoge belasting om de scheurvoortplanting te vertragen (zelflierstellend vermogen van bitumen niet onderdrukken).

8. Stellingen

- geschikte polymeer combinaties kunnen voor conventioneel bitumen onverenigbare eisen combineren.

- het gebruik van een zorgvuldig geselecteerd co-polymeer van ethyleen (EVA) combineert een zeer goede weerstand tegen vervorming met een "vergevingsgezinde" verwerkbaarheid en dus een laag uitvoeringsrisico.

- PMB en PMA moeten gespecificeerd worden met dynamisch mechanische rheologie testen aangevuld met conventionele bindmiddel/asfaltmengsehesten

Literamur

1. Walsh LD. Reflective cracking and its effective tieatment. High surfacing symposium University of Ulster -Belfast -1990

2. Choyce P.W., Eckmann B. Comparative wheel-tracking tests on polymer modified hot rolled asphalt - correlation with rheological binder properties. Eurobitume - Madrid - 1989

3. Lenoble C, Vercoc J., Soto T. Rheology as a performance indicator for modified bitumen. Eurobitume -1993 4. Dony A., Turmel C. Bimmes-polymères: Adaptons nos tests aux techniques d'aujourd'hui. Eurobitume -1993 5. Migliori P., Durrieu P., Ramond G. Essais de laboratoire applicables aux bitumes-polymères. Joumées d'émde

Bitumes modifié - École Nationale des Ponts et Chaussées Paris -1993

6. Francken L. Belgian experience with modified binders. SHRP Sharing the benefit -1990

7. Brülé B., Maze M. A new approach to characterize polymer modified bitumens. Revue Générale - n°724 -1994 8. Di Benedetto H., Des Croix Ph. Binder-Mix Rheology: Limits of Lineair Domain. Eurobitume/Eurasphalt, 1996 9. Mastermann J.W., Hibbert T. Esso Fle.\xipave R.A.- EVA binder for improving Hot Rolled Asphalt; deformation

resistance. The Journal of the Institution of Highways & Transportation & MIE, December 1995

Symposium 'BITUMEN en ASFALT'

14 november 1996 - Amersfoort

SESSIE 3

^•«»^ 2/

COMPLEXE MODULUSSEN VAN BITUMINEUZE BINDMIDDELEN EN MENGSELS -INTERPRETATIE EN SCHATTING

door FRANCKEN LOUIS en VANELSTRAETE ANN V • Onderzoekers bij het Opzoeldngscemrum voor de Wegenbouw. België

SAMENVATTING

Bij de meeste toepassingen worden bitumineuze bindmiddelen zelden in zuivere toestand gebruikt. Nauwkeurige metingen van de kenmerken van deze bindmiddelen zijn derhalve slechts nuttig als het verband met de relevante kenmerken van de overeenkomstige asfaltmengsels bekend is. In deze bijdrage wordt gerapporteerd over :

1) complexe modulussen, met een dynamische reometer bepaald aan acht verschillende bindmiddelen : één zuiver bimmen, drie SBS-bitumina, één teerbitumen, één rubberbitumen en twee EVA-bitumina ;

2) complexe modulussen, bij buiging bepaald aan twee verschillende soorten van asfaltmengsels die met deze bindmiddelen waren bereid (in totaal werden dus 2 x 8 = 16 mengsels onderzocht).

Bevestigd werd dat de wet van Arrhenius kan worden gebruikt om hoofdkrommen van de complexe modulus te bepalen.

Steunend op deze wet wordt een interpretatiemetiiode voorgesteld om verschuivingsfactoren af te leiden en isothermen van de complexe modulus te construeren.

Bij toepassing van deze meüiode op de gerapporteerde resultaten blijkt, dat de temperatuur/frequentie-equivalentiewet voor elk van beide componenten (| E* | en de fasehoek) van de complexe modulus afzonderlijk opgaat.

Uit een vergelijking van de resultaten kon een verband worden afgeleid üissen de twee componenten van de complexe modulus van de bindmiddelen en die van de overeenkomstige mengsels. Er werden twee relaties vastgesteld : één voor de norm van de complexe modulus en één voor de fasehoek.

De grafische weergave van deze relaties laat zien dat voor de acht beschouwde bindmiddelen eenzelfde kromme geldt.

COMPLEXE MODULUSSEN VAN BITUMINEUZE BINDMIDDELEN EN MENGSELS -INTERPRETATIE EN SCHATTING

door FRANCKEN LOUIS en VANELSTRAETE ANN Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw

BELGIË

INLEIDING

Reeds vele jaren bestaan er verschillende meüioden om de stijfheidsmodulussen van een asfaltmengsel te voorspellen uit de samenstelling van dat mengsel en de stijfheid van het erin toegepaste bindmiddel.

In het Belgische Opzoekingscentrum voor de Wegenbouw is onderzoek ondernomen om 1) ook voor gemodificeerde bindmiddelen een dergelijk verband (ref i ) te leggen ;

2) de werkwijze uit te breiden tot de tweede component van de complexe modulus (de fasehoek

* ) .

Het te toetsen model

Aangetoond werd dat de norm |E*| van de complexe modulus (stijfheidsmodulus) van een bitumineus mengsel in de volgende vorm als functie van de temperatuur T en de frequentie f kan worden uitgedrukt:

\E'\iT/)=E^.R'(T/) (.)

waarin E„ de (voor een gegeven samenstelling constante) zuiver elastische modulus is en R* een herleide modulus die het verloop van de hoofdkromme van de modulus beschrijft.

Elastische modulus E^j^. Voor asfaltmengsels met zuivere bimmina hangt het elastische gedeelte

van de complexe modulus alleen van de volumetrische samenstelling van het mengsel af, volgens de formule :

£« [MPa] - C ( ^ ) " exp (-0,0584 v) ^ (2)

holle ruimte (%),

volumetrisch gehalte aan aggregaten (%),

bindmiddelgehalte (%) (Va -h Vb + v = 100 %),

14360 MPa voor mengsels met zuiver bitumen als bindmiddel. waarm v

Va Vb

C

De herleide modulus R* kan worden uitgedrukt als functie van de herleide modulus B* van het bitumen en de samenstelling van het mengsel, in de vorm van de volgende empirische relatie :

log(R-) = \og(B') Il - 1.35 [l - exp (- 0,13 ^ ) ] [1 * 0,lUlog(5 •)]}

Vb (3)

Met behulp van deze relatie, die op figuur 5 in de vorm van kommen voor een aantal gelijkblijvende Va/Vb-waarden is weergegeven, kan de herleide modulus R* van een mengsel worden bepaald uit de herleide modulus van het bindmiddel (bij dezelfde T en t) en de volumetrische verhouding tussen aggregaten en bindmiddel Va/Vb.

Het onderzoek waarover hier gerapporteerd wordt, had tot doel uit te maken of deze formules en grafieken ook voor met polymeren gemodificeerde of andere niet-kla^sieke bindmiddelen gelden.

Het proevpnprngraniina (ref 2)

Tabel 1 : Kenmerken van bindmiddelen en mengsels

A B C D E F G H Bindmiddel Pen. 76 97 55 97 96 98 61 90 R&K 47 53 55 84 73 52 49 53 ZOAB Va 68,9 68,9 71,6 69,2 68,3 71,2 70,7 69,3 Vb 8,3 11 8,2 7,9 7,7 10 8,4 7 V 23 20 20 23 24 19 21 24 VaA^ 8,30 6,10 8,73 8,76 8,87 6,98 8,42 9,90

DAB 1

Va 82 81 83 83 83 83 82 83 Vb 13 13 13 13 13 13 12 13 V 5 6,3 4,2 4,8 4,2 4,2 6,8 4,2

VaAT) 1

6,54 1

6,50 6,48 6,50 6,48 6,48 7,03 6,48 Er werden acht verschillende bindmiddelen toegepast in twee veel gebruikte soorten van mengsels.

Deze acht bindmiddelen waren : A : bimmen pen. 80/100 B : gerecycled elastomeer

C : bimmen met 4,5 % SBS-rubber D : bitumen met 8,5 % SBS-rubber E : bitumen met 7,5 % SBS-rubber F : bitumen met 6 % EVA

G : pekbitumen

Zij werden vóór de proeven kunstmatig verouderd (ref

2)-De twee mengselsoorten waren : ZOAB : zeer open asfaltbeton DAB : dicht asfaltbeton. '

-De complexe afschuivingsmodulussen G* werden door middel van een lineaire trillende reometer bepaald over het temperamurgebied mssen 25 en 50 "C ; met dezelfde apparamur werd onder trek-samendrukking de E*-modulus bepaald over het temperamurgebied mssen -30 en 25 °C. In beide gevallen werden bij elke temperamur frequenties mssen 5 en 250 Hz toegepast. De onder afschuiving aan de bindmiddelen verkregen resultaten werden in E*-modulussen omgezet door de afschuivingsmodulussen met 3 te vermenigvuldigen.

De complexe modulussen van de twee mengselsoorten (ZOAB en DAB) met deze verschillende bindmiddelen werden onder tweepuntsbuiging bepaald aan trapeziumvormige proefsmkken, voor een combinatie van vier temperamren (T = -20, O, 15 en 30 °C) en zes frequenties mssen 1 en

100 Hz (vierentwintig [ | E*| ,$]-koppels per minuut).

I nterpretatiemethoden

Een van de moeilijkheden bij onderzoek naar verbanden mssen eigenschappen van mengsels en bindmiddelen is, dat de gekozen temperamren en frequenties meestal verschillen naar gelang van de beproevingsmethode.

Verantwoord vergelijken is slechts mogelijk als resultaten bij overeenkomstige proefvoorwaarden kunnen worden verkregen. Dergelijke waarden zijn gemakkelijk door interpretatie af te leiden als een hoofdkromme kan worden geconstrueerd die goed aansluit bij op een grafiek uitgezette proefresultaten.

Met dat doel werd een originele interpretatiemethode ontwikkeld, die hierna wordt beschreven. Zij bood een oplossing voor beide componenten van de complexe modulus (norm | E* | van de complexe modulus en fasehoek #).

Repaling van de zuiver elastische componenten (£„,)

De zuiver elastische componenten (E^) werden voor de zestien mengsels en de acht bindmiddelen uit diagrammen van Black afgeleid, door de krommen voor fasehoeken gelijk nul te extrapoleren. Voor deze extrapolatie werd gesteund op een regressielijn afgeleid uit de resultaten voor temperamren beneden 25 °C (zie het voorbeeld op figuur 1).

Boven deze grens is de relatie mssen log (| E* |) en * niet langer lineair, en dit geldt in het bijzonder voor bimmina die met polymeren zijn gemodificeerd.

Figuur 1 : Diagram van Black voor bindmiddel D en de overeenkomstige mengsels: afleiden van de elastische component van de complexe modulus.

De herleide variabele X = log («j.D

De hoofdkromme van de complexe modulus van een gegeven materiaal wordt gewoonlijk afgeleid uit een logaritmische weergave (isothermen van de stijfheidsmodulus als functie van de frequentie), waarbij de verschuivingsfactoren log (aj.O min of meer willekeurig worden bepaald. De werkwijze die in deze bijdrage wordt toegepast, steunt op de vergelijking van Arrhenius om de verschuivingsfactor vast te stellen waarmee de hoofdkromme moet worden geconstrueerd :

log (a^) - 0,4343 ^ ( 1 - ± ) (4)

Hierin is : öH een activeringsenergie van de orde van 50 kcal/mol/K, R de gasconstante (1,98 cal/mol/K),

T de beproevingstemperamur (in Kelvins), Ts een referentietemperamur (in Kelvins).

Vergelijkende proeven mssen laboratoria (ref 3) hebben uitgewezen, dat deze formule in vele gevallen geldig is en twee grote voordelen biedt:

1) de referentietemperamur Ts kan willekeurig in het bestreken gebied worden gekozen ; 2) één parameter - de activeringsenergie ÖH - volstaat om uit te maken in welke mate de

verschuivingsfactor van de temperamur afhangt.

De hoofdkromme wordt dan een functie van de herleide frequentie ;^ = log (a^) . log (f)

(5)

en met deze hoofdkromme stemt dan een exponentiële functie

>=5

F(X) =C, . £ C , . Z ' (6)

overeen voor de gehele verzameling van waargenomen punten, verschoven naar een referentietemperamur Ts = 15 "C (T = 288 °K in de formule).

Construeren van de hoofdkromme van de | E* | -modulus ,

De uiteindelijk vastgestelde relatie is het resultaat van een iteratieve berekening :

- parameter 6H in de vergelijking van Arrhenius wordt trapsgewijs verhoogd van 35 tot 65 kcal/mol/K, met incrementen van 0,5 ;

- voor elke ÓH-waarde doet het programma het volgende : aanpassen van de veeltermige functie (6) ;

berekenen van de correlatiecoëfficiënt en de standaardafwijking mssen resultaten van metingen en van berekeningen met deze functie ;

- de 6H-waarde waarbij de standaarddeviatie het kleinst is, wordt uiteindelijk als ware waarde aangenomen (zie de voorbeelden van de figuren 2 en 3).

__ 0.24

"5 0.22

jBinder D SBS-Bitumenf

ai

_0.06'

30 35 40 49 SO

Activation KnpTigy SH (kcal/moIe/K)

55

Figuur 2 : Verandering van de standaardafwijking met ÖH tijdens het construeren van een hoofdkromme.

Figuur 3 : Hoofdkromme verkregen door öH en log (öj) aan te passen.

Hoofdkromme van de fasehoek (<i>>

Deze werkwijze kan ook worden gevolgd om de verschuivingsfactor en de exponentiële functie voor de fasehoek te bepalen. De hoofdkromme van de fasehoek kan dan worden gekarakteriseerd door haar eigen activeringsenergie öH^ en exponentiële functie. Figuur 4 geeft hiervan een voorbeeld voor bindmiddel D.

X = log ((xT.Fr)

807 0 6 0 -^ 5 0 -G w 4 0 -a 3 0

-cu

20-^ 10-[ 1 A 1 '^^ ^ * S H I H M H É C • —

1

u t i •*

1 ^

! • \ -i j

1 X

ï Q ^ 2 1 1 i 1 Binder D SBS Bitumea | | i \

N

A -^

%!. 1

a

' ' * — » ^ 1

t 1

8 10

Algemene resultaten ,.

Uiteindelijk staat voor een volledige beschrijving van de complexe modulus van een gegeven materiaal (bindmiddel of asfaltmengsel) een reeks van vijftien parameters ter beschikking : • de zuiver elastische modulus E 00,

• de activeringsenergie öHg voor de verschuivingsfactoren voor | E* |, • de zes termen van de exponentiële functie voor de modulus,

• de activeringsenergie ÓHg voor de verschuivingsfactoren voor de fasehoek, • de zes termen van de exponentiële functie voor de fasehoek.

Er werd een aparte analyse verricht voor de stijfheidsmodulus en voor de fasehoek $. Daarbij konden de complexe modulussen van de bindmiddelen worden berekend voor de combinaties van vier temperamren en vijf frequenties die in de buigproeven op de zestien asfaltmengsels (acht ZOAB- en acht DAB-mengsels) waren gebruikt. In tabel 2 staan enkele van de voornaamste gegevens met betrekking tot de eigenschappen van de vierentwintig onder:^ochte materialen. Tabel 2 : Complexe modulussen van bindmiddelen en mengsels

A B C D E F G H Bindmiddel 5H (kcal/ mol) 41 40 40 40 38 40 45 37 T = 30°C, f = 10 E' (MPa) 6.76 2,51 7.77 2.98 4,19 7.14 5,44 3.68 *

n

58 55 56 63 59 53 63 53 (MPa) 2180 2384 2010 1972 1909 2047 2363 2386

Zeer open asfaltbeton ( Z O A B )

(kcal/ mol) 46 40 45 46 41 46 50 40 T = 30 'C. f = 10 E* (MPa) 1255 793 2106 554 869 1341 1833 886 * (°) 41 35 28 47 38 33 29 34 E« (MPa) 15391 14825 16894 13440 11709 16882 14276 13874

Dicht asfaltbeton (DAB) 5H (Vcal/ mol) 48 41 44 44 38 47 43 43 T = 30 'C. f = 10 E* (MPa) 1789 964 2906 990 2192 2288 2984 1546 * 50 47 41 55 43 38 37 39 E„ (MPa) 32940 29015 32078 33702 34691 32296 30062 32527 ANALYSERESULTATEN Norm van de modulus

Op figuur 5 zijn de proefondervindelijk bepaalde waarden van R* = |E*|/Eoo voor de zestien mengsels uitgezet tegen de overeenkomstige waarden voor de bindmiddelen waarmee deze mengsels werden bereid. Het blijkt dat de eerder voor zuivere bimmina vastgestelde relatie ook voor andere bindmiddelen geldt. Het verschil mssen ZOAB- en DAB-mengsels is toe te schrijven aan het verschil in samenstelling (verschillende Va/Vb : zie tabel 2).

Fasehoeken van de mengsels en f|^ ^yin^middelen

Evenzo konden met de gegevens die voor de fasehoeken van de mengsels en de bindmiddelen waren verkregen, de krommen worden geconstrueerd die op figuur 6 zijn afgebeeld.

Zolang de fasehoek van het bindmiddel kleiner blijft dan 40 °, bestaat er mssen de fasehoeken van het mengsel en het bindmiddel een evenredigheidsfactor van 0,3 en is er geen merkbaar verschil mssen de twee soorten van mengsels.

Boven deze grens vertonen de fasehoeken van de mengsels de neiging die van de bindmiddelen te benaderen. Deze neiging is evenwel minder groot bij mengsels met een hoge holle ruimte en een laag bindmiddelgehalte (ZOAB's).

Toetsing van de formules (2) en (3)

De stijfheidsmodulussen van de zestien mengsels werden voor de verschillende (T,f)-combinaties van de proeven berekend door de mengselkenmerken (tabel 2) in de formules (1), (2) en (3) in te voeren. Statistische analyse van de gemeten en berekende waarden gaf een correlatie en standaardafwijking van dezelfde orde van grootte als bij eerder verricht onderzoek (ref. 4).

8 0) 3 3 o CJ 3 -O 0.01-^^ 0.0001 0.001 0.01 0.1

Reduced modulus of binder B* = |E?|/Ecx>

Figuur 5 : Verband mssen de herleide modulussen van de mengsels (R*) en de herleide modulussen van de overeenkomstige bindmiddelen (B*).

70- 80-X

E

o £: _{• »} o c (O <s (O ns 50 40 30-20 10 OBMOansa Mix PCM-P«rvious Mix

U

10 20 30 40 SO

Phase angle of the binder

60 70

Figuur 6 : Verband mssen de fasehoeken van de mengsels en die van de bindmiddelen.

CONCLUSIES

Er is een algemene methode ontwikkeld voor het interpreteren van reologische gegevens, waarmee uit deze gegevens fundamentele kenmerken van mengsels en bindmiddelen kunnen worden afgeleid. De meüiode biedt de volgende voordelen :

• nauwkeurige schatting van de complexe modulus voor om het even welke combinatie van temperamur en frequentie in het gebied van de lage frequenties ;

• mogelijkheid tot vergelijken van resultaten die bij verschillende temperamren en/of frequenties zijn verkregen ;

• als gevolg daarvan : geen behoefte aan standaardisering van proefvoorwaarden.

Met behulp van deze methode zijn proefiresultaten geïnterpreteerd voor bindmiddelen alleen en voor asfaltmengsels waarin deze bindmiddelen waren toegepast. De geldigheid van de vooruitberekeningsmethode werd bevestigd en er kon een relatie worden vastgesteld mssen de fasehoeken van de mengsels en die van de overeenkomstige bindmiddelen.

De twee componenten van de complexe modulus van mengsels met polymeerbindmiddelen kunnen worden berekend uit de complexe modulus van het bindmiddel en de volumetrische samenstelling van het mengsel.

LITERATUUR V - i ^

1. L. Francken. J. Verstraeten : Relation entre le module de rigidité d'un enrobé bimmineux et le module de cisaillemeni du bimme qu'il renferme.

2. L. Francken : Belgian Experience witii Modified Binders. Highway Research : Sharing die Benefits. Conference organized by the Insnmtion of Civil Engineers in cooperation with die US Strategic Highway Research Program, London, October 1990.

3. A. Verhasselt, F. Choquet: A New Approach to Smdying die Kinetics of Bimmen Ageing. Proceedings of die International Symposium "Chemistry of Bimmens", Vol. II, pp. 686-705, Rome, 1991.

4. L. Francken, C. Clauwaert: Characterization and Strucmral Assessment of Bound Materials for Flexible Road Strucmres. Proceedings of the Vldi International Conference on die Strucmral design of Asphalt Pavements, Ann Arbor, Michigan, 1987.

HET SCHEURGROEIMECHANISME IN ASFALTMENGSELS

Maarten M.J. Jacobs • KOAC»Wegmeetdienst

Schumanpark 43

7336 AS APELDOORN

Piet C. Hopman en André A.A. Molenaar

Technische Universiteit Delft, Faculteit der Civiele Techniek Laboratoriiun voor Weg- en Spoorwegbouwkunde, Postbus 5048 2600 GA DELFT

Samenvatting

Een aanzienlijk deel van de schade aan flexibele verhardingen (asfalt) wordt veroorzaakt door scheuren aan de bovenzijde van de asfaltlaag. Deze schade wordt veroorzaakt door scheurgroei van de bodem van de asfaltlaag naar het oppervlak (structurele schade) of door schade als gevolg van processen die zich aan het oppervlak van de verharding afspelen (verkeersbelasting, weersinvloeden, veroudering door UV licht, etc.)

Er zijn reeds diverse modellen beschikbaar om het scheurgroeiproces in asfaltmengsels te beschrijven. Het grote nadeel van deze modellen is het feit dat deze gebaseerd zijn op fenomenologische benaderingen en niet op fundamentele aanpakken. Om hieraan tegemoet te komen is een experimenteel onderzoekprogramma op diverse asfalt deklaagmengsels uitgevoerd. Een van de onderdelen van dit onderzoekprogramma betrof het uitvoeren van uniaxiale trekproeven onder herhaalde belastingcondities, zowel zonder als met rustperioden. Tijdens de dynamische proeven is het scheurgroeiproces onder andere gemeten door middel van een scheurfolie, die op de buitenzijde van de proefstaaf gelijmd wordt. De folie registreert de groei van de macroscheur als gevolg van de dynamische belasting.

Uit de meetresultaten met de scheurfolie blijkt dat het scheurgroeiproces in asfalt niet continu verloopt: in het proefsmk ontstaan diverse kleine macroscheurtjes, die uiteindelijk samengroeien tot een grote macroscheur. Uit een statistische analyse van de meetdata (door middel van de zogenaamde Principal Component Analysis) kan geconcludeerd worden dat het scheurgroei-proces in asfalt uit drie parallel optredende scheurgroei-processen bestaat:

cohesieve scheurgroei door de mortel,

adhesieve scheurgroei op het scheidingsvlak mssen mortel en aggregaat en

een scheurvertragend proces. Hiermee wordt een tijdelijke scheursnelheidsvertraging bedoeld als gevolg van een verandering van de scheurgroeirichting door de aanwezigheid van aggregaat en holle ruimte in de voortplantingsrichting van de scheur.

Het onderscheid tossen de scheurgroei-eigenschappen van de diverse asfaltmengsels wordt veroorzaakt door verschillende bijdragen van ieder parallel proces aan het totale scheurgroeigedrag.

Inleiding . -<:

Een aanzienlijk deel van schade aan asfaltverhardingen wordt veroorzaakt door de aanwezig-heid van scheuren aan de bovenzijde van de asfaltlaag. Deze schade kan twee oorzaken hebben:

structurele schade, waarbij de scheur van de onderzijde van de asfaltlaag naar het oppervlak groeit,

processen, die zich afspelen aan de bovenzijde van de asfaltlaag zoals bijvoorbeeld ver-keersbelastmg, weersomstandigheden, veroudering door UV licht.

Aan de Technische Universiteit Delft is onderzoek verricht naar de achtergrond van het ontstaan van scheuren in asfalt. Het doel van het onderzoek was het verkrijgen van fundamen-teel inzicht in het scheurgroeiproces in asfaltmengsels. De praktische doelen waren de bepaling van de invloed van mengselsamenstelling en belastingcondities op het vermoeiings- en scheur-groeigedrag van diverse deklaagmengsels en een bijdrage te leveren aan het begrijpen van de interactie mssen mortel, aggregaat en holle ruimte. Hierdoor is het in de toekomst mogelijk asfaltmengsels te ontwerpen met een grotere weerstand tegen vermoeiing en scheurgroei.

In deze bijdrage wordt aandacht besteed aan de resultaten van dynamische uniaxiale trek-proeven, die verricht zijn op diverse deklaagmengsels. Tijdens deze proeven wordt het scheur-groeiproces o.a. gemeten door middel van een scheurfolie, die op het oppervlak van de proefstaaf gelijmd wordt. Deze folie meet de groei van de macroscheur in de asfaltproefstaaf als gevolg van de dynamische belasting. De resultaten van de scheurfoliemetingen zijn door middel van een statistische methode, de zogenaamde Principal Component Analysis (PCA), geanaly-seerd. In deze bijdrage worden de resultaten van de scheurfoliemetingen en de PC A-analyse toegelicht. Voor een uitgebreidere discussie van de resultaten worden verwezen naar Jacobs QJ.

Het experimenteel programma

v-i.-- »

Om inzicht te krijgen in de variabelen, die het scheurgroeiproces van asfalt bepalen, is een groot laboratoriumonderzoek verricht met behulp van de uniaxiale trekproef. Hierbij zijn voornamelijk deklaagmengsels beproefd. Om een stabiel scheurgroeiproces te bewerkstelligen zijn de proeven verplaatsingsgesmurd uitgevoerd. Naast continue sinusvormige belastingen werden ook sinusvormige belastingsignalen met rustperioden opgelegd. De meeste proeven zijn uitgevoerd bij een frequentie van 8 Hz; de temperamur is constant gehouden door de proeven uit te voeren in een geconditioneerde ruimte. Elke belastingconditie is minimaal in 3-voud herhaald. In figuur 1 is een afbeelding van de proefstaaf weergegeven. De afmetingen van de proef sta ven bedragen 150-50-50 mm. Om de zone waarin de scheurgroei tot ontwikkeling komt vooraf vast te leggen, is de proefstaaf aan beide zijden voorzien van een zaagsnede.

De lengte van de macroscheur wordt aan het oppervlak van de proefstaaf gemeten door middel van de scheurfolie. Er is gebruikt gemaakt van een ladder-achtige scheurfolie met een sport-afstand van 1 mm en een sportlengte van 41 mm; de dikte van de folie is 5 /xm. ledere sport is verbonden met een meetcomputer, die elke 2 seconden de toestand van de sport aftast: gescheurd of niet gescheurd. Op deze manier wordt de lengte van de macroscheur aan de buitenzijde van de proefstaaf gemeten. (N.B. De in figuur 1 weergegeven Crack Opening Displacement (COD) metingen worden in deze bijdrage niet besproken. Hiervoor wordt verwezen naar [IJ)

Teneinde het vermoeiings- en scheurgroeiproces in asfalt te onderzoeken, is een breed scala aan asfaltmengsels beproefd: zandasfalt (ZA), dichtasfaltbeton 0/8 (DAB8), dichtasfaltbeton 0/16 (DAB 16), dichtasfaltbeton 0/16 met een gemodificeerd asfalt (DABmod) en steenmastiek-asfalt O/U (SMA). Het grootste verschil tussen de diverse mengsels betreft de grootte van het