Frank Bijleveld – PhD researcher

Uitvoeringsproces asfaltwegenbouw

1. PhD-research - algemeen

2. Walsstrategieën in de Nederlandse wegenbouwpraktijk

3. Simuleren van walsstrategieën in het laboratorium

4. Conclusies en stellingen

Opbouw presentatie

Probleem domein Domein:

• Uitvoeringsproces:

• Productkwaliteit vrij goed gedefinieerd, proceskwaliteit niet (5% literatuur)

Enkele belangrijke trends:

• Veranderende contractvormen met langere garantieperioden

• Technologieën in toenemende mate beschikbaar, adoptie langzaam

• Impliciet proces relatie ‘proces ↔ kwaliteit’ onduidelijk (good / poor

practices?)

• Ervaringsgedreven industry individuele, impliciete, lange leercycli

PhD-research

Netwerk: ASPARi (UT + 11 contractors)

Tot nu toe: 35 projecten + 2 large-scale experimenten in 4 labs

Data-verzameling

• Verdichting belangrijk – literatuur en praktijk

• Temperatuur belangrijk – invloed op kwaliteit onduidelijk

• 2,3 walsen – voor- hoofd- en na-verdichting

• Instructies machinisten veelal onduidelijk: • “Om ervoor te zorgen dat de asfaltbaan zo vlak mogelijk blijft, dien je

op een goede manier van rijrichting te veranderen” (SOMA)

• Na het voltooien van de taak, kun je: Typen walsen benoemen, op de

juiste wijze van richting veranderen, machine op de juiste wijze

kunnen controleren, bedienen, hanteren en wegzetten (SOMA)

• Intelligent compaction technologies beschikbaar • Bruikbaarheid onduidelijk (stiffness vs. density vs. mech.)

• Adoptie in de praktijk langzaam

• Machinisten werken op basis van ervaring

Focus: Operationele strategieën walsproces

Papers

2 papers:

1. Expliciet maken ‘common practices’

• ‘Wat ze doen’

2. Simuleren walsstrategieën in lab

• ‘Wat ze moeten doen’

• Toewerken naar betere en gerichte instructies

• Gebruikmakend van huidige ervaringskennis

Variabiliteit voor het walsproces

Stops afwerkmachine HMA-surface layers (30-50 mm)

HMA-base/bind layers (50-80 mm)

WMA-base/bind layers (60-80 mm)

12 lagen 20 lagen 3 lagen

# stops gem. T drop

# stops gem. T drop

# stops gem. T drop

0-3 minuten 21 25 °C 28 22 °C 1 Nauwelijks

waarneem-baar

4-9 minuten 17 40 °C 34 33 °C 10 18 °C

10-15 minuten 3 55 °C 7 46 °C 1 30 °C

15-50 minuten 5 63 °C 12 62 °C 1 50 °C

Mixture and weather condition

point Roller type and sequence

number of passes

compact time

compact temp

Time between paver-1st pass

HMA - AC 22 base (80 mm) 15-17 °C, solar 100-200 W/m2, wind 8-13 km/hr

1 tandem 10 38 130-85 5

3-drum 15 53 115-60 14

2 tandem 11 30 145-100 2

3-drum 17 62 120-65 19

3 tandem 7 43 120-75 7

3-drum 17 90 110-70 10

4 tandem 7 43 120-65 9

3-drum 15 54 110-65 17

5 3-drum 10 65 140-70 10

tandem 11 30 125-60 32

6 3-drum 14 65 140-65 5

HMA - AC 22 base (80 mm) 5-10 °C, wind 5-8 km/hr, rain

1 combi 8 30 130-90 8

small tandem joints

2 combi 12 35 110-60 15

small tandem joints

HMA - AC 22 base (80 mm) 15-25 °C, solar 200-700 W/m

2, wind 0-1 km/hr,

clear&dry

1 tired 6 11 150-125 2

tandem 11 35 125-80 16

2 tired 6 6 155-140 1

tandem 9 27 140-90 7

3 tired 6 11 155-120 2

tandem 11 35 120-80 17

4 tired 5 4 130-100 1

tandem 8 29 100-75 8

Variabiliteit walsproces

Wals-set

Strategie

base/bind 80 mm base/bind 50-60mm WMA 60-80 mm Surf 40-50 mm Surf 30-35 mm

3 projects 12 projects 4 projects 3 projects 7 projects

1. tandem, 3drum

2. combi, small tandem

3. tired, tandem

1. tired, tandem, 3drum (3x)

2. tandem, 3drum (3x)

3. 3drum, tandem, 4. tandem 5. tired, tandem 6. combi, tandem 7. tandem, tandem 8. small-tandem,

tandem

1. tandem, 3drum (2x)

2. 3drum, tandem 3. small tandem,

tandem

1. small tandem, tandem (2x)

2. 3drum, tandem

1. 3drum, tandem (6x)

2. tandem, 3drum

On-site en lab-density

• R2 lijkt redelijk, maar gem. afwijking is 48 kg/m3

• Oftewel 1-3% dichtheid = essentieel (?)

• Hoe bijsturen en instructies geven?

Voorbeeld ‘common practice’ SMA 11B

Maar ook ‘best practice’??? lab

Cumulatief % 4-8 walsovergangen in 10-20 minuten

start verdichting tussen 160-130 °C stop verdichting tussen 100-90 °C

Common practices drierolwals SMA 0/8 30-35 mm

0

1

2

3

4

5

6

7

2 4 6 8 10 12 14 16 meer

Fre

qu

en

tie

aantal walsovergangen

0

1

2

3

4

5

10 15 20 25 30 35 40 45 meer

Fre

qu

en

tie

verdichtingstijd (minuten)

0

1

2

3

4

5

6

110 120 130 140 150 160 170 meer

Fre

qu

en

tie

asfalttemperatuur start verdichting (°C)

0

2

4

6

8

60 70 80 90 100 110 meer

Fre

qu

en

tie

asfalttemperatuur stop verdichting (°C)

Cumulatief %

6-8 walsovergangen verdichtingstijd afhankelijk van de weersomstandigheden

Cumulatief % start verdichting tussen 110-80 °C stop verdichting tussen 60-50 °C

Common practices tandemwals SMA 0/8 30-35 mm

0

1

2

3

4

5

6

7

2 4 6 8 10 meer

Fre

qu

en

tie

aantal walsovergangen

0

1

2

3

4

5

20 25 30 35 40 45 50 meer

Fre

qu

en

tie

verdichtingstijd (minuten)

0

1

2

3

4

5

6

60 70 80 90 100 110 120 130 140 meer

Fre

qu

en

tie

asfalttemperatuur start verdichting (°C)

0

2

4

6

8

40 50 60 70 80 90 meer

Fre

qu

en

tie

asfalttemperatuur stop verdichting (°C)

• Uitvoeringsproces steeds belangrijker

• Nieuwe technologieën beschikbaar om proces

expliciet te maken

• In staat om te zien ‘wat ze doen’

• Weten waar de variabiliteit zit lijkt veel te halen

• Mogelijkheden om procesvariabiliteit te verminderen

• Mogelijkheden om proces aan kwaliteit te relateren

• Van ervaring methoden en procedures

Conclusie 1

Focus paper 2

• ‘common practice’ ‘best practice’

• Simuleren walsstrategieën effecten kwaliteit

• Echter:

• ?

Dus:

• Monitoren en inbouwen temperatuur en afkoeling in procedures

• Inbouwen walsregimes (gemonitord buiten)

Aansluiten lab-praktijk verdichting

• 2 asfaltmengsels(10.000 kg materialen in 1 batch)

• AC 16 base 40/60 pen

• SMA 11 surf 70/100 pen

• 4 labs, 2 verdichtingsmethoden, 45 slabs, 768 kernen

• Variëren 1. temp-venster en 2. walsregime ITS-tests (dry and ret)

Experimental setup

• Experiment 1: Variëren temp-venster AC 16 base 40/60 pen

• Experiment 2: Variëren temp-venster SMA 11 surf 70/100 pen

• Experiment 3: Variëren walsregime SMA 11 surf 70/100 pen (1 lab)

Experimental design

Wals type Procedure 1 Procedure 2 Procedure 3

5x tandem 150 °C 120 °C 120 °C

5x tandem 115 °C 100 °C 80 °C

5x tandem 90 °C 80 °C 60 °C

5x tandem 70 °C 60 °C 40 °C

Afkoeling Procedure 1 Procedure 2 Procedure 3

150 °C 5x drierol 5x tandem 5x tandem

115 °C 5x drierol 5x tandem 5x tandem

90 °C 5x drierol 5x tandem 5x tandem

70 °C 5x tandem 5x drierol 5x tandem

50 °C 5x tandem 5x drierol 5x tandem

Wals type Procedure 1 Procedure 2

5x tandem 150 °C 120 °C

5x tandem 115 °C 100 °C

5x tandem 90 °C 80 °C

5x tandem 70 °C 60 °C

5x tandem 50 °C 40 °C

Variëren temp-venster AC 16 base

• Laagdikteprogressie constanter met slab compactor

(plaat niet draaien)

• Geen relatie vastgesteld afkoeling-kwaliteit, door grote

spreiding in dichtheid

• Zelfde methode en procedure: 2301-2371 kg/m3

Retained-waarden?

8081828384858687888990

voo

rve

rdic

hti

ng

wal

sfas

e 1

wal

sfas

e 2

wal

sfas

e 3

wal

sfas

e 4

laag

dik

te (

mm

)

Progressie laagdikte slab compacter lab 1

procedure 1, slab 1

procedure 1, slab 2

procedure 1, slab 3

procedure 2, slab 1

procedure 2, slab 2

procedure 2, slab 3

Variëren temp-venster SMA 11 surf

• Dichtheden tussen 100% en 102%

• Dichtheden afkoelingsprocedure 2 ca. 30 kg/m3 lager

en ITS ca. 10% hoger

Variëren walsregime SMA 11 surf

• 1

• 2

• 3

Drierol + tandem DH ca. 30 kg/m3 (1%) hoger

Maar scheurtaaiheid ca. 10% lager

Drierol te zwaar als eerst en creëert micro-

scheurtjes???

• Gedeeltelijk afkoeling en walsregimes in lab-

procedures kunnen bouwen, maar:

• Veel spreiding in DH en ITS

• Retained waarden - gebruik ITSR?

• ITS test niet goed genoeg om spreiding

onderscheiden?

• Vervolgonderzoek:

• Automatisch vullen mal reduceren spreiding?

• Kritische mengsels verdichting (DGD?)

• Valideren met gerichte praktijk-studie + GPS en temp-

monitoring

Conclusie 2

• Het walsproces in de Nederlandse wegenbouwpraktijk

• Aanzienlijke variabiliteit in het walsproces: Welke effecten en

standaardisatie zinvol? • Aanzienlijke spreiding nucleaire en lab-dichtheid: Aanleiding

om de on-site dichtheidsmetingen onder de loep te nemen en

hoe deze data gebruikt kan worden voor instructies?

• Volgende stap: Monitoring relateren aan weginspectie-data (Berwich)

• Simuleren van het walsproces in het laboratorium

• Simuleren walsproces in lab essentieel om voorafgaand aan uitvoering betere keuzes te kunnen maken en instructies aan

machinisten te geven

• Veel variabiliteit tussen laboratoria en asfaltplaten. In hoeverre

moeten we deze spreiding beter in ogenschouw nemen en welke consequenties heeft dit mogelijk voor de bestaande CE-

proeven?

Conclusie / stellingen

Acknowledgements

PQi‘s Lab Marco Oosterveld Maarten Jacobs

Marcel Sprenger Henry Scheafer

Mahesh Moenielal Jan van de Water

Peter van Hinthem Radjan Khedoe

Erik van de Beek Erik van de Beek

Erik den Hollander Evert Scholten

Gert Jan van Rijswijk Berwich Sluer

Johnny Koster André Bakker

Evert Scholten Remy van de Beemt

Bas Laureijssen Eric Zomerdijk

André Bakker Alex van de Wall

Rudi Dekkers Jacob Toonstra

Seirgei Miller Laurens Smal

André Dorée

En vele anderen…

Questions / discussion