nummer 3 2017

2

Verkeer, Wegen & MobiliteitVerkeer, Wegen & Mobiliteit

Op korte termijn beschouwd is scheur-vorming nog het minst erg, al is dit wel structurele schade die op de langere termijn zorgt voor grote kostenposten voor de maatschappij. Daarentegen hebben de schadebeelden deformatie en rafeling in het bijzonder, de zogenaamde textuurveranderingen, wel direct en doorlopend effect op de genoemde aspecten comfort, geluidsemissie en veiligheid. Daarom is het van belang deklagen zo te ontwerpen en te onder-houden dat rafeling wordt teruggedron-gen of voorkomen, al is dit laatste wellicht een utopie. Maar dat het beter kan en moet, dat leidt geen twijfel.

SluipschadeRafeling is een fenomeen dat als een sluipschade ontstaat in de deklagen. Het is het verlies van steenslag aan het oppervlak door invloed van verkeer, van het weer en door veroudering van het bindmiddel. Het verlies van een enkele steen aan het oppervlak is natuurlijk geen probleem. Maar bij rafeling is er

meestal, zeker bij de steenrijke deklaag-mengsels zoals ZOAB, SMA en dunne geluidreducerende deklagen, een soort domino-effect dat optreedt, waardoor de snelheid van meer steenverlies steeds meer toeneemt. Immers, zodra er één steen uit de oppervlaktematrixweg is komt er ruimte voor andere stenen rond het ontstane gat in de deklaag om zich in horizontale zin te verplaatsen. Dit met als gevolg een versneld uittreden van meer stenen uit dit deel van het wegdek-oppervlak. De foto’s laten zien hoe rafeling zich in ernstige vorm manifes-teert. De belangrijkste oorzaak bij rafeling is dat de hechting van de steen in de mastiek van de deklaag wegvalt, of dat de mastiek zelf de bindende werking verliest door invloeden van buitenaf (verkeer, het weer).

Zinvol onderzoek Bij mengselontwerpen van asfaltbeton, vooral van de steenrijke deklagen, is aandacht voor de wisselwerking tussen het bindmiddel bitumen en de steen

belangrijk. De vraag is of kan worden bepaald of er sprake is van een goede asfaltmix. Is er een ‘goed huwelijk’ mogelijk tussen bitumen en steen?. Een huwelijk ook dat goed blijft op langere termijn: blijft de bitumen gehecht aan de steen en vice versa? Door proeven uit te voeren die de werkelijkheid goed nabootsen kan dit vooraf worden bepaald. Er zijn testen op de markt, zoals de ARTe, SR-ITD en de RSAT die hierover relevante informatie genereren. De RSAT - Rotating Surface Abration Test - is daarvan in Nederland inmiddels het meest bekend. Deze proef wordt ruim vijftien jaar gebruikt in Nederland, in eerste instantie vooral voor mengselont-werp maar ook inmiddels voor monsters uit gerealiseerde deklagen, en wordt nog steeds doorontwikkeld. Momenteel zijn er twee RSAT- opstellingen in Nederland beschikbaar waardoor kennis hierover versneld beschikbaar komt. Deze test genereert kennis en kan daarmee wegen verbeteren, mits de resultaten goed worden gebruikt in de praktijk.

Rotating Surface Abration Test (RSAT)

Rafeling wordt voorspelbaar en te voorkomen

Problemen aan het wegdek zijn altijd reden voor discussie bij gebruikers, wegbeheerders en aannemers. Immers, wat is er aan de hand, hoe erg is het en bovenal wie kan er

op worden aangesproken? Schade aan deklagen is direct van invloed op bijvoorbeeld het comfort, de geluidsemissie, de veiligheid en/of de doorstroming van het verkeer.

Zaken die al snel leiden tot (maatschappelijke) kosten. Omdat rafeling het meest belangrijkste schadebeeld is bij de meer populaire deklagen als ZOAB, SMA en ook

de stille deklagen, is het zaak dit fenomeen meer onder controle te krijgen.

Rafeling deklaag

nummer 3 2017

3

RSAT-basisprincipe Illustraties op deze pagina geven de principewerking weer van RSAT. In een geconditioneerde ruimte wordt een asfaltproefstuk al roterend met een wiel met vooraf bepaalde druk belast voor een bepaalde tijd. Geconditioneerd betekent dat alle proefstukken bij een vooraf vastgestelde temperatuur (normaal 20° Celsius) worden beproefd en dat het mate-riaalverlies continu wordt ingewogen over de gehele duur van de proef. Daarmee wordt een duidelijk beeld verkregen hoe het rafelingsproces zich in de loop van de tijd ontwikkeld. De RSAT bootst zo het gedrag na van asfalt bij een belasting over circa acht jaren, maar dan versneld binnen een dag. De RSAT kan beproevingen overigens uitvoeren tussen een temperatuurbereik van -10° tot +30° Celsius zodat deklagen worden getest onder extreme omstandig-heden.

’Vergelijkend warenonderzoek’Wat laten de RSAT-resultaten nu feitelijk zien? RSAT is een destructieve proef die zowel voor mengselontwerpen als voor asfaltmonsters uit gerealiseerde wegen-werken kan worden uitgevoerd. Het resultaat is het gewicht aan vrijgekomen stenen (gram) per tijdseenheid over 24 uur. Dit is een proef met relatieve uitslagen. Immers, het gegeven dat een monster x gram stenen verliest zegt niets zolang niet bekend is waarmee het monster, het asfaltproduct, moet worden vergeleken. Er moet dus altijd een referentieproefstuk zijn om de resultaten te duiden. Overigens kunnen ook RSAT-resultaten uit het verleden zorgen

voor vergelijkingsmateriaal en zo kennis genereren over nieuwe resultaten en om ze in het juiste perspectief te plaatsen.

Beproefde proefstukken Naast het constateren van het steenver-lies als functie van de tijd is er natuurlijk ook het proefstuk zelf. Dit moet zowel vooraf, alsook achteraf na de RSAT-proef visueel worden beoordeeld. Daarbij is er vrijwel nooit sprake van een herhaalbaar-heid op resultaten van de visuele beoordeling. Het is immers niet zo dat bij meerdere proeven op een mengsel er altijd op dezelfde plaats binnen het proefstuk het steenverlies zichtbaar of aantoonbaar is. Soms is het rafelings-patroon enigszins gelijkmatig, maar vaak is er sprake van concentraties binnen het vlak waar meer rafeling aan de orde is. Vooral bij proefstukken waarbij boorker-nen worden gebruikt (‘echt’ asfalt uit de

weg dus) zie je vaak dat een van de drie boorkernen binnen het RSAT-proefstuk als eerste het fenomeen rafeling laat zien. Dit is normaal. Immers, boorkernen worden al dan niet op verschillende plaatsen in de weg genomen (in het spoor, buiten het spoor, in de vluchtstrook, op linker of rechter rijstrook). En al hebben deze locaties grof beschouwd dezelfde belasting gehad, in detail echter heeft de ene locatie meer belasting gehad dan de andere met als gevolg dat ergens het rafelingsproces als eerste zal optreden. Daarom is duidelijk dat niet alle boorker-nen exact hetzelfde laten zien in rafeling. De ervaring met RSAT is overigens wel dat bij het inzetten van een beperkt aantal RSAT-monsters (drie tot zes) er sprake is van een relatief beperkte spreiding binnen de resultaten zodat voor een mengsel of deklaag de resulta-ten goed met elkaar te vergelijken zijn.

RSAT Principe

RSAT conditioneringsruimte

nummer 3 2017

4

Er kan dan best een verantwoorde uitspraak worden gedaan over de rafelingsgevoeligheid. De visuele beoordeling geeft daarnaast indicaties over stroefheid en deformatie van het monster. Indien nodig kunnen daartoe vooraf en na de RSAT-beproeving aanvullende metingen op gedaan worden.

Wat betreft de spreiding in de RSAT-resul-taten geldt dat er voldoende proefstuk-ken (minimaal drie) van een mengsel of een weg getest moeten worden om een enigszins verantwoord beeld te krijgen. Figuur 1 laat zien dat er wel degelijk verschillen bestaan in de rafelingsgevoe-ligheid van verschillende SMA-mengsels in ontwerpmengsels. Daarbij gaat het

dan wel om SMA dat volgens de Stan-daard RAW Bepalingen is ontworpen en dus de naam SMA terecht toegekend krijgt. En dan wordt duidelijk dat de spreiding in steenverlies per serie SMA-monsters best aanzienlijk is. Ook als de uitschieter in figuur 1 (SMA3) buiten beschouwing blijft, dan is er nog steeds een significant verschil tussen de eerste twee en de laatste twee SMA-mengsels in deze grafiek: van minder dan 10 gram gemiddeld versus naar een verlies tussen 20 en 40 gram.Van deze SMA-mengsels zijn overigens ook boorkernen in gerealiseerde werken genomen en met de RSAT beproefd. Dan blijkt dat de verschillen tussen de mengsels kleiner zijn, maar de resultaten komen wel overeen met de proefstukken die in het laboratorium zijn vervaardigd. Een conclusie uit deze grafiek is dat de keuze voor juiste bindmiddel in combina-

RSAT inwegen steenverlies RSAT dunne stille deklaag

Figuur 1 Variaties in steenverlies SMA-mengsels

tie met mineraal echt invloed heeft op het rafelingsgedrag. Doordat de produ-cent vooraf naar RSAT of gelijksoortige data vraagt, of door eisen te stellen aan rafelingsparameters van mengselontwer-pen (al dan niet binnen bandbreedte) kan het rafelingsprobleem in de toekomst worden voorkomen of gereduceerd. Voor de dunne geluidreducerende

RSAT op SMA RSAT op SMA variant

nummer 3 2017

5

deklagen is in de nieuwe Standaard RAW Bepalingen wel al een expliciete maar te algemene bepaling opgenomen. De ervaring laat zien op dit moment dat opdrachtgever en -nemer er nog (te) weinig of niets mee doen. Op grond van alleen dit indicatief onderzoek al is duidelijk dat rafelingsonderzoek voor alle steenrijke deklagen een must moeten zijn en kansen biedt om wegen te verbeteren. Steenverlies in ZOAB Ook binnen ZOAB-mengsels is - en dat is niet vreemd - ook sprake van significante verschillen in de hoeveelheid steenverlies (zie figuur 2). Er kunnen ZOAB-mengsels met en zonder modificatie met elkaar worden vergeleken (de stippellijnen in de grafiek). Maar ook RSAT-platen met boorkernen uit onbehandeld ZOAB en ZOAB met een onderhoudsmaatregel (de doorgetrokken lijnen in de grafiek). Steeds wordt duidelijk dat ZOAB met een

toevoeging (of het nu in het mengselont-werp zit of in de weg is aangebracht na enige jaren) beter presteert. Deze grafieken zijn het gemiddelde van meerdere onderzoeken zoals die in 2016 zijn uitgevoerd. De doorgaande lijnen zijn van boorkernonderzoeken, de gestreepte lijn van in het laboratorium vervaardigde proefstukken. Dit zijn in figuur 2 de bovenste twee grafieklijnen. Ook wordt duidelijk dat ZOAB-lagen met gemodificeerde bitumen of aparte nabehandelingen om rafeling te voor-komen veel betere RSAT-resultaten laten zien (dit zijn de groene lijnen in figuur 2). Het steenverlies van deze mengsels is slechts een kwart van normaal.

Deklaagcoatings De RSAT-proef kan ook zinvol worden toegepast op bijvoorbeeld slijtlagen, markeringen en coatings. Er worden steeds meer coatings en seals ontwikkeld voor deklagen en de kwaliteit ervan is

Figuur 2 Steenverlies ZOAB-mengsels mengselontwerp versus monsters uit de weg

vaak afhankelijk van de wijze van aanbrengen en/of de binding tussen coating en de ondergrond. Om te bepalen of een coating ook effect heeft is RSAT een snelle, betrouwbare en transparante proef. Figuur 3 geeft een voorbeeld van een coating op SMA waar, tegen de verwach-ting van de coatingleverancier in, een negatieve impact is op het totale steenver-lies. Het vooraf beproeven van coatings in een proef als RSAT kan schade of faalkosten in de exploitatie van de coating in combinatie met de deklaag voorkomen. Er zijn overigens ook proeven beschikbaar waar duidelijk is dat weer andere coatings wel degelijk echt voordeel en nut hebben op deklagen. Figuur 3 hier is puur ter illustratie bedoeld.

Lineair of progressief steenverliesHet steenverlies in gewichtseenheid als functie van de belastingtijd geeft een curve. (Zie figuur 2 en 3.) In het algemeen geldt voor deze curves bij beproefde mengselontwerpen dat, na een beperkt initieel verlies, het overige steenverlies tot aan einde proef vrij lineair verloopt. En hoe flauwer de hellingshoek is, hoe meer weerstand er is tegen rafeling. Is er echter sprake van niet-lineair gedrag, dat wil zeggen vroegtijdig steenverlies dat afvlakt na verloop van tijd (na acht, of na twaalf uur) of steenverlies dat pas na verloop van tijd ontstaat en dan versneld toeneemt, dan kan gesteld worden dat de deklaag het zogenoemde domino-effect in zich heeft. Dit komt veel voor bij het testen van monsters uit de weg die al enige tijd aan verkeer en klimaat zijn blootgesteld. Zichtbaar wordt in deze gevallen vaak dat, bij eenmaal optreden van rafeling, dit proces zich progressief ontwikkeld in de deklaag.

KostenbesparingVerschillen in RSAT-resultaat hebben uiteraard verschillende oorzaken. Van invloed zijn mengselontwerp, holle ruimte (is het mengsel erg open, dan treedt rafeling eerder op), leeftijd, wel of niet al belast, maar ook altijd spreiding in individuele proefplaten. Belangrijk is vooral om goed referentiemateriaal te gebruiken bij het beoordelen van de uitkomsten van de resultaten.De RSAT maakt duidelijk dat met een rafelingstest er discriminerende resul-Figuur 3 Steenverlies SMA met en zonder coating

nummer 3 2017

6

taten zichtbaar worden voor steenrijke deklagen die in naam en volgens de regelgeving weliswaar hetzelfde zijn, maar in hun rafelingsgedrag onder gelijke omstandigheden beproeft echt significante verschillen geven. Functionele eigenschappen, wegdekken-merken die er toe doen, waaraan eisen worden gesteld, moeten ook te controle-ren zijn. En met proeven zoals RSAT zijn partners in de wegenbouw (producent, innovator, verwerker en wegbeheerder) in staat betere antwoorden op rafeling te geven. Dit in plaats van alleen maar een statement geven in de zin van dat

RSAT op boorkern

RSAT boorkern detail

rafeling een feit is. Door onderzoek vooraf of na realisatie is te controleren of de keuze van grondstoffen en/of de wijze van verwerking wel degelijk een effect hebben op het resultaat.Er is nog te weinig besef dat goed en slim onderzoek vooraf enorme kostenposten in de exploitatie kan beperken (onder-houdsbehoefte wordt minder frequent).Met het uitvoeren van rafelingsproeven wordt rafeling op steenrijke deklagen voorspelbaar. Met andere woorden, slechter presterende mengsels zijn op voorhand bekend, bij zowel opdrachtge-ver, aannemer en producent. Ook hier geldt dat kleine investeringen vooraf, door het uitvoeren van een goed onder-

zoek veel schade (en dus veel kosten) kunnen voorkomen.Het zou goed zijn als meer partijen in de wegenbouw dit soort onderzoeken en beschouwingen uitvoert en in overleg met betrokken partijen betere conclusies trekt over het al dan niet toepassen van deklagen en/of onderhoudstechnieken. Het loont meer dan de moeite en zorgt voor flinke kostenreductie in de exploi-tatie van het asfaltwegdek. n

Ir. A.G. Kneepkens, ir. J. Heesbeen

Meer informatie over RSAT en rafeling op:

www.rafelinginzicht.nl

RSAT boorkern ZOEAB+ RSAT wiel na proef

RSAT op mengselontwerp