Reflectiescheurvorming in samengestelde verhardingslagen verhinderen

Technische oplossingen met meercomponentenasfalt kunnen reflectiescheurvorming tegengaan die zich voordoet in samengestelde verhardingslagen – dat wil zeggen verhardingslagen op een betononderlaag met een deklaag van asfalt.

Technische oplossingen met meercomponentenasfalt kunnen reflectiescheurvorming tegengaan die zich voordoet in samengestelde verhardingslagen – dat wil zeggen verhardingslagen op een betononderlaag met een deklaag van asfalt.

Dit artikel wil verkennen hoe zulke oplossingen de verwachte prestaties van asfalt kunnen verbeteren om een dergelijke scheurvorming tegen te gaan.

Asfaltbitumen is een thermoplastisch visco-elastisch materiaal dat altijd in een dynamische toestand verkeert. Deze toestand, die asfalt wezenlijk onderscheidt van door cement gebonden beton, wordt door het bindmiddel (bijvoorbeeld het type en volume) bepaald. Het is deze dynamische eigenschap waardoor het materiaal blijvend flexibel is. In asfalt uitgevoerde verhardingslagen worden doorgaans 'flexibel' genoemd.

Talrijke andere factoren echter – waaronder mengseltype/ontwerp, milieuaspecten, belasting door het verkeer en dergelijke – zijn ook van invloed op de mate van flexibiliteit en de spanningsvervormingsdrempels in de aangelegde flexibele verhardingslaag.

Goed ontworpen, aangelegde en onderhouden flexibele verhardingslagen zijn berekend op het opvangen van druk- en trekspanningen gedurende hun hele technische levensduur. De zelfherstellende eigenschappen gekoppeld aan bitumen bevorderen het herstel van de herhaalde microbeschadigingen die kunnen optreden. Vandaag kunnen asfaltverhardingslagen als blijvende verhardingslagen worden aangelegd met een technische levensverwachting van ruim 40 jaar.

Verhardingslagen worden echter ondanks de vele voordelen niet uitsluitend met asfalt opgebouwd. De aanleg van stijve verhardingslagen van uitsluitend beton neemt gaandeweg af maar de toepassing van samengestelde verhardingslagen is tegenwoordig tamelijk gebruikelijk. Bestaande betonwegen worden vaak van een asfalt toplaag voorzien. Deze fungeert als een solide oppervlaktebewerking die vaak wordt toegepast om geluidshinder tegen te gaan, de rijcondities te verbeteren en de technische levensduur van versleten verhardingslagen te verlengen.

Beton is een stijf materiaal met een relatief hoge thermische expansie. Door het uitzetten en krimpen van de betonplaten ontstaat een aanzienlijke horizontale beweging. Om de scheuren die hierdoor ontstaan binnen de perken te houden is de toepassing van voegen en/of voorgespannen beton noodzakelijk. Oudere betonwegen kunnen ook verticale bewegingen vertonen die meestal worden veroorzaakt door versleten voegen en een verzwakte steenfundering.

Onder extreme omstandigheden – bijvoorbeeld overmatige materiaalwerking – is het mogelijk dat de vermogenskarakteristiek van normale wegenbouwbitumen onvoldoende in staat is de hoge trekbelastingen op te vangen die zich kunnen ontwikkelen in de bitumenfilm of op het raakvlak tussen het aggregaat en het bindmiddel.

Hierdoor kunnen in de asfalttoplaag scheuren ontstaan, een gesteldheid die als reflectiescheurvorming bekend is. Reflectiescheurvorming vormt een geweldige uitdaging. In de meeste gevallen zijn systematische, uit meerdere componenten bestaande oplossingen vereist om dit tegen te gaan zoals het gebruik van polymeer-gemodifieerde bindmiddelen (PMB’s), stress absorbing membrane interlayers (SAMI’s), isolerende deklagen van deeplift asfalt, gestuurde pre-cracking van betonplaten of cut-and-seal van asfaltdeklagen.

Asfalttechnologie met PMB’s

Het antwoord op verhoging van de weerstand tegen reflectiescheurvorming en instandhouding van de kwaliteit van de verhardingslaag ligt in de verlaging van de trekspanningen die zich in de asfalttoplaag ontwikkelen. Het is bekend dat door polymeermodifiëring de prestatiekarakteristieken van bitumen fundamenteel worden veranderd. De omvang en de mate van modificatie kan op de eisen van de verwachte prestaties worden afgestemd.

Polymeermodifiëring verlaagt de temperatuurgevoeligheid en verbetert de elastische eigenschappen van het bitumen. Bepaalde polymeren kunnen ook worden gebruikt om de cohesiesterkte, treksterkte en breukbestendigheid van het bindmiddel te verhogen. Dit verbetert de koude vervormbaarheid door verhoging van de spanningsdrempel ten opzichte van het prestatievermogen van het bindmiddel.

Scheurvorming in asfaltmateriaal is gekarakteriseerd als een tweetraps proces: de initiële aanzet tot scheurvorming en de daarop volgende uitbreiding door het wegmateriaal zelf. PMB’s kunnen de scheurbestendigheid in beide stadia aanzienlijk verbeteren. Wegens hun spanningsabsorberende karakter, kunnen PMB’s de ontwikkeling van krachten sterk afremmen met als resultaat een verhoogde weerstand tegen scheurvorming en de mogelijkheid om deze te ontwikkelen.

Dat betekent dat het materiaal bestand is tegen hogere bewegingsniveaus voordat scheurvorming zich kan manifesteren. Gekoppeld aan verbeterde zelfherstellende eigenschappen kunnen PMB's de hogere toegevoerde spanningen absorberen en zijn ze beter bestand tegen scheurvorming onder extreme omstandigheden.

Nieuwste onderzoek

De technologische ontwikkelingen blijven doorgaan. In Zweden wordt momenteel een experimenteel asfaltmengsel met een sterk gepolymeriseerd bindmiddel gebruikt bij proeven die gericht zijn op het ontwikkelen van nieuwe systemen voor het bestrijden van reflectiescheurvorming in asfalttoplagen.

Het testbed is een sectie van 7,5 km van de Zweedse nationale weg 690 in de buurt van Orebro, bestaande uit een oude betonweg waarop een asfalt toplaag is aangebracht. Aannemer Skanska is in samenwerking met Nynas bezig met het testen van vijf typen van reparaties, stuk voor stuk gebaseerd op het uitfrezen van afzonderlijke dwarsscheuren in de 40 mm dikke SMA-toplaag en het weer vullen ervan met nieuw materiaal. Elke kastvormige ‘sleuf ’ is gevuld met een van de vijf potentiële asfaltoplossingen. Twee van deze vijf zijn gebaseerd op een supersterke maar flexibele SMA, bestaande uit een experimentele bitumen van topkwaliteit met een extra hoog gehalte aan polymeren. Bij Nynas Nordic is dit bindmiddel bekend onder de veelzeggende naam XP (experimental product).

Conclusie

Het is mogelijk asfalt te produceren dat tegen reflectiescheurvorming bestand is.

Uit meerdere componenten bestaande oplossingen zijn, afhankelijk van de omstandigheden, waarschijnlijk de beste keuze.

PMB’s van topkwaliteit zijn waarschijnlijk noodzakelijk om aan de hoogste eisen te voldoen.