Asfalt en Asfaltrecyclage

aged-bitumen bound base: een nieuwe ontwikkeling voor wegen

Van 1997 tot en met 2008 ontwikkelde de onderzoeksgroep Wegenbouwkunde een nieuw gebonden wegenbouwproduct aged-bitumen bound base materaal, aB³ dat tevens verwijst naar een nieuw concept van een wegopbouw.
In de jaren ‘90 werd door de Vlaamse overheid (OVAM) doelgericht gezocht naar de nuttige toepassing van allerlei afvalstromen. Voor de grote afvalstromen, w.o. asfalt, beton, hout, was reeds een recyclingmogelijk voorhanden; voor kleinere afvalstromen ligt de economische, technische en logistieke haalbaarheid moeilijker. Bitumineus dakdichtingsbaanafval, afkomstig uit de sloopcyclus van platte daken, kende voor 1997 geen recyclingafzetmarkt. De vrijkomende afvalstroom wordt geschat op 60000 ton per jaar. Dit afval bevat ca. 70% bitumen, de overige 30 % bestaat uit zand en vulstof. Aangezien deze twee materialen eveneens gebruikt worden als grondstof in asfalt, werd een onderzoek gestart naar de toepassingsmogelijkheid van deze afvalstof als bindmiddel in asfalt. In de loop van het project werd duidelijk dat het afval verkleind dient te worden, ter bevordering van de homogeniteit en de mengbaarheid. Daarnaast is het gebruik van asfaltgranulaat bevorderlijk aangezien deze grondstof reeds omhuld is met bitumen. Het project leidde tot een bitumineus gebonden mengsel, geproduceerd in een asfaltcentrale, opgebouwd uit 40 tot 60% asfaltgranulaat (AG), 3 tot 7% verkleinde bitumineuze dakdichtingsbaan (VBD) en aangevuld met 55 tot 37% nieuw aggregaat. Dit laatste kan zelfs nog verminderd worden wanneer het asfaltgranulaat een korrelverdeling benadert van een asfaltonderlaag. Tijdens het onderzoek werd ook duidelijk dat het aB³ mengsel stijver is en over verbeterde vermoeiingskarakteristieken beschikt dan een standaard onderlaag in asfalt. Wanneer daarenboven het aB³ toegepast wordt als funderingslaag ter vervanging van een ongebonden materiaal, betekent dit een vermindering van dikte van het wegpakket.
Aldus is het toepassen van aB³ als wegconcept bevorderlijk voor het milieu, de duurzaamheid van de weg en houdt de productie van dit materiaal een verhoging van de afzetmarkt voor de asfaltsector.
De uitvoering van proefvakken in 2001 en 2006 resp. in Antwerpen en Beveren; en de evaluatie van deze proefvakken in 2007 en 2008 toonden een gunstig resultaat.

aged-bitumen bound base: materialen en mengselkarakteristieken

Doorheen het project werd voor aB³ een vaste AB-3A korrelsamenstelling nagestreefd door asfaltgranulaten aan te vullen met nieuwe granulaten. De verkleinde bitumineuze dakbanen werden toegevoegd om tot een geschikt bindmiddelgehalte te komen. Dit mengsel wordt dit volledig gebonden door middel van verouderd bindmiddel (pen tussen 5 en 15 1/10mm en een verwekingspunt hoger dan 80°C).

Samenstelling aB³
Bindmiddel (m/m%, op) 5,2
Stenen 57,73
Zand 36,14
Vulstof 6,13
Holle
Ruimte (v/v%)
4%

Tabel 1: samenstelling aB³

Er werd onderzoek uitgevoerd op de aB³-mengsels conform het standaardbestek 250 en aanvullende mechanische prestatietesten. Afhankelijk van de korrelverdeling en de samenstelling van het asfaltgranulaat, kan de samenstelling van aB³ variëren. Verschillende verdichtingstechnieken in het labo (Marshallverdichting, gyratorverdichting en plaatverdichting) vertonen weinig verschil.
In het meest recente onderzoek werd het standaard aB³ samengesteld met 4% VBD en 50% AG. De meng- en verdichtingstemperatuur van het mengsel zijn belangrijk om de holle ruimten voldoende laag te houden (3-5%). Deze mengtemperatuur situeert zich rond 170°C en de minimale verdichtingstemperatuur is 155°C. Gezien het hoge percentage asfaltgranulaat (50%) dienen de aggregaten verhit te worden tot 190°C.
Uit onderzoek blijkt dat wanneer bovenstaande samenstelling, korrelverdeling en mengtemperaturen gehanteerd worden, de aB³ mengsels betere prestaties vertonen dan een asfaltmengsel voor onderlaag, bijv. AB-3A.

Stijfheidsmetingen
Stijfheidsmetingen zowel met de vierpuntsbuigproef als de tweepuntsbuigproef wijzen op een zeer stijf mengsel: bij 10°C is de stijfheid gelegen tussen de 15500 en 17500 MPa.

Vermoeiingseigenschappen
De vermoeiingseigenschappen zijn hieronder weergegeven in vergelijking met een (theoretisch ontworpen) asfaltmengsel voor een onderlaag. In de lage-rek zone (tot 100µm/m) vertoont aB³ een duurzaam karakter.


Indirecte treksterkte- watergevoeligheidstest
In het meest recente onderzoek, de ITS-proef is nu een standaardproef, vertoont aB³ met een bindmiddelgehalte van 5,1% (bijv. 50% AG en 4% VBD) een ITSR van ca. 70%. Dit is boven de huidige 60% ondergrens voor een asfaltonderlaag. Wanneer het bindmiddel wordt verhoogd tot 5,4%, (bijv. 50% AG en 5% VBD) worden ITSR-waarden gemeten van 87%. Dit is boven de 80% grens die in 2009 zal gehanteerd worden voor onderlagen.

Spoorvormingstest
Op verschillende mengsels werden spoorvormingsproeven uitgevoerd. De bouwklasse strekt zich uit van B4 tot B1 naargelang het gebruikte nieuwe aggregaat (kalksteen, grind) en het bindmiddelgehalte.
Lage temperatuurgedrag
Een grote bekommernis is de brosheid van het verouderde bindmiddel. Lage temperatuurstesten met de BBR wijzen echter uit dat het aB³-bindmiddel vergelijkbaar is met een hard bindmiddel gebruikt in asfalt met verhoogde stijfheidsmodulus. Met andere woorden, het aB³ -bindmiddel kan beschouwd worden –op lagere temperatuur- als een hard bindmiddel.

Conclusie aB³
Uit bovenstaande beschrijving, dat maar een zeer kleine weergave is van alle projectresultaten, kunnen we aanbevelen dat aB³ een geschikt mengsel is voor een asfaltonderlaag of een funderingsmateriaal. We raden aan om het bindmiddelgehalte boven 5,4% m/m% te nemen en een korrelverdeling van AB-3A na te streven. Wanneer de dakbanen koud worden toegevoegd, dient een langere mengtijd aangehouden te worden.
Voor meer informatie verwijzen we naar de rapporten.

Optimalisering van aB³

Er zijn diverse alternatieve mengsels ontworpen en beproefd. Een verbeterde versie van aB³ is asfaltgranulaat improved-aged-bitumen bound base. In dit mengsel werd een gedeelte van de VBD vervangen door 1% nieuw bindmiddel. De verbetering is te vinden in de lagere minimum verdichtingstemperatuur tot 120°C en de hogere ITSR-waarde van 95%.

Aged-bitumen bound base: Proefvakken

In Antwerpen (2001) en Beveren (2006) werden proefvakken aangelegd met aB³ en asfaltgranulaat mengsels. De technische
validatie van deze proefvakken gebeurde in 2007 en 2008 door middel van valgewichtsmetingen, de standaard proefmethode in Vlaanderen om de draagkracht en een voorspelling van de restlevensduur van de weg te bepalen.
Uit deze evaluatie blijkt dat de proefvakken met aB³ en asfaltgranulaat een hogere restlevensduur hebben in vergelijking met een wegopbouw met een klassiek AB-3A. Uit kernboringen bleek dat de aB³ en asfaltgranulaat mengsels geen scheurschade opgelopen hebben en het wegoppervlak vertoonde geen verzakkingen, scheuren ed.

Productie van aB³

Het samengestelde bindmiddel heeft een hoge viscositeit (pen 5-15; R&B >80°C). Door de aanwezigheid van een hogere hoeveelheid bindmiddel, de korrelvorm van het dakbaanafval en de vooromhulde aggregaten van het asfaltgranulaat behoeft dit mengsel een mengtemperatuur vergelijkbaar met een klassiek asfalt m.n. 160°C.
De toevoeging van VBD gebeurde tijdens de aanleg van de proefvakken door een voorverwarming met de paralleltrommel. De onderzoekers bevelen, om het aankoeken in de paralleltrommel tegen te gaan, voor een voorverwarming na de paralleltrommel of een koude toevoeging in de menger.

Economische evaluatie van aB³

Om de financiële haalbaarheid van het aB³ concept na te gaan,werd er een economische studie uitgevoerd. De bedoeling van deze economische studie is om een vergelijking te maken tussen het aB³ materiaal en zijn alternatieven; (niet-) gebonden funderingslagen en bitumineuze onderlagen. De kosten van de grondstoffen, productie en aanleg zijn meegenomen in deze studie.

Enkele belangrijke (economische) factoren van het aB³ concept zijn het ontbreken van nieuw bitumen (+ 380 €/ton), een reductie van het wegpakket (minder grondverzet, mogelijk minder kosten bij aanleg,…) en het gebruik van + 55% gerecycleerde grondstoffen.

In volgende grafiek vindt men een vergelijking tussen het aB³ concept en een standaardstructuur voor B6. Het aB³ mengsel wordt hier gebruikt als fundering ter vervanging van een steenslagfundering. De bijkomende reductie van de laagdikten (onderlaag en fundering) is mee in rekening gebracht. Verder zijn kosten die voor beide structuren hetzelfde zijn, weggelaten (bv. kosten toplaag en onderfundering). Men kan in de grafiek duidelijk merken dat het aB³ concept naast ecologische en structurele ook economische benefits vertoont.