IWT Projecten

De Onderzoekcel Bouwkunde aan de Hogeschool Antwerpen (nu Artesis Hogeschool Antwerpen) startte in 1997 een studie naar een nuttige toepassing van verkleind bitumineus dakafdichtingsmateriaal (VBD) en asfaltgranulaat (AG), het HOBUFondsproject 010182. Drie verschillende deelprojecten maken hiervan deel uit :

  • Project 1 : 1997 - 1998 Onderzoek naar nuttig gebruik van bitumineuze reststoffen uit de dakdichtingssector in de asfaltwegenbouw

    Het project bevat vier delen:

    • Vooronderzoek naar de hoeveelheid, samenstelling en kwaliteit van de jaarlijks vrijgekomen hoeveelheid dakbanen. Analyse van de meest geschikte manier van inzamelen en transporteren van de afvalstof.
    • Overzicht en evaluatie van de meest gangbare processen om de bitumineuze reststof tot een mogelijke secundaire grondstof om te werken.
    • Gekozen toepassingsmogelijkheid is AB-3A en gietasfalt.
    • Economische analyse

    Kort samengevat : Een onderzoek naar samenstelling en bindmiddeleigenschappen maakte duidelijk dat er enorme verschillen zijn voor diverse types dakbanen. Aangezien de secundaire grondstof enkel bruikbaar is wanneer ze een vastliggende samenstelling heeft, moest het materiaal gehomogeniseerd worden. Hierdoor werden alle stalen, bestaande uit 10% productieafval en 90% sloopafval, verkleind tot stukjes van 5cm² en vervolgens mechanische vermengd. Daarnaast dienen verontreinigingen zoveel mogelijk geweerd worden uit de samenstelling. Dit kan door materialen op de werf te scheiden en vervolgens het afval via een sorteerinstallatie visueel te controleren op de aanwezigheid van verontreinigingen en deze te verwijderen. Tijdens de versnippering van het materiaal kunnen nog achtergebleven vuiltjes verwijderd worden door bijvoorbeeld een metaalmagneet. Ook de evolutie in het gebruik van modificatie en additieven in de productie van dakbanen over de laatste jaren maakt duidelijk dat er steeds meer gemodificeerde bindmiddelen gebruikt worden. Dit dient geregeld gecontroleerd te worden om een blijvende standvastige bindmiddelkwaliteit te garanderen of om het bindmiddelproces bij te sturen.

    De toepassing van bitumineuze reststoffen uit de dakdichtingssector in de wegenbouwasfalt wordt beperkt door het voorschrijfgedrag van het Standaardbestek 250 voor de wegenbouw. Het bindmiddel wordt in deze norm beschreven aan de hand van zijn penetratiegetal en verwekingspunt. Voor een type AB-3A kan slechts 10% van het verouderd bindmiddel toegevoegd worden om binnende vooropgestelde normen van het Standaarbestek te blijven. Voor gietasfalt geldt dat er 20% bitumen vervangen kan worden door het veroudere bindmiddel afkomstig van de bitumineuze reststoffen. Een rheologisch onderzoek met een dynamic shear rheometer geeft aan dat zelfs 20% nieuw bitumen vervangen mag worden door het verouderd bindmiddel om hetzelfde gedrag te bekomen van een 50/70 penbitumen.

    De mogelijk te vervangen percentages bitumen door verouderd bindmiddel afkomstig van bitumineus restafval uit de dakssector zijn te laag om het proces economische aantrekkelijk te maken.

  • Project 2: Onderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van bitumineuze reststoffen als bindmiddel in gebonden funderingslagen van de wegenbouw

    Dit project onderzocht de toepassingsmogelijkheden van het product als alternatief voor de cementgebonden funderingen of om de funderinsconstructie te verbeteren. Deze toepassing is minder veeleisend dan het hergebruik in asfaltlagen in de wegopbouw, zoals beschreven in het vorige project.

    Het project bevat 4 delen:

    • Mengselontwerp
    • Testen: Marshallverdichting, visuele controle van de mengsels en proeftabletten, Marshallstabiliteit, -vloei en –quotiënt, aangepast retained Marshall (vorst), indirecte trekproef bij 45°C en bij -10°C, gyratorverdichting, spoorvormingsproef
    • Aanleg proefvakken
    • Economische en milieuhygiënische studie

    Kort samengevat : AB-3A werd als referentiemengsel beschouwd, omdat dit asfalttype veelvuldig gebruikt wordt als onderlaag bij asfaltconstructies. Het onderzoek in het labo en de ondervindingen van de arbeiders bij het aanleggen van het proefvak bevestigden dat het mengsel met AG en VBD zonder toevoeging van nieuwe bitumen normaal verwerkbaar en verdichtbaar is. Men beveelt hier wel een verhoogde meng- en verdichtingstemperatuur aan in vergelijking met bijvoorbeeld het AB-3A mengsel. De minimale voorgestelde temperaturen bedragen respectievelijk 155°C en 140°C. De productie van het asfaltmengsel bestaande uit AG en VBD is mogelijk zonder bijkomende aanpassingen in een asfaltcentrale met paralleltrommel en dit tegen een geringere kostprijs dan nieuw asfalt. Deze prijs ligt wel hoger dan de productiekosten van cementgebondenfunderingslagen, maar deze dient gecompenseerd te worden door de wil om het afvalprobleem op te lossen en door het feit dat de betere mechanische eigenschappen een vermindering betekenen van de dikte van de bovenliggende asfaltlagen. De milieuhygiënische studie toonde aan dat er hoogst waarschijnlijk geen schadelijke consequenties zijn voor het milieu. Het is echter wel zo dat de gebruikte secundaire stoffen vrij moeten zijn van teer.

  • Project 3: Studie van een wegopbouw bestaande uitsluitend uit bitumineus gebonden materialen: aB³

    Het doel van dit project is om een gedimensioneerde weg met het nieuw concept (een verouderd-bitumen gebonden funderingslaag = aB³) te vergelijken met de standaard wegconstructies.

    Deze studie omvat drie fases:

    • Fase 1: studie van de samenstellende componenten (AG, VBD en nieuwe granulaten)
    • Fase 2: studie en onderzoek naar de mechanische eigenschappen van mengsels bestaande uit AG en VBD. Evaluatie van de verschillende simulatiemodellen
    • Fase 3: Studie van de wegstructuren, waarbij AG en VBD gebruikt werden, in vergelijking met standaardstructuren. Evaluatie van de gebruikte dimensioneringsmodellen met een economische analyse: benadering van de kostprijs van wegstructuren volgens het nieuwe concept in vergelijking met kostprijzen van kwalitatief evenwaardige standaardstructuren voor verschillende bouwklassen

    Kort samengevat : De resultaten van fase 1 (laboratoriumtesten en bindmiddelsimulaties) werden gebruikt als invoergegevens voor de rekenmodellen die gehanteerd werden in fase 2 (BANDS, PRADOWIN, UGE, HUET-SAYEGH) waarmee de mechanische eigenschappen van een mengsel voorspeld kunnen worden. In fase 2 ging men na in hoeverre de simulatiemodellen overeenkomen met de resultaten van mechanische laboproeven. Er bleek echter dat sommige programma’s niet in staat zijn om de eigenschappen van het materiaal met secundaire grondstoffen te voorspellen. Het programma PRADOWIN benaderde de proefresultaten het beste. Wanneer de proefresultaten bij bepaling van het percentage van holle ruimte van de proefplaten een hoge verdichting aangeeft, moet er bij invoer van het simulatiemodel nochtans een lage verdichting wordt aangenomen, opdat deze dan de best benaderde waarden weergeeft.

    Voor een bitumineuze laag zullen volgende waarden dienen aangenomen te worden:

    Temperatuur (°C) E-modulus (Mpa)
    -5 25000
    0 20000
    10 10000
    20 8000
    35 5000

    Voor de aB³ laag gelden volgende waarden:

    Temperatuur (°C) E-modulus (Mpa)
    -5 23088
    0 22000
    10 18000
    20 13000
    35 8000

    De resultaten van vorige fase gelden als invoer voor fase 3 in de verschillende structurele ontwerpprogramma’s (NOAH, VEROAD, BISAR en het structurele ontwerpmodel ontwikkeld voor MET). De berekeningsmodellen NOAH en VEROAD krijgen de voorkeur om het gedrag van aB³-lagen in structuren te voorspellen, omdat beiden de mogelijkheid bieden om een eigen vermoeiingswet in te voeren. Proefresultaten tonen aan dat een aB³ gelijke of zelfs verbeterde mechanische karakterisiteken vertoont dan een traditioneel asfaltmengsel wanneer deze gebruikt worden in de lager gelegen zones van een wegopbouw, namelijk rechtstreeks op de ondergrond eventueel met een onderfundering van zand.

    Gebaseerd op de resultaten uit de drie projecten wordt het aangeraden om het aB³-concept voor wegen van een lagere orde, maximum bouwklasse 4, toe te passen.