Levensduur - Asfalt

Een asfaltbekleding moet tijdens de verwachte levensduur zijn functie kunnen blijven vervullen. De kenmerkende fysische en mechanische eigenschappen mogen dus niet te snel achteruitgaan. De levensduur is de mate waarin de relevante eigenschappen op het gewenste niveau blijven.

Door blootstelling aan externe (weers)invloeden veroudert asfalt. Hierdoor kunnen eigenschappen zoals stijfheid en vermoeiingsgedrag veranderen. Hoe groter en toegankelijker de holle ruimte in het asfalt is, hoe meer veroudering kan optreden.

In Figuur 11-4 wordt geïllustreerd hoe een eigenschap in de tijd kan veranderen. Dichte ontoegankelijke mengsels worden nagenoeg niet beïnvloed door externe factoren.

Er zijn in de loop der jaren goede ervaringen opgedaan met de levensduur van asfalt bij waterkeringen. Schade aan asfaltbekledingen komt sporadisch voor en onderhoud is meestal zeer beperkt. Een zorgvuldige uitvoering en een goede kwaliteitszorg bij de aanleg van werken heeft daar zeker toe bijgedragen.

Figuur 11-4: Verandering van een eigenschap in de tijd

De eigenschappen van het asfalt worden beïnvloed door veel externe factoren. Dit zijn factoren als de hydraulische belasting (golfklappen en stroming), het weer (warmte, vorst en regen), de omgeving (water, zuurstof en levende organismen) en de aanleg (hitte).

Op grond van deze factoren zijn de volgende levensduur aspecten van asfalt te onderscheiden:

Bitumen in asfaltmengsels verhardt in de loop van de tijd, dat wil zeggen dat het bindmiddel in de loop der tijd stijver en brosser wordt, zodat het asfalt minder flexibel wordt.

De verharding wordt vooral veroorzaakt door hoge temperatuur, waardoor vluchtige bestanddelen uitwijken, en door oxidatie. Licht in de vorm van ultraviolette straling

bevordert bovendien de oxidatiesnelheid. Een belangrijke verharding treedt op tijdens productie en verwerking van het asfalt, omdat de temperatuur dan extreem hoog is. Verharding in de gebruiksfase kan worden beperkt door een lage holle ruimte en een hoog bitumengehalte in het mengsel. Een goede verdichting van waterbouwasfaltbeton is daarom noodzakelijk.

Asfaltmengsels reageren op water omdat het mineraal aggregaat een grotere affiniteit voor water heeft dan voor bitumen. Water heeft daardoor het vermogen om bitumen te verdringen waardoor de samenhang van het asfalt verloren gaat en eigenschappen als stijfheid en sterkte afnemen. Dit verschijnsel wordt “stripping” genoemd. Bij dichte mengsels levert de aanwezigheid van water geen probleem op. Open mengsels waarin de minerale delen met een dunne bitumenfilm zijn omhuld, zoals zandasfalt, zijn wel gevoelig voor water. Bestaat de omhulling echter uit een laagje asfaltmastiek, zoals bij open steenasfalt, dan vormt deze een duurzame omhulling.

Asfaltmengsels zijn in meer of mindere mate gevoelig voor erosie onder invloed van water, wind en meegevoerd materiaal zoals zand, stenen, kruiend ijs en drijfhout. Dit geldt nauwelijks voor dichte mengsels, zoals waterbouwasfaltbeton en gietasfalt, die alleen enige erosie op microschaal vertonen. Open mengsels als open steenasfalt en zandasfalt zijn wel gevoelig voor erosie.

Asfalt is een vermoeiingsgevoelig materiaal, dat wil zeggen dat de mechanische kwaliteit afneemt naarmate het materiaal vaker wordt belast. Dit aspect is alleen relevant bij stijve mengsels die voortdurend worden belast. Asfaltbekledingen worden in de praktijk alleen onder extreme (storm) condities herhaaldelijk maar ook slechts tijdelijk belast. In de zomerperiode zal het effect van vermoeiing weer grotendeels verdwijnen, omdat hogere temperaturen een helend effect hebben op asfalt; door vermoeiing ontstane haarscheurtjes vloeien weer dicht. Naarmate het asfalt meer veroudert en brosser wordt zal vermoeiing een meer blijvende verandering veroorzaken en zal het helen minder effect hebben.

Asfaltmengsels zijn in het algemeen niet gevoelig voor aantasting door vorst. Zelfs mengsels die water kunnen bevatten zoals open steenasfalt en zandasfalt vertonen in Nederlandse omstandigheden geen schade.

Asfalt wordt beïnvloed door de aanwezigheid van levende organismen. Het viskeuze gedrag van asfalt stelt organismen in staat om het materiaal heel geleidelijk te vervormen. Zo kunnen plantenwortels of zeepokken (Figuur 11-5) zich in oppervlakteporiën nestelen en deze vergroten. Bij open steenasfalt vormt begroeiing in het algemeen geen probleem.

Excessieve begroeiing kan wel tot problemen leiden. In §3.8.9 wordt nader ingegaan op de begroeibaarheid van asfaltsoorten.

Figuur 11-5: Biologische aantasting van open steenasfalt door zeepokken - Neeltje Jans – 1989 (foto Oranjewoud)

Bitumen is voor de meeste chemicaliën inert, dat wil zeggen dat het goed bestand is tegen de inwerking van chemicaliën, zeker als de belastingsduur kort is.

Bitumen is echter wel volledig oplosbaar in lichte koolwaterstoffen zoals terpentine en dieselolie. Indien deze stoffen in het oppervlaktewater voorkomen kan het asfaltoppervlak worden aangetast. Omdat deze aantasting bij dichte bekledingen beperkt blijft tot het oppervlak, levert dit geen gevaar op voor de sterkte. De concentraties en de temperaturen blijven in de waterbouw meestal beperkt in vergelijking met de wegenbouw. Indien de bekleding zware chemische belastingen te verduren krijgt, bijvoorbeeld in een olie- overslaghaven, dan dient hier extra aandacht aan gegeven te worden. Alleen bij calamiteiten kan de aantasting zo groot zijn dat de sterkte in gevaar komt.

Tabel 11-1: Bestendigheid van de asfaltsoorten

In Tabel 11-1 wordt alles nog eens op een rijtje gezet, waarbij ‘++’ betekent dat de bekleding zeer goed bestand is tegen het optredende fenomeen. Een ‘+’ geeft een goede

weerstand weer, een ‘0’ een redelijke weerstand en een ‘-’ geeft aan dat de bekleding niet bestand is tegen de genoemde vorm van aantasting.

De mate waarin asfaltbekledingen bestendig of duurzaam zijn, bepaalt hoe groot de levensduur is. Over de feitelijke levensduur van asfaltbekledingen is alleen in globale zin iets te zeggen, omdat deze van zoveel factoren afhangt. De ervaring leert dat dichte bekledingen ten minste 50 jaar meegaan en waarschijnlijk wel 100 jaar. Open mengsels zijn gevoeliger voor externe invloeden en hebben een levensduur die naar verwachting de helft is van dichte bekledingen. In Tabel 11-2 is een ruwe schatting gemaakt voor de levensduur van de verschillende asfaltbekledingen, waarbij op grond van de belasting onderscheid is gemaakt tussen zee-, meer- en rivierdijken.

Tabel 11-2: Levensduurverwachting van asfaltbekledingen (in jaren)

Toelichting

De ondergrens geldt voor een matige aanlegkwaliteit van asfalt, de bovengrens voor een goede kwaliteit. Onder goede kwaliteit wordt asfalt verstaan dat aan alle eisen voldoet. Een duurzame hechting tussen mineraalagregaat en bitumen is daarbij van groot belang.

Daarnaast beïnvloeden omgevingsfactoren de levensduur van een asfaltbekleding. Voorbeelden hiervan zijn:

• Aanwezigheid van water, in het bijzonder bij open mengsels;

• Voorkomen van regelmatige zware golfaanval;

• Aanwezigheid van drijvend vuil en lichte breuksteen die over de bekleding gaan rollen en in het bijzonder bij open steenasfalt schade veroorzaken.

  De hechting tussen mineraalaggregaat en bitumen wordt bepaald door:

• Hoeveelheid bitumen;

• Bitumeneigenschappen;

• Type vulstof;

• Verhouding vulstof-bitumen (= mortelviscositeit);

• Gebruik van kalkhydroxide en hechtverbeteraars;

• Oppervlakeigenschappen van het mineraalaggregaat.

De hechting is één van de aspecten die in het vooronderzoek moet worden vastgesteld, zie

§8.5.

Naarmate een asfaltbekleding meer toegankelijk is voor externe factoren door een relatief hoog percentage holle ruimte is de hechting tussen mineraalaggregaat en bitumen van groter belang.

Waterbouwasfaltbeton met een percentage holle ruimte kleiner dan 5% is nauwelijks toegankelijk; bovendien beschermt een oppervlakbehandeling de laag nog extra tegen externe factoren. Daarom is de toepassing van het type steen (grind of steenslag) in waterbouwasfaltbeton nooit een groot punt van discussie geweest. De verwachting is

weliswaar dat grind door het gladde natuurlijke korreloppervlak een iets minder duurzame hechting kan vertonen dan steenslag, maar door de geringe toegankelijkheid voor externe factoren zal dit verschil niet worden aangesproken.

Er zijn in het verleden enkele werken in grindasfaltbeton uitgevoerd die 30 tot 35 jaar probleemloos hebben gefunctioneerd. Toch is in 2004 en 2006 bij deze bekledingen in Friesland geconstateerd dat het asfalt direct onder de oppervlakbehandeling stripping vertoont en snel degenereert. Uitgebreid onderzoek heeft niet een volledige verklaring opgeleverd, maar leidde wel tot de conclusie dat het gebruik van grind bij deze schade slechts een ondergeschikte rol kan hebben gespeeld.

Anders ligt het bij open steenasfalt. Bij dit type asfalt met 20 tot 30% holle ruimte (in de vorm van doorgaande poriën) wordt steenslag van kalksteen voorgeschreven als basis voor een goede hechting. In een enkel geval is bij stagnatie van de aanvoer grind in plaats van kalksteen in open steenasfalt verwerkt en dat leidde binnen enkele jaren tot behoorlijke stripping en erosie van de bekleding. Bij dit type open bekleding kan grind worden toegepast, maar er worden dan bijzondere eisen gesteld aan de samenstelling van het mengsel. Dit is echter geen voor de hand liggende keuze.

Gebitumineerd zand (mineraal < 2 mm, zonder vulstof) kan bij alle dijktypen goed als filter- of funderingslaag worden toegepast, waarbij de asfalttoplaagdikte dan geringer kan zijn.