Asfaltbetonmengsel

11.6.1.2 Vervorming

Vorming van het wegdek is het gevolg van instabiliteit van het asfaltmengsel, beweging, of zwakte in de granulaire basis of ondergrond, en bovendien kan scheurvorming in het wegdek gepaard gaan met sommige vormen van vervorming. Vervorming van het wegdek kan vele vormen aannemen, maar spoorvorming en schuiven zijn de meest voorkomende.

Rotvorming (de vorming van gekanaliseerde depressies, spoorvorming) treedt op in de wielsporen van een verhard oppervlak. Sporing is een ernstig probleem omdat de sporen bijdragen tot een ruw wegdek en zich bij regen of sneeuw met water kunnen vullen, waardoor voertuigen op de weg kunnen aquaplanken en de controle over de weg kunnen verliezen.

Sporing (vaak permanente vervorming genoemd) is een veel voorkomende vorm van ongemak in flexibele verhardingen en wordt veroorzaakt wanneer (beladen of zware) vrachtwagenbanden over een asfaltbetonverharding rijden, waarbij de verharding een zeer geringe doorbuiging vertoont. Deze doorbuiging varieert van minder dan een tiende millimeter bij koud weer – als de verharding en de ondergrond erg stijf zijn – tot een millimeter of meer bij warm weer – als het wegdek warm en erg zacht is. Als de elasticiteitsmodulus van het mengsel voldoende is, heeft de verharding de neiging om terug te veren naar de oorspronkelijke positie nadat de vrachtwagenband over een bepaalde plaats in de verharding is gereden. Vaak zal het wegdek zich echter niet volledig herstellen, waardoor een zeer kleine (maar niet onbelangrijke) hoeveelheid permanente vervorming van het wegdek in het wielpad achterblijft. Bijgevolg, nadat vele wielbelastingen over de bestrating zijn gegaan – het aantal wielbelastingen zal variëren met de kwaliteit van de bestrating – kan de spoorvorming aanzienlijk worden, wat leidt tot ernstige spoorvorming op bestratingen van 0,75 inch of meer (20 mm of meer) in diepte. Een spoorvorming van 10 mm of meer wordt meestal als buitensporig beschouwd en vormt een groot gevaar voor de veiligheid.

Sporing in de ondergrond van het wegdek wordt veroorzaakt door consolidatie of verplaatsing van materialen als gevolg van herhaalde verkeersbelasting. In ernstige gevallen kan opwaartse druk aan de buitenzijde van de sleuf optreden. Deze faalwijze treedt op in de fundering of onderbouw als gevolg van overmatige spanningen, infiltratie van vocht, of een basisfout in het ontwerp. Het kan zich voordoen als een depressie in het wielpad of als opheffing langs de zijkanten van de sleuf. Sporing treedt gewoonlijk op wanneer een wegdek pas is aangelegd en wordt minimaal naarmate het asfaltbindmiddel verhardt en veroudert. Sporing wordt ook veroorzaakt door vrachtwagens die zware lasten vervoeren op banden met een sterk verhoogde bandenspanning op verhardingen die niet ontworpen zijn om dat soort spanning te weerstaan. Die mengsels hadden een te hoog asfaltgehalte, een te hoog fijnstofgehalte, aggregaten met ronde en gladde textuur, en te zacht asfalt. Verbeteringen in mixontwerp procedures, aggregaat specificaties en testen, en PG bindmiddelen hebben spoorvorming problemen aanzienlijk verminderd.

Finitief, spoorvorming komt vaker voor in de zomer wanneer verhoogde temperaturen het asfalt cement zachter maken. Op asfaltverhardingen met koud asfalt (CMA) kan een gebrek aan beluchting of uitharding van de emulsie resulteren in een zacht mengsel dat gaat spoorvorming vertonen. Dit is vooral een probleem wanneer koudasfaltverhardingen laat in het jaar worden aangelegd. Andere verwante vormen van permanente vervorming zijn schuiven en wasbordvorming.

Schuiven (ribbels, wasbordvorming) is een vorm van plastische vervorming die resulteert in rimpelingen over het verhardingsoppervlak. Ze treden meestal op bij zware horizontale belasting op plaatsen waar het verkeer start en stopt, op hellingen waar voertuigen remmen, bij kruispunten en bij scherpe horizontale bochten. Golfvorming wordt meestal veroorzaakt door te veel asfalt of door het gebruik van zeer zacht asfalt in het mengsel.

Shoving treedt meestal op bij kruispunten wanneer voertuigen stoppen, waardoor een zijwaartse kracht wordt uitgeoefend op het oppervlak van het warme asfaltmengsel, waardoor het overmatig vervormt over de verharding, in plaats van binnen de wielsporen. Een soortgelijk fenomeen is wash boarding, maar in dit geval neemt de vervorming de vorm aan van een reeks grote rimpels over het wegdek. Scheurvorming, schuiven en wasbordvorming kunnen het gevolg zijn van permanente vervorming in elk deel van de verharding – de ondergrond, de granulaire ondergrond of een van de gebonden lagen. Overmatige permanente vervorming in een of meer van de gebonden lagen is het gevolg van een asfaltbetonmengsel dat niet sterk en stijf genoeg is bij hoge temperaturen. Verschillende problemen met een mengselontwerp, zoals de keuze van een asfaltbindmiddel dat te zacht is voor het gegeven klimaat en verkeersintensiteit, kunnen het mengsel gevoelig maken voor spoorvorming en andere vormen van permanente vervorming.

Desintegratie is het uiteenvallen van een verharding die begint met het verlies van de fijne aggregaatdeeltjes van het verhardingsoppervlak en overgaat in de vorming van kuilen. Het is de progressieve neerwaartse degradatie in de onderste lagen van de verharding die resulteert in grote brokken van ongebonden fragmenten. Dit falen kan het gevolg zijn van vermoeiingsbelasting, waarbij grote kuilen in het wegdek ontstaan doordat de brokstukken door het verkeer worden losgemaakt. De verschillende soorten desintegratie zijn raveling/verwering, delaminatie, stripping, en potholes.

Raveling (verwering) is het progressieve verlies van aggregaat van het verhardingsoppervlak. Raveling is een van de complicaties die het gevolg zijn van stripping. Het kan worden omschreven als het progressieve verlies van oppervlaktemateriaal door verwering of oppervlakteschuring. Het begint wanneer fijne aggregaten loskomen van het asfaltcement en kleine ruwe plekken op het wegdek achterlaten, die groter worden naarmate grotere aggregaatdeeltjes van het wegdek loskomen. Naarmate het proces vordert, raken grotere aggregaatdeeltjes los door gebrek aan steun van omliggende fijne deeltjes. Ravellering wordt in de wielpaden versneld door het verkeer. Verwering treedt op over het gehele wegdek, inclusief de delen waar geen verkeer is. Zowel water als verkeer zijn meestal nodig om uitgebreide raveling te veroorzaken. Ravellering wordt veroorzaakt door hoge luchtleemtes in warm asfalt als gevolg van slechte verdichting of asfalteren laat in het seizoen. Daarnaast kan een mager asfaltmengsel (te weinig asfalt) of oververhitting van het asfalt in de asfaltmenginstallatie (wat leidt tot verstoring van een aggregaat-gerelateerde bindmiddelstructuur) ook raveling tot gevolg hebben. Ravellen treedt ook op wanneer banden aggregaatdeeltjes loswrikken van het oppervlak van een warm gemengde asfaltverharding. Veel van dezelfde factoren die bijdragen aan een slechte vermoeiingsweerstand dragen ook bij aan raveling, zoals een laag asfaltbindmiddelgehalte en slechte verdichting in het veld. Omdat het verhardingsoppervlak wordt blootgesteld aan water van regen en sneeuw, kan een slechte vochtbestendigheid ook raveling in warmasfaltverhardingen versnellen.

Stripping is het geleidelijke verlies van hechting tussen de asfaltfilm en het aggregaatoppervlak, wat resulteert in verlies van integriteit van het warme asfaltmengsel. Hierdoor wordt de verharding vatbaar voor verschillende vormen van falen door het verlies van zijn structurele stijfheid. Factoren die bijdragen aan stripping zijn: water op verharding met hoge verkeersbelasting, hoge temperatuur, aard van aggregaten en bindmiddel, en slechte verdichting. Stripping kan leiden tot andere vormen van vervorming zoals scheurvorming en spoorvorming.

Water stroomt niet gemakkelijk door asfaltmengverhardingen die zorgvuldig en efficiënt zijn aangelegd, maar het stroomt zeer langzaam, zelfs door goed verdicht materiaal. Water kan zich een weg banen tussen de aggregaatoppervlakken en het asfaltbindmiddel in een mengsel, waardoor de binding tussen deze twee materialen verzwakt of zelfs volledig vernietigd wordt (stripping). Vochtschade kan snel optreden wanneer er water onder een verharding aanwezig is, zoals wanneer verhardingen worden aangelegd over slecht gedraineerde gebieden en niet goed zijn ontworpen of geconstrueerd om water uit de verhardingsstructuur te verwijderen. In feite kan incidentele blootstelling aan water vochtschade veroorzaken in asfaltmengsels als gevolg van een gebrekkig ontwerp of een gebrekkige constructie of het gebruik van slechte materialen.

De fysisch-chemische processen die vochtschade beheersen zijn in zoverre complex dat verschillende combinaties van asfaltbindmiddel en aggregaat sterk uiteenlopende niveaus van weerstand tegen vochtschade zullen vertonen. In feite is het moeilijk om de vochtbestendigheid van een bepaalde combinatie van asfalt en aggregaat te voorspellen, hoewel asfaltmengsels geproduceerd met aggregaten die een hoog aandeel siliciumdioxide bevatten (zoals zandsteen, kwartsiet, chert, en sommige soorten graniet) de neiging hebben om gevoeliger te zijn voor vochtschade. Een goede constructie, met name een grondige verdichting, kan de doorlatendheid van warmverhardingen verminderen en daarmee de kans op vochtschade aanzienlijk verkleinen (zelfs verminderen). Anti-stripping additieven kunnen worden toegevoegd aan asfaltmengsels om de vochtbestendigheid te verbeteren-gehydrateerde kalk is een van de meest voorkomende en meest effectieve van dergelijke additieven.

De vochtbestendigheid van hot mix asfaltmengsels kan worden geëvalueerd (vaak aangeduid als de Lottman procedure). Bij deze proef worden zes cilindrische asfaltmengselmonsters in het laboratorium verdicht. Drie daarvan worden onderworpen aan conditionering – vacuümverzadiging, bevriezing en ontdooiing – terwijl de andere drie niet worden geconditioneerd. Beide reeksen proefstukken worden vervolgens getest met de indirecte trekproef. Het percentage van de sterkte dat behouden blijft na conditionering wordt de treksterkte verhouding genoemd en is een indicatie van de vochtbestendigheid van dat specifieke mengsel. Veel wegbeheerders eisen een minimale treksterkte van 70-80% voor asfaltmengsels, maar de gegevens van deze testmethode zijn niet altijd 100% betrouwbaar en geven slechts een globale indicatie van de weerstand van het mengsel tegen vochtindringing en schade.

Delaminatie is het plaatselijke verlies van de volledige dikte van een overlaging en wordt veroorzaakt door het ontbreken van een verbinding tussen de overlaging en het oorspronkelijke wegdek. Ook hier is water de veroorzaker, met name wanneer de waterinsijpeling tussen twee lagen van het wegdek plaatsvindt. Delaminatie blijft echter meestal beperkt tot de wielpaden en wordt pas na enkele jaren een ernstig probleem, maar als het eenmaal is opgetreden, is de weg moeilijk te herstellen. Het reinigen van het oude oppervlak en het aanbrengen van een asfaltemulsie als hechtlaag (een dunne laag asfalt die wordt gebruikt bij de aanleg of heraanleg van wegen en snelwegen) zal het probleem helpen verlichten en is vooral nuttig wanneer de overlaagdikte 50 mm of minder bedraagt.

Kuilen zijn komvormige gaten van verschillende grootte in een wegdek als gevolg van plaatselijke desintegratie onder het verkeer. Ze veroorzaken een verkeerde wieluitlijning en kunnen beginnen met een klein scheurtje dat water binnenlaat en de basis van de weg verzwakt, of een klein gebied met raveling dat de volledige diepte ingaat, of een heleboel kuilen kunnen van de ene op de andere dag ontstaan in een gebied met krokodillenscheuren van een dun wegdek. Een slechte bodem, slechte drainage, een te dun asfaltoppervlak, slechte verdichting en slecht onderhoud van het wegdek kunnen allemaal leiden tot het ontstaan van kuilen.