Asfalt. Het grijze lint waarop we rijden is er vaak van gemaakt. Maar het is niet altijd hetzelfde spul. Er zijn meer soorten asfalt met verschillende eigenschappen en gripniveaus. Daarnaast wordt ook de geluidsproductie een steeds belangrijkere factor.
Asfalt is mooi spul. Je kunt er mooie vlakke wegen mee aanleggen en het materiaal biedt zelfs in de regen nog redelijke grip. Heel anders dan klinkerwegen of kinderkopjes, die ook nog tamelijk arbeidsintensief zijn om aan te leggen. Asfaltwegen kun je met grote machines aanleggen en dat gaat snel, met hoge kwaliteit. Er zijn echter diverse soorten asfalt. Sinds 2007 gelden in Europa gelijke Europese normen voor asfaltsamenstellingen. De standaard kent de hoofdgroepen grindasfaltbeton, steenslagasfaltbeton, open asfaltbeton, dicht asfaltbeton, zeer open asfaltbeton, steenmastiekasfalt, koud asfalt, gietasfalt en emulsie-asfaltbeton. In asfaltbeton zit overigens geen beton, de naam geeft aan dat het qua gradering vergelijkbaar is met beton. Zeer open asfaltbeton heeft poriën, waardoor het water beter wordt afgevoerd. Dat voorkomt spray en aquaplaning. Van de hierboven beschreven categorieën wordt in Nederland en België zacht asfalt en warmgewalst asfalt niet of nauwelijks toegepast. Warmgewalst asfalt wordt vooral toegepast in Groot-Brittannië, terwijl zacht asfalt vooral in de Scandinavische landen wordt toegepast.
Techniek: hackers bestaan ook in de motorwereld! Hoe kun je dit voorkomen?
Samenstelling
Asfalt is op zichzelf geen vaste stof. Het is een mengsel dat is samengesteld uit mineraal aggregaat, bitumen en toeslagstoffen. Bitumen zijn dikke fracties die bij het destilleren van aardolie vrijkomen. Het zijn dus koolwaterstoffen met hele lange ketens. Het is feitelijk een viskeuze vloeistof, die bij hoge temperaturen vloeibaarder wordt. Bij het aanleggen is het ongeveer 150° Celsius. Bij lage temperaturen zo hard is als een baksteen. Aggregaat is een mengsel van steenslag, grind en zand, als toeslag- of vulstoffen worden vliegas en kalksteenmeel gebruikt. Het bitumen is het bindmiddel, dat het mengsel bij elkaar houdt, het aggregaat zorgt voor de sterkte. Vroeger werd er ook wel teer gebruikt als bindmiddel, maar sinds 1990 niet meer. Op oude wegen kun je het echter nog tegenkomen en je ziet soms ook reparatiestukken, waar teer is gebruikt om spleten te dichten. Maar aangezien teer kankerverwekkend is, mag het niet meer worden gebruikt. Verder kan de samenstelling ook per land verschillen omdat er andere gesteentes voorhanden zijn, die als aggregaat worden gebruikt. In sommige landen kan er ook een andere samenstelling worden gekozen om de temperatuur te verlagen. Ik hoorde ooit in Griekenland dat er marmerstof in het wegdek zou zitten. Dat reflecteert het zonlicht, zodat het asfalt minder heet wordt en niet smelt. Het wegdek wordt er in de regen wel glad van. Bewijs heb ik er niet van gevonden.
Eigenschappen
Voor asfalt zijn veel eigenschappen van belang: vlakheid, stroefheid, zichtbaarheid en waterafvoer zijn daarbij belangrijke factoren, net als weerstand tegen slijtage, schuifkrachten (remmen, bochtenwerk) vorst, dooi en hoge grondwaterstanden. Uiteraard zijn sterkte en weerstand tegen vervorming voor asfalt ook cruciaal, denk maar aan de diepe sporen die door vrachtverkeer kunnen ontstaan. Elasticiteit en lastspreiding zijn daarvoor belangrijke eigenschappen van een wegdek. De eigenschappen van het asfalt kun je bepalen door de keuze van de componenten en de verschillende mengverhoudingen ervan. Bij een normaal wegdek worden verschillende kwaliteiten gebruikt. Voor de onderlaag wordt grindasfaltbeton en steenslagasfaltbeton gebruikt omdat deze laag sterk moet zijn om het gewicht te dragen en naar de ondergrond te verdelen. Er kan een tussenlaag worden toegepast van open asfaltbeton. Voor de deklaag, die voor de rijeigenschappen zorgt, wordt dicht asfaltbeton, zeer open asfaltbeton, steenmastiekasfalt, koud asfalt, gietasfalt en emulsie-asfaltbeton gebruikt. Dan zijn er nog profileerlagen, waarmee een profiel in langs- en dwarsrichting wordt aangebracht. Dat kan grindasfaltbeton, steenslagasfaltbeton en open asfaltbeton zijn.
Skelet
Om de belasting van het verkeer zonder blijvende vervorming op te nemen, moet de belasting over een groter oppervlak worden verspreid. Dat doet het aggregaat. Elke steen rust op meerdere stenen en zo wordt het gewicht verspreid, een beetje zoals een piramide van cheerleaders. Het bindmiddel zorgt dat de steentjes wel iets kunnen bewegen maar weer terugveren naar hun oorspronkelijke positie. Er zijn twee soorten skeletten: een steenskeletmengsel en een zandskeletmengsel. Het verschil zit hem in de korrelgrootte. Het skelet draagt alleen op deze manier als de ruimtes tussen de korrels niet ‘overvuld’ zijn, want dan drijven de kiezels in de mortel. Bij een gevuld mengsel zijn de holle ruimtes niet helemaal gevuld, maar staan ze niet in open verbinding met elkaar. Dan heb je het over dicht asfaltbeton. Is het mengsel ‘ondervuld’, dan staan de holle ruimtes wel in verbinding met elkaar. Dan heb je open en zeer open asfaltbeton. Als mengsels niet mogen vervormen, mogen ze niet overvuld zijn. Bij overvulde mengsels treedt spoorvorming op. Daarbij moet de constructeur er rekening mee houden dat het mengsel door het verkeer nog aangereden of ‘naverdicht’ wordt. Bij 2% naverdichting neemt het volume van de holle ruimtes met 50% af. Ook bij hoge temperatuur kan overvulling optreden omdat de bitumen uitzet. Bij hoge temperaturen is asfalt zachter, bij hele lage temperaturen gaan de eigenschappen op die van beton lijken. Het is dan stijf en goed in staat om belastingen te spreiden, maar de spanningen in het asfalt zelf lopen hoog op waardoor scheurvorming op kan treden.
Beton
Als alternatief voor asfalt wordt ook ‘echt’ cementbeton toegepast. Het kan als drager worden gebruikt waarop een deklaag als dubbellaags ZOAB (zeer open asfaltbeton) wordt geplaatst, maar er kan ook een deklaag van uitgeborsteld steenslagcementbeton op. Dat heeft – in tegenstelling tot oude betonwegen – eenzelfde geluidsemissie als ZOAB maar een hogere aanvangsstroefheid, waardoor het tijdens de ‘inrijperiode’ veiliger is. Ook daarna heeft beton met rubber zowel nat als droog een hogere wrijvingscoëfficiënt dan asfalt met rubber: droog 0,68 om 0,67, nat 0,58 om 0,53. Beton kenmerkt zich verder door een lage rolweerstand, doordat het materiaal minder vervormt. Het brandstofverbruik ligt op modern beton lager dan op asfaltbeton. Vanwege het streven naar CO2-reductie zou dit materiaal in de toekomst vaker toegepast kunnen worden.
ZOAB
Tegenwoordig wordt vaak ZOAB gebruikt als toplaag, omdat het door de open structuur 6 dB(a) stiller is dan dicht asfaltbeton en omdat het veel minder spray geeft in de regen, doordat het water door het asfalt heen weg kan vloeien. Het voorkomt ook aquaplaning en het heeft een verhoogde weerstand tegen spoorvorming. Een nadeel van ZOAB is dat het niet erg stroef is als het net is aangelegd. Dat komt omdat er een bindmiddelfilm om de stenen zit. Die moet ervan af worden gereden voordat het mengsel goede grip biedt. Ook is gladheidsbestrijding in de winter moeilijker omdat de strooimiddelen met het smeltwater in de poriën zakken. Daar doen ze hun werk wel, maar dat is de verkeerde plaats. Verder is ZOAB onderhoudsgevoeliger, de levensduur ligt tussen de acht en twaalf jaar.
Techniek brandstof besparen #1: ook jij kunt besparen!
Micro-ruwheid
Het afrolgeluid van banden is buiten de bebouwde kom de grootste factor in de geluidsproductie van het verkeer, open uitlaten even daargelaten. Dat geluid ontstaat door trillingen van banden, door reflectie van motorgeluid en door air pumping. Air pumping ontstaat als lucht, die wordt ingesloten tussen band en wegdek explosief vrijkomt. Bij ZOAB kan deze lucht weg via de poreusheid van het asfalt en dat elimineert deze vorm van lawaai. Geluid door trillingen ontstaat als de band door de ruwheid van het asfalt gaat trillen. Die band zendt daardoor een geluidstrilling uit. Gladder asfalt is echter geen optie. De ruwheid van het asfalt is namelijk erg belangrijk voor de grip en de waterafvoer. Grip bestaat eigenlijk uit twee componenten. De eerste is de chemische grip, de aantrekkingskracht waarmee het rubber aan het asfalt kleeft. De tweede is de mechanische grip, de flexibiliteit waarmee het rubber zich over de micro-ruwheid van het asfalt vleit en er kracht (hysterese) nodig is om het rubber te vervormen. Die is sterk ‘vlakheid’ van het asfalt. De kleine groefjes op de steentjes in het asfalt zijn van invloed op deze factoren. Verder is ook de elasticiteit van het asfalt belangrijk is: de inzakking moet tijdens het rijden steeds worden overwonnen. Dit ‘ploegen’ zorgt samen met het ‘plakken’ voor de totale grip. Grofweg kun je zeggen dat de ongelijkheid, de elasticiteit en de hele grove megatextuur van invloed zijn op de rolweerstand, de handling en het interieurgeluid, terwijl de iets kleinere macrotextuur de natte frictie en het exterieurgeluid bepaalt. De kleinste microtextuur is samen met de macrostructuur belangrijk voor de droge frictie en de slijtage. Over het algemeen geldt dat ‘gebroken’ aggregaat dan stroever is dan niet gebroken aggregaat. De breuken maken het materiaal scherp en ruw en dat maakt het stroef. Op den duur ontstaat wel polijsting door het verkeer, waardoor de stroefheid afneemt. De minimum wrijvingscoëfficiënt die de Dienst Weg- en Waterbouwkunde van Rijkswaterstaat in Nederland handhaaft is 0,38, de afkeurgrens ligt bij 0,45.
Afrolgeluid
Opvallend is dat het wegdek niet alleen bijdraagt aan het trillen van de band, maar dat het geluid met name bij sommige meer open structuren, zoals ZOAB, door absorptie en reflectie in de openingen ook weer gedempt kan worden. Tegenwoordig wordt ook een dubbellaags ZOAB toegepast. Een tweede, fijnere laag geeft een extra geluidsreductie van 3 dB(a) omdat er minder uitstekende stenen zijn en er dus minder trillingen ontstaan. De structuur van het asfalt is echter niet de enige factor die voor geluid zorgt: ook het profiel van de band heeft er invloed op. Een profielloze band (slick) is reuze stil en heeft uitstekende grip op droog wegdek. Helaas is de waterafvoer ervan slecht, waardoor er op nat wegdek nauwelijks grip is. Profiel is dus noodzaak, maar de vorm kan wel worden geoptimaliseerd. Dat gebeurt al: banden hebben vaak ongelijke profielblokken om het ontstaan van een bepaalde, vaste trilfrequentie te voorkomen.
Oppassen
Soms treden er scheuren op in asfalt, die moeten worden gerepareerd. Ook wordt er soms een strook nieuw asfalt tegen een oude laag aangelegd. Vaak worden de naden dan dicht gegoten met dunnere bitumen waar rolsplit over wordt gestort, zodat de bovenlaag enigszins ruw wordt. Vaak zijn reparatiestukken wel gladder dan het overige asfalt, ook is de waterafvoer er ook minder goed van. Daar moet je als motorrijder dus voor oppassen. Ook als je een prachtige zwarte asfaltzee voor je ziet moet je uitkijken: dan is het vaak een nieuwe laag die nog moet worden ingereden. Dan weet je dat die laag minder grip heeft. Scheuren, kuilen en vorstschade-putten zijn de volgende aandachtspunten: door de hoogteverschillen kan je motor in onbalans raken, terwijl een weg met veel vorstschade ook kan afbrokkelen: je kunt dan steenslag van je voorganger om je oren krijgen. Pas verder op met regen na een lange periode van droogte: de weg kan dan gladder zijn omdat vuil, rubber en olieresten op de weg mengen met regendruppels. Ze vormen een smeerfilm, die het wegdek gladder maakt dan normaal in de regen. Bij voortdurende regenval spoelt het wegdek schoon en neemt de wrijvingscoëfficiënt weer toe.
Foto’s: Peter Aansorgh, Getty Images
Wederom een goed en informatief stuk!