draagt de SBS modificatie hieraan bij?

Duurzaamheid van ZOAB:
draagt de SBS modificatie hieraan bij?
8 April 2014 – 3e Latexfalt Congres
Erica Jellema
Inhoud
Introductie
Duurzaamheid van ZOAB: laboratorium en in de praktijk
Duurzaamheid vs. functionaliteit
Voordelen van modificatie
Conclusies
Ervaring met ZOAB
Naast alle (reeds bekende) positieve aspecten:
Relatieve korte levensduur door steenverlies aan het oppervlak
Veroorzaakt schade aan autoruiten
En vermindering van geluidsreductie
Documentation vanuit Nederland
Rappport: ‘Gaat gemodificeerd ZOAB langer mee??’ (DWW-2002-13)
Onderzoek naar verduurzaming van ZOAB test vlakken
Conclusies uit het rapport:
Een hoog bindmiddelgehalte is van belang voor goed gedrag van de
weggedeelten (weinig steenverlies)
Modificatie van bindmiddel kan nuttig zijn voor het verkrijgen van hoge
bindmiddel percentages
Het gebruik van rubber/polymeer modificaties lijkt geen levensduur
verlengend effect te hebben
Documentatie vanuit de VK
In 1984 heeft de TRL een gelijk aantal tests uitgevoerd op de A38
Tussentijdse conclusies in 1989:
Sections 3, 10 en 11 presteerden beter dan gemiddeld
Section 3 was epoxy asfalt
Section 10 was 200 pen + SBS door Philmac
Section 11 was 200 pen + SBS door Shell
“…het blijkt dat verbeterde duurzaamheid door hoger
bindmiddelgehalte meestal behaald wordt ten koste van
waterdoorlaatbaarheid (hydraulic conductivity)…”
Nederlandse proeven waren alleen gericht op verduurzaming
TRL: focus op zowel verduurzaming, waterdoorlaatbaarheid, sproei
hoeveelheid, textuur diepte, stroefheid en behoud van holle ruimtes
Mogelijke oorzaken van vervroegd steenverlies
1.
Versnelde veroudering door open structuur
•
Onvoldoende toughness/breeksterkte in de broze staat of
•
Gebrek aan ‘genezend’ vermogen om beschadigingen door verkeer
te herstellen
2.
Versterking door doorzakking van het bindmiddel tijdens gebruik
3.
Slechtere hechting door weersinvloeden
Op basis van een beperkt aantal praktijkobservaties is geconstateerd dat
optie 3 de minst waarschijnlijke oorzaak is
Mogelijkheden voor verbetering van
de weerstand teven steenverlies
1. Vermindering kwetsbaarheid door veroudering door het kiezen van
zachtere/basis bitumen
2. Probeer dikkere lagen bindmiddel aan te brengen
Ad 1 & 2:
- Potentie voor vervroegd verstoppen
- Potentie voor zwaardere uitzakking
3. Gebruik zachte, hogere PI bitumen
Ad 3:
- Algemene zorg voor tegengaan van verouderingsproces
4. Verbetering van toughness/breeksterkte
Ad 4:
- Onmogelijk zonder gebruik van polymeren
Potentiele bijdrage SBS I
1. SBS vormt een uitgebreid netwerk bij omgevingstemperaturen en is
aanwezig als aparte molecuul bij verwerkingstemperatuur
Potentiële bijdrage SBS II
2.
Het uitgebreid netwerk wordt continue in de bitumen bij
concentraties tussen 4 – 6%
Potentiële bijdrage SBS III
1. SBS vormt een uitgebreid netwerk bij omgevingstemperaturen en is
aanwezig als aparte molecuul bij verwerkingstemperaturen
2.
Het uitgebreid netwerk wordt continue in de bitumen bij concentraties
tussen 4 – 6%
1. Het continue, uitgebreid netwerk brengt:
1. (Zeer) hoge viscositeit bij omgevingstemperaturen
2. (Zeer) high toughness/breeksterkte bij omgevingstemperaturen
3. Verminderde stijfheid bij lage temperaturen
4. Verhoogde stijfheid bij hoge temperaturen
5. Het potentiële gebruik van zachte(re) basis bitumen
Pen-waarde bij 25 ºC, dmm
Laboratorium veroudering van ZOAB boorkernen
bij 50°C
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
80/100
PX100
+3% D1101
+5% D1101
+7% D1101
0
10
20
30
Veroudering in weken
40
Laboratorium veroudering van ZOAB boorkernen
bij 50°C
Pen-waarde bij 40ºC, dmm
500
400
80/100
PX100
+ 3% D1101
+ 5% D1101
+ 7% D1101
300
200
100
0
10
20
30
Veroudering in weken
40
Invloed van SBS modificatie op
laboratorium veroudering
Vergelijking van de rechte lijnen:
bij 25 °C
bij 40 °C
PX100
jr = -2.0x + 103
jr = -5.8x + 396
80/100
jr = -1.6x + 81
jr = -4.3x + 273
PX100 + 3%
jr = -1.2x + 79
jr = -3.2x + 275
PX100 + 5%
jr = -1.1x + 70
jr = -2.0x + 199
PX100 + 7%
jr = -0.9x + 63
jr = -1.4x + 164
Een kleinere hellingshoek in penwaarde veroudering grafiek, betekent een
hgere modificatie
Vergelijking van de drie beste waterdoorlatende en
de vier meest duurzame secties in A38 proeven
8
7
Verbetering van
waterdoorlaatbaarheid
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
Verbeterde duurzaamheid
8
A38 resultaten: waterdoorlaatbaarheid en
veroudering in de praktijk
Waterdoorlaatbaarheid
jr = -16.3x + 70
**
100 pen
jr = -20.7x + 84
**
100 pen
jr = -18.7x + 84
**
100 pen
jr = -18.0x + 84
**
200/SBS
jr = -25.3x + 106
***
200/SBS
jr = -28.7x + 131
***
Pen bij 25 °C, dmm
70 pen
Veroudering A38
140
120
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
Veroudering in jaren
70 pen
100 pen
200 + SBS (Philmac)
100 pen
100 pen
200 + SBS (Shell)
Resultaten A38 proeven
Afwijking tussen resultaten van veroudering in het laboratorium en in de
praktijk:
SBS-gemodificeerd asfalt veroudert langzamer in het lab en sneller in de
praktijk
A38 resultaten tonen aan:
Beter behoud van waterdoorlaatbaarheid voor SBS-gemodificeerd ZOAB
Betere duurzaamheid van systeemverstopping aan het begin van de
levensduur
Waarom zouden sommige systemen sneller verstoppen, terwijl de
samenstelling en kwaliteit van het aggregaat hetzelfde zijn?
Waarom verstoppen sommige systemen meer dan
anderen?
Bindmiddelen van oppervlakbehandelingen:
Sommige bindmiddelen absorberen meer vuil dan andere, aangezien een
duidelijke relatie is gevonden met de viscositeit van deze bindmiddelen
SBS-gemodificeerde bindmiddelen hebben (zeer) hoge viscositeit wanneer
de polymeer fase continue is
Minder absorbtie van stof leidt tot minder verstopping, aangezien stof
gemakkelijk verwijderd kan worden door het pomp effect van verkeer
Laboratorium experimenten: pure bitumen
2u
6u
24u
Laboratorium experimenten: PMB (4% SBS)
2u
6u
48u
Laboratorium experimenten: PMB (8% SBS)
2u
6u
120u
Verstoppingswaarde
Relatieve veroudering
Mogelijk mechanisme (1)
Viscositeit bij verwerkingstemperatuur
Mogelijk mechanisme (2)
Relatieve schade
100
80
Behoud holle ruimte
60
40
Basis effect
veroudering
20
0
0
3
6
9
Niveau van SBS-modificatie
12
Voordelen van modificatie
250
Waterdoorlatend
heid
200
Arbitraire 150
score
100
Geluidsreductie
Duurzaamheid
50
0
0
3
6
9
Niveau van SBS-modificatie
12
Japanse ervaring met ZOAB
ZOAB wordt al meer dan 20 jaar toegepast door heel Japan
Ontwikkeld omdat men zowel waterafvoer als geluidsreducerende
eigenschappen vereiste
Gebruik van niet/laag gemodificeerde bindmiddelen resulteerde in:
Steenverlies en verstopping van holle ruimtes in gebruik
Leidt tot verminderde duurzaamheid en functionele eigenschappen
Daarom heeft Japan:
Typische modificatie hoeveelheid: 8%
Koudste delen van het land: 10% of meer
Winter rafeling van ZOAB: Testen en Modellering
Technische Universiteit Delft & Kraton
 Polymers Research
Een aantal koude winternachten kan gelijk staan aan jaren van beschadiging aan
een weg wanneer spanningen veroorzaakt door verkeersbelasting gecombineerd
met dag/nacht temperatuur variaties zorgen voor het bereiken van het breekpunt
van een bindmiddel.
TU Delft(LOT):
Voorspelbare factoren voor
winterschade aan verouderde
bindmiddelen:
- Beperkt verouderd bindmiddel
laag temperatuur stijfheid
- Stress relaxation toestaan bij
lage temperatuur
Model bevestigt gebruik van bindmiddel van duurzame
en vroegtijdige beschadigde motorweg
Winter rafeling van ZOAB: Testen en Modellering
Technische Universiteit Delft & Kraton
 Polymers Research
Duurzaamheid bij -10°C [dagen]
∆(night/day)=6°C
Kraton™ hoog gemodificeerde
bindmiddelen hebben
uitzonderlijke veerkracht:
15 x levensduur vs. standaard
SBS gemodificeerd
Uitzonderlijke breeksterkte:
Conclusies
Duurzaamheid van ZOAB dient beoordeeld te worden op zowel functionaliteit als
weerstand tegen steenslag verlies
Evaluaties in Nederland zijn alleen gericht op weerstand tegen steenslagverlies
Evaluaties in het buitenland zijn gericht op alle functionele aspecten en tonen
correlaties tussen:
Meer verstoppen
minder waterdoorlaatbaar
Meer verstoppen
minder steenverlies
Minder verstoppen
meer waterdoorlaatbaarheid
Minder verstoppen
meer steenverlies
Het tegengaan van verstoppingen is gerelateerd aan het type (viscositeit) van
het bindmiddel en er is aangetoond dat des te hoger het modificatieniveau, des
te minder vuilabsorbtie plaatsvindt
Er bestaat ook een discrepantie in de mate van veroudering tussen de weg en
het laboratorium, in het laatste geval vindt er duidelijk geen verstopping plaats.
Hoog gemodificeerd ZOAB heeft zich in Japan bewezen, waar de gebruikte
hoeveelheid SBS modificatie 8% of hoger is
LOT model van TU Delft voorspelde een significante duurzaamheidverbetering
van hoog gemodificeerde ZOAB na veroudering (bij winter condities)
Kraton, the Kraton logo and design, the Cariflex logo, Cariflex, Nexar and the
Giving Innovators Their Edge tagline and, in some cases, their expression in
other languages are trademarks of Kraton Performance Polymers, Inc. and are
registered in many countries throughout the world.
Publication Disclaimer:
We believe the information set forth above to be true and accurate, but any
findings, recommendations or suggestions that may be made in the foregoing
text are without any warranty or guarantee whatsoever, and shall establish no
legal duty or responsibility on the part of the authors or any Kraton Polymers
entity. Kraton expressly disclaims any warranties and implied representations
as to the commercial availability of any of its polymers, commercial or
developmental. Kraton reserves the rights to withdraw any product from
commercial availability and to make any changes to any existing commercial or
developmental polymer. Furthermore, nothing set forth above shall be
construed as a recommendation to use any product in any specific application
or in conflict with any existing patent rights. All Kraton Polymers entities
expressly disclaim any and all liability for any damages or injuries arising out
of any activities relating in any way to this publication or the information set
forth herein.
©2014 Kraton Performance Polymers, Inc. All rights reserved.

Download Report