Holle ruimte

De holle ruimte (HR) is, voornamelijk indirect, van groot belang voor de asfaltkwaliteit. Dat wil zeggen als een factor (maar niet de enige) die van invloed is op een aantal belangrijke asfalteigenschappen en als een (grove) indicator voor die eigenschappen. Hierbij moet worden opgemerkt dat naast het percentage HR ook van belang is hoe die HR in het asfaltmengsel is verdeeld: bijvoorbeeld als netwerk van doorlopende kanaaltjes, als verzameling losse luchtbellen of als iets er tussenin. Ook is van belang of de HR het gevolg is van bewuste keuzen in de mengselsamenstelling (de ‘ontwerp-HR’) of van afwijkingen in die samenstelling en/of onvoldoende of overmatige verdichting.

De HR is gerelateerd aan de volgende eigenschappen:

• Porositeit/doorlatendheid/waterafvoerend vermogen/vorstgevoeligheid. De porositeit (toegankelijke holle ruimte) van een asfaltmengsel is, samen met de vorm en verbondenheid van de poriën, van belang voor de doorlatendheid van het mengsel. Hierdoor wordt het waterafvoerend vermogen van het asfalt bepaald, dat invloed heeft op de hoeveelheid spat- en stuifwater door het verkeer onder natte omstandigheden, en ook op de natte stroefheid. Als water wel in het mengsel kan doordringen, maar er niet (zijdelings) uit kan wegvloeien, bestaat gevaar voor vorstschade.
• Porositeit/geluidabsorptie. De toegankelijke holle ruimte van een asfaltmengsel is ook van belang voor de absorptie van verkeersgeluid. Hierbij speelt echter niet alleen het percentage toegankelijke HR een rol, maar ook de vorm van de poriën en de dikte van de poreuze laag.
• Textuur/geluidsproductie. Hoe hoger de HR in een mengsel, hoe groter meestal ook de textuurdiepte van dat mengsel. Een grotere textuurdiepte kan bijdragen aan een geringere productie van band/wegdekgeluid, doordat air pumping en hoorneffect worden verminderd (zie ook paragraaf 6.2). Belangrijk is daarbij wel dat de grotere textuurdiepte niet mag leiden tot sterkere bandtrillingen.
• Textuur/snelheidsafhankelijke natte stroefheid. Door een grotere textuurdiepte verbetert ook het waterafvoerend vermogen van het wegoppervlak, waardoor de natte stroefheid bij hogere snelheid toeneemt (of eigenlijk: de stroefheid minder snel afneemt bij een toename van de snelheid, zie ook paragraaf 6.2).
• Verdichtingsgraad. Verdichting wordt vaak genoemd als de belangrijkste invloedsfactor voor de asfaltkwaliteit. Wanneer een asfaltmengsel onvoldoende is verdicht, heeft dit (grote) negatieve gevolgen voor de kwaliteit. De mineraalkorrels vormen dan namelijk geen skelet en ondervinden daardoor te weinig steun van hun omgeving. Hierdoor kan het mengsel naverdichten onder invloed van het verkeer, maar ook kunnen scheurvorming, spoorvorming en rafeling ontstaan. Ook overmatige verdichting is ongewenst, omdat daarbij verbrijzeling van de steen kan optreden. Niet alleen wordt de sterkte op de breukvlakken dan nihil, maar door de gewijzigde gradering kan ook de volumetrie van het mengsel worden verstoord, met kans op overvulling en daardoor verminderde vervormingsweerstand. Overvulling kan bij overmatige verdichting ook ontstaan zonder verbrijzeling. Onjuiste verdichting uit zich in afwijkingen ten opzichte van de ontwerp-HR. Bij conventionele mengsels wordt niet naar de HR gekeken, maar naar de dichtheid. Deze wordt gerelateerd aan een referentiedichtheid. De referentie wordt bepaald op een Marshalltablet, dat wil zeggen een proefstuk van 100 mm diameter en circa 65 mm dikte, dat door 2 x 50 slagen met de Marshallhamer is verdicht. Voor DAD zijn er bezwaren tegen deze proefstukdikte (niet representatief voor deze mengsels, waardoor mogelijk onjuiste resultaten worden verkregen) en de manier van verdichting (die vaak leidt tot verbrijzeling en dus tot onjuiste resultaten). Daarom heeft de werkgroep ervoor gekozen om de wijze van bepaling van de ontwerpdichtheid en de HR over te laten aan de eigen inzichten van de opdrachtnemers. Wel wordt aanbevolen om te controleren of de gerealiseerde dichtheid en HR voldoende overeenkomen met de ontwerpwaarden.
• Rafelingsbestendigheid. Niet alleen de HR heeft invloed op de rafelingsbestendigheid, maar ook de verdichtingsgraad. Bij optimale verdichting is in principe een toenemende rafelingsgevoeligheid te verwachten bij een toenemende ontwerp-HR (bij een gelijk blijvende hoeveelheid en type bindmiddel), omdat de steenkorrels steeds minder steun van hun omgeving hebben. Om de toene- mende rafelingsgevoeligheid bij een hogere ontwerp-HR tegen te gaan, kan meer en beter bindmiddel worden gebruikt en/of speciale toeslagmaterialen met een hogere haakweerstand en een hogere affiniteit voor het bindmiddel.

Referentie/norm/voorschrift, principe
De holle ruimte is gedefinieerd [13] als:
HR = 100% · (dichtheid mengsel – dichtheid proefstuk)/dichtheid mengsel

De ‘dichtheid mengsel’ is de dichtheid (massa per volume) van het asfaltmateriaal zonder holle ruimte. Deze wordt bepaald volgens RAW-proef 68 [1] of NEN-EN 12697-5 [11].¹⁾Zie paragraaf 3.4 betreffende de overgang van RAW-proeven naar Europese normen. De massa van het asfaltmengsel wordt gewogen; het volume wordt bepaald door het verkruimelde mengsel onder te dompelen in een vloeistof in een pyknometer (glazen vat met een nauwkeurig gekalibreerd volume) en ervoor te zorgen dat er zich geen lucht meer in de pyknometer bevindt.²⁾NEN-EN 12697-5 kent ook nog een procedure waarbij het volume op andere wijze wordt bepaald alsook een procedure waarbij de dichtheid mengsel wordt berekend uit de dichtheden van de samenstellende bouwstoffen. Deze laatste procedure wordt ook gegeven in toelichting 2 van RAW-proef 68 [1]. De kans bestaat dat deze terugrekenprocedure uiteindelijk in Nederland gekozen gaat worden als referentiemethode.

De ‘dichtheid proefstuk’ is de dichtheid (massa per volume) van het asfaltmateriaal inclusief de holle ruimte. Deze wordt bepaald volgens NEN-EN 12697-6 [12].³⁾Hier wordt niet ingegaan op andere methoden van dichtheidsbepaling (zowel in situ als in het laboratorium), zoals nucleaire methoden (waaronder Troxler).

RAW-proef 67 [1] vereist ‘boven en onder water wegen’ voor alle in de wegenbouw toegepaste asfaltmengsels. De enige uitzondering betreft zoab, waarvoor ‘afmetingen’ wordt vereist. Hiermee wordt echter voor asfaltmengsels met een HR (op basis van afmetingen) tussen circa 10 en 20%, waaronder veel DAD-producten, een ongelukkige situatie gecreëerd, omdat ‘boven en onder water wegen’ voor deze mengsels geen juiste weergave van de HR geeft.

NEN-EN 13108-20 [23] vereist voor DAD-mengsels gebruik van verschillende methoden, afhankelijk van de ontwerp-HR (of vereiste HR):De werkgroep sluit zich hierbij aan. Hierbij stelt de werkgroep dat de door de productleverancier beoogde, in de weg te realiseren HR maatgevend is voor de keuze van de meetmethode voor een bepaald product. Deze HR en de bijbehorende HR-bepalingsmethode moeten door de productleverancier in het PIB worden opgegeven. Het is belangrijk dat vervolgens uitsluitend de aangegeven methode wordt gebruikt voor het product, ook als resultaten buiten de bovengenoemde grenzen voor de betreffende methode liggen.⁵⁾De verschillende methoden voor de bepaling van de dichtheid proefstuk geven namelijk niet hetzelfde resultaat, zodat de ongewenste situatie kan ontstaan dat volgens methode A een resultaat wordt gevonden dat volgens de methodegrenzen met methode B zou moeten worden bepaald, terwijl methode B juist een resultaat oplevert dat volgens de methodegrenzen met methode A zou moeten worden bepaald. Vanwege de resulterende onduidelijkheid dient deze situatie te worden vermeden.

Bij de bepaling op basis van ‘boven water wegen en het volume op basis van afmetingen’ wordt ook de oppervlaktextuur⁶⁾Dit betreft niet alleen de textuur van het wegdekoppervlak, maar ook de textuur van alle buitenzijden van een laboratoriumvervaardigd proefstuk, zoals een Marshalltablet. De textuur van zaag- of slijpvlakken komt bij benadering overeen met de ‘bulkeigenschappen’ van het materiaal, zodat deze vlakken geen verstorende invloed op de HR-bepaling hebben. als HR meegerekend. Daarbij moet worden bedacht dat de invloed hiervan op de HR afhankelijk is van de proefstukdikte. Een textuurdiepte van 1 mm aan één vlakke zijde van het proefstuk komt immers overeen met een ‘plak lucht’ van 1 mm dikte. Bij een proefstukdikte van 50 mm komt dit overeen met 2% HR, bij 25 mm dikte komt dit overeen met 4% HR, en bij 10 mm dikte zelfs met 10% HR!

De invloed van de oppervlaktextuur zou kunnen worden geminimaliseerd door deze over een dikte van circa 2 mm weg te slijpen. Omdat hiermee echter nauwelijks ervaring bestaat, en omdat lagen dunner dan circa 15 mm dan wel erg dun worden, heeft de werkgroep besloten dit niet voor te schrijven. Wel moeten de proefstukken standaard een diameter van 100 mm hebben, om verschillen ten gevolge van de invloed van de textuur van de cilinderwand te minimaliseren. De dikte van de proefstukken is vrij (en onder meer afhankelijk van de laagdikte in de weg), maar moet bij de rapportage vermeld worden. Verder moet worden vermeld of het gaat om geboorde proefstukken – en zo ja waaruit deze zijn geboord (uit de weg of uit een groter in het lab vervaardigd proefstuk) – of dat de cilinderwand van het proefstuk is gevormd in een mal (Marshall, gyrator of dergelijke).

Eenheid, nauwkeurigheid, referentiewaarden
Holle ruimte wordt uitgedrukt in volumeprocenten, in één decimaal. NEN-EN 12697-8 geeft voor de herhaalbaarheid r = 1,1% en voor de reproduceerbaarheid R = 2,2% [13]. Naar verwachting is de methode op basis van afmetingen voor DAD echter minder nauwkeurig dan voor conventionele deklagen. Een bepaalde meetspreiding in de dikte heeft bij een kleine laagdikte immers een veel grotere invloed op de gevonden dichtheid en HR dan bij een grote laagdikte. Ook eventuele beschadigingen aan de randen⁷⁾Formeel mogen deze beschadigingen niet voorkomen, omdat ze de meting verstoren, maar in de praktijk komen ze vaak tot zeer vaak voor, veelal in toenemende mate bij toenemende HR. hebben bij een kleine laagdikte een grotere invloed op de meetresultaten dan bij een grote laagdikte.

Voor de conventionele deklagen geven de Standaard RAW Bepalingen 2005 [1] de volgende HR-waarden (allemaal op basis van boven en onder water wegen):

Een gangbare indeling onderscheidt vier klassen van ontwerp-HR, bepaald op basis van afmetingen: dicht (0% - circa 9%), semidicht (circa 9% - circa 14%), half open (circa 14% - circa 19%), zeer open (meer dan circa 19%) [43, 44]. Veel geluidreducerende DAD-producten blijken in het grensgebied van semidicht en half open (circa 12-17%) te vallen. Zo werden in vergelijkend onderzoek van de werkgroep aan tien DAD-producten [45] de waarden in tabel 2 gevonden.

Beperkingen
Een gerealiseerde HR ‘op zich’ zegt niet veel, maar krijgt pas betekenis in relatie tot de ontwerp-HR, en in samenhang met informatie over de poriestructuur en daarmee de doorlatendheid.

Tabel 2 illustreert dat er grote verschillen kunnen bestaan tussen de HR van laboratoriumvervaardigde proefstukken (afhankelijk van onder meer meng- en verdichtingswijze) en die van boorkernen uit de weg, zelfs als productie en verwerking optimaal zijn uitgevoerd. Toetsen van een HR ‘uit de weg’ aan een HR ‘uit het lab’ is dan ook vrijwel onmogelijk.

Toetsen van een HR ‘uit de weg’ aan referentiewaarden (volgens dezelfde bepalingsmethode) ‘uit de weg’ van hetzelfde product (bijvoorbeeld de gerealiseerde HR in de PIB-beoordelingsvakken) is volgens de werkgroep wel mogelijk. Daarbij dienen wel voldoende ruime marges (bijvoorbeeld plus en min 5% HR) te worden gehanteerd, om rekening te houden met de verminderde reproduceerbaarheid van de proef bij kleine laagdikten.

Als het boren van kernen uit de weg niet gewenst is, kan eventueel de HR van labvervaardigde proefstukken uit hoppermonsters worden getoetst aan de HR van de labproefstukken uit het voorbereidend onderzoek van de productleverancier en/of de productiecontrole.

Gewenst meetmoment
Er zijn diverse meetmomenten mogelijk: bij het voorbereidend onderzoek ter bepaling van de productsamenstelling, tijdens de bedrijfscontroles (Factory Production Control/FPC), eventueel bij verwerking op tabletten van hoppermonsters en bij/voor oplevering/ openstelling.