Stroefheid asfaltverhardingen
Naar de stroefheidsontwikkeling van asfaltverhardingen is verreweg het meeste onderzoek gedaan. Dat komt uiteraard doordat dit verhardingsmateriaal veelvuldig wordt gebruikt op intensief bereden wegen, waar veelal ook de voertuigsnelheid hoog is. Asfalt wordt echter ook gebruikt voor minder intensief bereden verhardingen, waaronder fietspaden, voetpaden en pleinen. De stroefheidsontwikkeling op deze licht belaste verhardingen heeft minder aandacht gekregen.
Asfalt is een mengsel van grind en/of steenslag, zand, vulstof en bitumen. Het is in vele verschillende samenstellingen te verkrijgen. In het algemeen wordt onderscheid gemaakt naar gradering (met name continu of discontinu) en hoeveelheid holle ruimte in het mengsel (dichte mengsels, semi-dichte mengsels, half-open mengsels en open mengsels). Voor het stroefheidsgedrag is zowel de gradering als de holle ruimte bepalend, naast het gedrag van de specifieke samenstellende delen.
Aanvangsstroefheid
De laatste tijd heeft vooral de aanvangsstroefheid van verhardingen van steenmastiekasfalt (sma) en zeer open asfaltbeton (zoab) in de belangstelling gestaan. Omdat deze asfaltlagen in veel gevallen niet worden afgestrooid (hoewel voor sma nadrukkelijk wordt geadviseerd dit wel te doen [4, 13]), is het mineraalaggregaat aan het oppervlak direct na aanleg nog volledig bedekt met een bitumenfilm. Deze bitumenfilm is bovendien dikker dan bij continu gegradeerde asfaltmengsels; dit als gevolg van een hoger bitumenpercentage. Bij remmen met blokkerende wielen smelt door de warmteontwikkeling deze bitumenfilm, met ‘bitu-planing’ als gevolg. Dit verschijnsel treedt alleen op bij voertuigen zonder ABS. Het gevaar zit hem dan ook met name in de remwegverschillen tussen voertuigen met en zonder ABS. Over onderzoek naar dit fenomeen en mogelijkheden om het op te lossen, is uitgebreid gerapporteerd door CROW [4]. Het probleem speelt overigens voornamelijk op wegen waar met hogere snelheden wordt gereden. Voor langzaam verkeer, zoals voetgangers en fietsers, is het niet relevant.
Stroefheid op langere termijn
Voor het ‘langeduurstroefheidsgedrag’ van asfaltverhardingen is met name de kwaliteit van het steenslag bepalend. Hierbij moet kwaliteit in ruime zin worden opgevat. De belangrijkste factoren zijn in dit verband het percentage gebroken oppervlak en de polijstweerstand. Ook de samenstelling van het asfaltmengsel speelt echter een rol.
Zoals vermeld in paragraaf 3.1 kan de structuur van een wegoppervlak worden beschreven in termen van macrotextuur en microtextuur. De macrotextuur van een asfaltmengsel (verantwoordelijk voor voldoende wateren vuilberging) wordt vooral bepaald door de gradering van het gebruikte steenslag in combinatie met de vullingsgraad. De microtextuur beschrijft de ruwheid van het oppervlak en wordt vooral bepaald door het percentage gebroken oppervlak en de polijstweerstand van het steenslag. Daarnaast speelt de herkomst van het gesteente een rol, in die zin dat deze iets zegt over nog een aantal te verwachten eigenschappen van het steenslag.
Zoals vermeld in paragraaf 3.1 kan de structuur van een wegoppervlak worden beschreven in termen van macrotextuur en microtextuur. De macrotextuur van een asfaltmengsel (verantwoordelijk voor voldoende wateren vuilberging) wordt vooral bepaald door de gradering van het gebruikte steenslag in combinatie met de vullingsgraad. De microtextuur beschrijft de ruwheid van het oppervlak en wordt vooral bepaald door het percentage gebroken oppervlak en de polijstweerstand van het steenslag. Daarnaast speelt de herkomst van het gesteente een rol, in die zin dat deze iets zegt over nog een aantal te verwachten eigenschappen van het steenslag.
Gradering en vullingsgraad
Zoals eerder aangegeven wordt het water- en vuilbergend vermogen van het wegoppervlak bepaald door de gradering en de vullingsgraad van het asfaltmengsel. Zijn deze niet goed gekozen of staan zij niet in de juiste verhouding tot elkaar, dan bestaat het risico dat onder invloed van het verkeer een herschikking van het steenslag plaatsvindt; deze kan resulteren in een glad oppervlak van bitumen, zand en vulstof (mortel). Het risico van ‘overvulling’ is bij mengsels met een fijne gradering (bijvoorbeeld 0/5) groter dan bij mengsels met een grove gradering (bijvoorbeeld 0/11 of 0/16).
Zoals eerder aangegeven wordt het water- en vuilbergend vermogen van het wegoppervlak bepaald door de gradering en de vullingsgraad van het asfaltmengsel. Zijn deze niet goed gekozen of staan zij niet in de juiste verhouding tot elkaar, dan bestaat het risico dat onder invloed van het verkeer een herschikking van het steenslag plaatsvindt; deze kan resulteren in een glad oppervlak van bitumen, zand en vulstof (mortel). Het risico van ‘overvulling’ is bij mengsels met een fijne gradering (bijvoorbeeld 0/5) groter dan bij mengsels met een grove gradering (bijvoorbeeld 0/11 of 0/16).
Percentage gebroken oppervlak
Het percentage gebroken oppervlak wordt beschreven conform NEN-EN 13043 met een Cx/y waarde. Hierbij staat de x voor het minimumpercentage steen met totaal gebroken of gedeeltelijk gebroken korrels (dan wil zeggen minder dan 50 procent rond oppervlak).
Het percentage gebroken oppervlak wordt beschreven conform NEN-EN 13043 met een Cx/y waarde. Hierbij staat de x voor het minimumpercentage steen met totaal gebroken of gedeeltelijk gebroken korrels (dan wil zeggen minder dan 50 procent rond oppervlak).
De y-waarde is afhankelijk van x en geeft het maximale percentage steen met volledig ronde korrels. In de Standaard RAW Bepalingen 2005 worden drie klassen steenslag onderscheiden. Voor steenslag 1 en steenslag 2 geldt een klasseaanduiding van C95/1; voor steenslag 3 geldt C100/0. Steenslag 1 en 2 kunnen gebroken grind zijn; steenslag 3 moet groevemateriaal zijn.
Het percentage gebroken oppervlak is van belang omdat vooral gebroken oppervlak voldoende ruw is om de microtextuur te genereren die een eventuele waterfilm op het wegoppervlak kan doorbreken en zo band-wegdekcontact kan garanderen. De ronde, op natuurlijke wijze gepolijste oppervlakken van grindkorrels doen dit niet. In de regel voldoen de steenslagklassen 1 en 2 om een stroef oppervlak te verkrijgen; alleen voor zeer zwaar belaste wegen wordt steenslagklasse 3 voorgeschreven.
Polijstweerstand
De polijstweerstand van een steenslag wordt beschreven met de PSV-waarde (polished stone value). De polijstweerstand is van belang voor de stroefheid omdat onder invloed van de slijtage door het weer en het verkeer de microtextuur van het steenslag langzaam zal verdwijnen. Daarbij neemt de ruwheid van het steenslag af. Een hoge PSV-waarde geeft aan dat er een hoge weerstand tegen slijtage is.
De polijstweerstand van een steenslag wordt beschreven met de PSV-waarde (polished stone value). De polijstweerstand is van belang voor de stroefheid omdat onder invloed van de slijtage door het weer en het verkeer de microtextuur van het steenslag langzaam zal verdwijnen. Daarbij neemt de ruwheid van het steenslag af. Een hoge PSV-waarde geeft aan dat er een hoge weerstand tegen slijtage is.
Herkomst gesteente
De herkomst van het steenslag zegt iets over enkele eigenschappen die de wegbeheerder van het steenslag kan verwachten. De belangrijkste zijn:
De herkomst van het steenslag zegt iets over enkele eigenschappen die de wegbeheerder van het steenslag kan verwachten. De belangrijkste zijn:
- de compositie, ofwel de mineralen waaruit de steen is opgebouwd en in welke verhoudingen;
- de hardheid van de afzonderlijke mineralen; harde mineralen zorgen voor behoud van ruwheid/scherpte van het betreffende mineraal;
- het verschil in hardheid tussen de afzonderlijke mineralen; dit verschil is van invloed op het behoud van de ruwheid van het complete aggregaat.
Som van factoren
Uit de toelichting bij de vier zojuist genoemde (groepen) factoren is af te leiden dat de oorzaak van stroefheidsproblemen vaak niet eenvoudig en/of eenduidig is vast te stellen. Dit betekent dat een wegbeheerder zich bij het ontwerp en de specificatie van het gewenste eindresultaat in het bestek moet richten op alle factoren in plaats van het accent te leggen op maar één factor (bijvoorbeeld de polijstweerstand).
Uit de toelichting bij de vier zojuist genoemde (groepen) factoren is af te leiden dat de oorzaak van stroefheidsproblemen vaak niet eenvoudig en/of eenduidig is vast te stellen. Dit betekent dat een wegbeheerder zich bij het ontwerp en de specificatie van het gewenste eindresultaat in het bestek moet richten op alle factoren in plaats van het accent te leggen op maar één factor (bijvoorbeeld de polijstweerstand).
Specifiek gedrag asfaltmengsels
Over het stroefheidsgedrag van asfaltmengsels is redelijk veel kennis voorhanden [13]. De relatie tussen de materiaaleigenschappen en de stroefheid is hieronder beschreven.
Zoab-deklagen
Bij zoab-deklagen wordt de stroefheid vooral bepaald door de mate waarin het steenslag aan het oppervlak gepolijst raakt (microtextuur). De kwaliteit van dit steenslag is dus belangrijk. Pas als het wegoppervlak vervuild raakt (geen drainerende werking meer van de holle ruimte), gaat ook de macrotextuur een rol spelen.
Bij zoab-deklagen wordt de stroefheid vooral bepaald door de mate waarin het steenslag aan het oppervlak gepolijst raakt (microtextuur). De kwaliteit van dit steenslag is dus belangrijk. Pas als het wegoppervlak vervuild raakt (geen drainerende werking meer van de holle ruimte), gaat ook de macrotextuur een rol spelen.
Sma-deklagen
Bij sma-deklagen blijkt de stroefheid vooral te worden bepaald door de kwaliteit van de maximale steenfractie, in het bijzonder door de polijstweerstand en de herkomst van de fractie 4/8 mm; dit ongeacht de toegepaste materialen in het bereik 0/4 mm. Daarnaast is bij fijn gegradeerde sma-mengsels (zoals sma 0/5) een aandachtspunt of er voldoende macrotextuur aanwezig is. Sma heeft als nadeel dat het mengsel gevoelig is voor overvulling, wat wil zeggen dat er in het mengsel geen holle ruimte meer aanwezig is. Hierdoor kan het steenslag in de mastiek komen te ‘zwemmen’, waardoor de weerstand tegen spoorvorming afneemt en er onvoldoende macro- en microtextuur overblijft. Bij sma is dus niet alleen het steenslag van belang voor een voldoende stroef wegoppervlak, maar ook de samenstelling van het mengsel. Hiermee is ook het mengselontwerp een essentiële factor.
Bij sma-deklagen blijkt de stroefheid vooral te worden bepaald door de kwaliteit van de maximale steenfractie, in het bijzonder door de polijstweerstand en de herkomst van de fractie 4/8 mm; dit ongeacht de toegepaste materialen in het bereik 0/4 mm. Daarnaast is bij fijn gegradeerde sma-mengsels (zoals sma 0/5) een aandachtspunt of er voldoende macrotextuur aanwezig is. Sma heeft als nadeel dat het mengsel gevoelig is voor overvulling, wat wil zeggen dat er in het mengsel geen holle ruimte meer aanwezig is. Hierdoor kan het steenslag in de mastiek komen te ‘zwemmen’, waardoor de weerstand tegen spoorvorming afneemt en er onvoldoende macro- en microtextuur overblijft. Bij sma is dus niet alleen het steenslag van belang voor een voldoende stroef wegoppervlak, maar ook de samenstelling van het mengsel. Hiermee is ook het mengselontwerp een essentiële factor.
Continu gegradeerde asfaltdeklagen (asfaltbeton zoals dab)
Bij dab-mengsels blijkt de polijstweerstand van het materiaal kleiner dan 5 mm bepalend te zijn voor het verloop van de stroefheid van de verharding. Niet zozeer het steenslag, maar vooral de zandfractie blijkt de stroefheid te bepalen. In het algemeen kan worden gesteld dat de stroefheid kort na aanleg het hoogst is en na verloop van tijd langzaam daalt onder invloed van weersomstandigheden en het verkeer.
Bij dab-mengsels blijkt de polijstweerstand van het materiaal kleiner dan 5 mm bepalend te zijn voor het verloop van de stroefheid van de verharding. Niet zozeer het steenslag, maar vooral de zandfractie blijkt de stroefheid te bepalen. In het algemeen kan worden gesteld dat de stroefheid kort na aanleg het hoogst is en na verloop van tijd langzaam daalt onder invloed van weersomstandigheden en het verkeer.
Oppervlakbehandelingen en emulsieasfaltbeton
Voor oppervlakbehandelingen geldt eigenlijk hetzelfde als voor deklagen van zoab en sma, in die zin dat ook hierin geen zandfractie aanwezig is om de stroefheid te garanderen. De polijstweerstand en de herkomst van de steenslag zijn dus bepalend. Daarnaast is bij oppervlakbehandelingen ook een aandachtspunt in hoeverre sprake is van hechting tussen het steenslag en de bitumineuze kleeflaag.
Voor oppervlakbehandelingen geldt eigenlijk hetzelfde als voor deklagen van zoab en sma, in die zin dat ook hierin geen zandfractie aanwezig is om de stroefheid te garanderen. De polijstweerstand en de herkomst van de steenslag zijn dus bepalend. Daarnaast is bij oppervlakbehandelingen ook een aandachtspunt in hoeverre sprake is van hechting tussen het steenslag en de bitumineuze kleeflaag.
Emulsieasfaltbeton wordt samengesteld uit (zeer) fijne graderingen steenslag, zand, vulstof en bitumen. Bij deze verhardingssoort hoeft in het algemeen geen probleem met de stroefheidsontwikkeling te worden verwacht.
Indien de samenstelling van oppervlakbehandelingen of emulsieasfaltbeton niet juist is gekozen of niet op de juiste wijze is aangebracht, bestaat de kans dat deze deklaagproducten ‘vet slaan’. Hierbij wordt het bitumen uit het materiaal gedrukt, waardoor er aan het oppervlak een grote bitumenvlek ontstaat. Deze bitumenvlek zorgt ervoor dat de macro- en microtextuur van de steenslag verdwijnen, waardoor er op deze plaatsen stroefheidsproblemen kunnen ontstaan bij natte weersomstandigheden.
Scheurvullingsmassa
Om scheuren te dichten wordt, naast het frezen en inlagen, ook vaak gebruikgemaakt van warme bitumineuze vullingsmassa’ s. Na afkoeling vormen deze een oppervlak zonder textuur. Om toch textuur aan te brengen en stroefheidsproblemen tegen te gaan, worden scheurvullingen vaak afgestrooid met fijn steenslag (split). In de praktijk blijkt deze afstrooilaag echter meestal slecht te hechten of in de scheurvullingsmassa te worden gereden. Hierdoor ontstaat na (relatief) korte tijd alsnog een glad oppervlak, waaraan uiteraard stroefheidsrisico’s zijn verbonden.
Om scheuren te dichten wordt, naast het frezen en inlagen, ook vaak gebruikgemaakt van warme bitumineuze vullingsmassa’ s. Na afkoeling vormen deze een oppervlak zonder textuur. Om toch textuur aan te brengen en stroefheidsproblemen tegen te gaan, worden scheurvullingen vaak afgestrooid met fijn steenslag (split). In de praktijk blijkt deze afstrooilaag echter meestal slecht te hechten of in de scheurvullingsmassa te worden gereden. Hierdoor ontstaat na (relatief) korte tijd alsnog een glad oppervlak, waaraan uiteraard stroefheidsrisico’s zijn verbonden.