Asfalt heeft de aantrekkelijke eigenschap dat het zichzelf kan herstellen na schade. Er is echter tot op heden geen betrouwbare methode om de healingcapaciteit van een asfaltmengsel te bepalen. Bij het healingproces van een discrete scheur spelen twee processen een rol, namelijk het in contact komen van de oppervlakken van de scheur; het zogenaamde bevochtigen, en het vermogen van deze oppervlakken in contact om kracht over te dragen; de intrinsieke healing.
In dit artikel worden testmethoden besproken die de verschillende parameters die een rol spelen gedurende de healing kunnen variëren om het belang van deze processen bloot te leggen. Met behulp van deze testmethoden is de mate van healing van bitumen in de tijd onderzocht en de invloed van normaalkracht gedurende healing. Uit de bevindingen blijkt dat bevochtiging van het scheuroppervlak ten minste 50% van de macroscopisch geobserveerde healing bepaalt voor pure bitumen.
Wat is bitumen en waarom is bioremediatie relevant?
Bitumen is de lijm die de steenslag in asfalt bij elkaar houdt en zodoende een belangrijke bouwsteen van onze asfaltwegen. Bitumen is een residu van het distillatieproces (kraken) van aardolie en is een waterdicht, hechtend en thermoplastisch materiaal dat onder invloed van temperatuur en duur van belasting verandert. APP- en SBS-gemodificeerd bitumen verbeteren UV-bestendigheid en prestaties, maar traditionele bitumen heeft nog steeds nadelen bij veroudering en milieubelasting.
Biobased en circulaire bitumenvarianten krijgen toenemende belangstelling om de CO2-footprint te verlagen en om beter te kunnen presteren in een veranderend klimaat. Zo wordt er gedacht aan biobitumen op basis van mest of andere organische reststromen, en aan lignine als natuurlijk bindmiddel dat mogelijk bitumen kan vervangen of aanvullen in asfalt. Deze ontwikkelingen worden gevoed door innovatieve projecten zoals CHAPLIN/CIRCUROAD en door samenwerkingen tussen Rijkswaterstaat, universiteiten en industrie.
Bioremediatie en micro-organismen in asfalt
Bioremediatie in de context van asfalt verwijst naar het inzetten van biologische processen om verontreinigingen of defecten te beheren, waaronder schimmels die mogelijk de verweerde of aangetaste bitumenfilms kunnen beïnvloeden. Schimmels kunnen een rol spelen bij afbraak en herverdeling van organische componenten, maar de exacte impact op healing van scheuren en langetermijnprestaties van bitumen vergt nader onderzoek. De combinatie van bevochtigen, hechting en biologische activiteit kan leiden tot innovatieve herstelstrategieën, zeker in biobased bitumen-systemen waar reststromen en microbiële processen een rol spelen.
Experimentele aanpak en parameters van healing
De voorgestelde testmethode biedt de mogelijkheid om de verschillende parameters die een rol spelen tijdens healing te variëren en zo hun belang te identificeren. De tijdafhankelijke healing van bitumen werd bestudeerd en de invloed van normaalkracht gedurende healing werd geanalyseerd. De bevindingen geven aan dat bevochtiging van het scheuroppervlak een cruciale determinant is voor de daadwerkelijke healing van puur bitumen.
Bij chemische en mechanische belastingen speelt ook veroudering een rol; polymeer gemodificeerde bitumina (PMB’s) reageren anders op UV- en oxidatieve belastingen dan conventionele bitumina. Daarnaast heeft wateropname en strijd tegen stripping invloed op de scheurvertraging en de langetermijnprestaties van deklagen. De combinatie van holle ruimte, filmendikte en hechtingseigenschappen van mineralen bepaalt mede hoe kwetsbaar een asfaltlaag is voor vochtgerelateerde schade en vorst/doeicycli.
Veroudering, water, ijs en chemische aantasting
Water en ijs veroorzaken aantasting door stripping en volumeverandering. Een lagere holle ruimte en een voldoende dikke bitumenfilm helpen het grensvlak te beschermen tegen vochttoegang. Bij ZOAB-deklagen is rafeling en scheurvorming vaak de maatgevende schade, terwijl dichte deklagen beter bestand zijn tegen veroudering. Chemische bestandheid varieert met de mineraalaggregaat en het bindmiddel; bitumen is over het algemeen inert voor korte blootstelling, maar langdurige inwerking van chemicaliën kan mechanische eigenschappen doen dalen.
Toepassingen en toekomstperspectieven
Roof2Road laat een voorbeeld zien van upcycling van bitumen uit dakrollen en dakbedekking, met mogelijke voordelen voor de circulariteit in de bouwmaterialensector. Roof2Road PMB en Roof2Road PMB SBS bevatten gerecyclede dakmaterialen en hebben een laag gehalte aan polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's). Dergelijke producten dragen bij aan hogere kwaliteit asfalt terwijl de kosten relatief stabiel blijven, wat de acceptatie in de markt vergroot.
Biobitumen als alternatief voor fossiele bitumen wordt door verschillende partijen onderzocht. Het doel is om circulaire en biobased maatregelen te integreren in een volledig circulair en fossielvrij asfalt. CIRCUROAD en soortgelijke initiatieven streven ernaar om tegen 2030 breed commercieel beschikbaar te zijn, al blijft de invoering afhankelijk van regelgeving en praktijktesten in proefvakken en laboratoriumomstandigheden.
CHAPLIN biobased asfalt in Lepelstraat, gemeente Bergen op Zoom
Praktische overwegingen in de industrie
Voor de realisatie van nieuwe deklagen, die het meest te verduren krijgen van verkeer en weersinvloeden, is meestal een fractie nieuw bindmiddel nodig vanwege de degradatie van bitumen door hergebruik. Diverse biobased bindmiddelen zijn getest in beperkte percentages (30-50% biobitumen) bij verschillende asfalttypen zoals SMA en AC Surf. Het partnerschap tussen bouwbedrijven en producenten biedt ruimte voor innovatie zonder het wiel opnieuw uit te vinden, terwijl regelgeving controlemomenten blijft opleveren.
Het is duidelijk dat de carbon footprint en milieueffecten belangrijke drijfveren zijn. In Europa en Nederland streeft men naar een lagere CO2-footprint in woning-, utiliteits- en wegenbouw. Biobitumen voor asfalt of voor platte daken biedt bijdrag aan deze doelstellingen. Het blijft echter een uitdaging om objectieve richtlijnen te vormen dielectric waar circulaire en fossiele systemen elkaar kruisen, met bijbehorende regelgeving en marktacceptatie.
Tabellen en data over weerstand, hydrolyse en veroudering
| Onderwerp | Belangrijke factoren | Impliceert voor healing |
|---|---|---|
| Bevochtigen | Contact tussen scheuroppervlak, vochtive | Cruciaal voor macroscopische healing |
| Normaalkracht | Druk tijdens healing | Invloed op herstelvermogen |
| Holle ruimte | Ruimte tussen bitumen en aggregaat | Beïnvloedt stripping en veroudering |
| Bitumenfilm dikte | Bedekking van korrels | Beschermt tegen water en UV |
| Veroudering | UV, oxidatie, temperatuur | Verhoogt kans op scheurvorming |
Sequentie van ontwikkelingen suggereert dat combinatie van bevochtigen, optimale hechting en biobased bindmiddelen de toekomst van asfalt kunnen vormen. Het blijft echter van belang om de theoretische bevindingen te valideren in praktijksituaties, inclusief lange termijn testen en regelgevingstoetsing.