bijdrage - Crow

Bepaling van de Healingscapaciteit van een asfaltmengsel
Sandra Erkens
Rijkswaterstaat
Arthur van Dommelen
Rijkswaterstaat
Dave van Vliet
TNO
Greet Leegwater
TNO
Maarten Jacobs
BAM-Wegen
Samenvatting
In de shift-factor van 4 die wordt gebruikt in de Ontwerp Specificaties van
Rijkswaterstaat zit onder andere het effect van de zelf-healing capaciteit van asfalt ten
gevolge van rustperioden in de belasting die in de praktijk wel en in laboratorium
proeven voor vermoeiing niet aanwezig zijn. De grootte van deze factor is bepaald
aan de hand van praktijkervaringen met asfalt met straight-run bitumen van een
beperkte range aan penetraties, meestal 40/60 en 70/100.
Tegenwoordig wordt een grote variatie aan chemisch en polymeer gemodificeerde en
harde bindmiddelen gebruikt. Dit roept vragen op met betrekking tot de voor deze
mengsels te hanteren shift-factor. In de ontwerp specificaties wordt op het moment
een interpolatie tabel gehanteerd, waarbij de shift-factor afhankelijk is van het
bitumen percentage en de bitumenhardheid. Dit zijn de parameters die van oudsher
van invloed worden geacht op de healingscapaciteit.
In dit onderzoek, dat is uitgevoerd door InfraQuest in samenwerking met BAMwegen
en begeleid door VBW-asfalt, wordt gekeken of de in Nederland gebruikelijke
vermoeiingsproef door het toepassen van rustperioden ook gebruikt kan worden om
de healingscapaciteit van een mengsel vast te stellen. De combinatie met vermoeiing
is van belang omdat zowel vermoeiingsweerstand als healing een rol spelen in het
wegontwerp en beide parameters daarom bij voorkeur onder vergelijkbare
omstandigheden bepaald kunnen worden. Om dit te bepalen wordt gekeken naar twee
mengsels die alleen in de penetratie van hun bitumen (10/20 en 70/100) verschillen. In
eerste instantie wordt gebruik gemaakt van modellen om het gedrag te beschrijven,
maar dit blijkt niet goed reproduceerbaar te zijn. Een directe benadering op grond van
de meetdata lijkt beter te werken, maar de verschillen tussen beide mengsels zijn veel
kleiner dan verwacht. Op het moment lopen proeven om te bepalen of dit een proefeffect
of een materiaal-effect is.
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 1/13

1 Inleiding
De healingscapaciteit van bitumen en asfaltmengsels is een bekend verschijnsel. In
veel ontwerpmethoden wordt er ook dankbaar gebruik van gemaakt [1]. Zo kent de
Specificatie Ontwerp Verhardingen [2] een praktijk-shift factor voor het verschil
tussen laboratorium en praktijk. Deze factor is begin jaren ’80 bepaald door de
resultaten van ontwerpberekeningen te vergelijken met het uit de praktijk bekende
gedrag. Dit leverde een factor van 4 op. De healingscapaciteit van het mengsel is een
belangrijk onderdeel van deze factor, maar ook andere verschillen tussen lab en
praktijk (bv belastingsignaal, temperatuurverloop etc) zitten hierin impliciet verwerkt.
Om die reden werd hiervoor gesproken van een shift-factor, in het vervolg van deze
bijdrage zal deze shift-factor zoals gebruikelijk worden aangeduid als healing of
healingsfactor. Voor een standaard snelweg constructie geeft deze healingsfactor een
dikte reductie van ongeveer 6,5 [cm]. Uitgaande van een snelweg met twee rijstroken
en een vluchtstrook geeft dit een constructie die meer dan een ton per strekkende
kilometer goedkoper is dan wanneer de healing niet gebruikt wordt (d.w.z. healing is
1).
De standaard mengsels begin jaren ’80 werden veelal gemaakt met straight run
penetratie bitumen met penetratiewaarden tussen de 40 en 100 [x0,1mm]. In de loop
der tijd werden er ook steeds meer andere type bitumina en werd er ook gerecycled
asfalt toegepast. Deze mengsels zijn niet meegenomen in de bepaling van de
healingsfactor. Op het moment zijn de healingsfactoren voor deze mengsels ingeschat
op basis van ervaring, door er aan de hand van het gehalte en de penetratie van de
bitumen een waarde aan toe te kennen. Voor mengsels met PR wordt daarbij de
mengpen gebruikt om de healing te bepalen en voor harde of gemodificeerde bitumen
en bitumen met additieven wordt uitgegaan van een healingsfactor 1. Dit kan leiden
tot zowel een over- als onderschatting van de healing, met in het ene geval
constructies met een verhoogd risico op structurele schade en in het tweede kapitaal
vernietiging door over-dimensioneren. Er is dan ook sprake van een groeiende
behoefte aan een objectieve beoordelingsmethode voor de healing van asfaltmengsels,
zodat we technisch volwaardige, kosteneffectieve constructies kunnen ontwerpen.
Om deze reden is een project gestart dat erop gericht was te bepalen of de huidige
Nederlandse standaard proef voor vermoeiing (vierpuntsbuigproef, EN 12697-24
Annex D) ook gebruikt kon worden om een indicatie van de healing te krijgen. Omdat
healing een correctie factor op de vermoeiingsterkte van het asfalt is, is ervoor
gekozen dezelfde proef onder gelijksoortige condities (20 o C, 30Hz, eps6 maar dan met
rustperioden) te gebruiken zodat het probleem van het koppelen van parameters die
onder verschillende condities bepaald zijn zich niet voordoet. Nu is de healing die
optreed ongetwijfeld van vele factoren afhankelijk, maar als de condities in de
vierpuntsbuigproef voldoende representatief zijn om te worden gebruikt in het
ontwerp, kunnen we hopelijk het herstel van de in deze proef optredende schade ook
gebruiken in het ontwerp.
Healingsonderzoeken uit het verleden ([3], [4]) geven een grote variatie in resultaten
en we weten ook dat de factor 4 niet alleen uit healing bestaat. Dat maakt het lastig
om vooraf duidelijke verwachtingen uit te spreken over de te verwachten waarden,
terwijl het voor een onderzoek wel cruciaal is om vooraf te weten wanneer het
resultaat goed genoeg is. In het algemeen is de verwachting dat zachtere bitumen een
hogere healingscapaciteit hebben dan harde bitumen. Daarom zijn de initiële proeven
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 2/13

uitgevoerd op twee mengsels met hetzelfde volumetrisch ontwerp maar in het ene
geval een 70/100 bitumen en in het andere een 10/20 bitumen. De bitumen zouden
van dezelfde producent komen en beiden straight run zijn. Als de resultaten van het
onderzoek een duidelijk grotere healingsfactor laten zien voor het mengsel met de
zachte bitumen dan voor dat met de harde, zou dat een voldoende basis zijn om ook
andere mengsels te gaan onderzoeken. Voor de volledigheid wordt hierbij aangegeven
dat de healingsfactoren niet rond de 4 uit hoeven te komen, aangezien de factor in de
ontwerpmethode meer dan alleen healing bevat. Wel moet het verschil tussen het
mengsel met zachte en harde bitumen zodanig zijn dat dit aansluit bij de
praktijkervaring.
2 Oorspronkelijke benadering
Als we over healing spreken bedoelen we het fenomeen dat een asfalt proefstuk dat
wordt onderworpen aan een vermoeiingsbelasting (herhaald belasten en ontlasten)
meer belastingherhalingen aankan als er rustperiodes (geen belasting op het proefstuk)
in het signaal zitten dan wanneer de pulsen elkaar continue opvolgen. De
healingsfactor of healingscapaciteit is dan het quotiënt van het aantal pulsen dat het
materiaal met en zonder rustperioden aan kan. Op het eerste gezicht ligt het dan ook
voor de hand om proefstukken met en zonder rust perioden te vergelijken om de
healingscapaciteit van een mengsel te bepalen. Daarvoor moeten dan
vermoeiingsproeven op twee proefstukken gecombineerd worden. Door de grote
variatie in de vermoeiingseigenschappen van asfaltbalkjes zou dit een groot aantal
proeven vergen. Er is daarom gekozen voor een benadering waarbij de bepaling van
de healingscapaciteit op een proefstuk kan worden uitgevoerd.
Het idee van dit onderzoek is in eerste instantie gebaseerd op een beschouwing van
het Partial Healing Model [2]. Dit model is ontwikkeld om de stijfheidsverloop (en
het verloop van de fasehoek) in de vierpuntsbuigproef te beschrijven. Zoals de naam
al aangeeft, omvat het model een healingscomponent. De intentie was dat, door dit
model te gebruiken, de healingscapaciteit van een mengsel bepaald kon worden uit
een continue proef. Om die aanname te toetsen is een proefstuk discontinue beproefd,
om het effect van wel en geen rustperiode op het model te zien. De resultaten zijn
opgenomen in Figuur 1. In de proef zijn twee keer 40.000 belasting cycli opgelegd
daar tussen een rust periode van 400.000 cycli. De data tonen het gebruikelijke
verloop van een vierpuntsbuigproef, met een initiële fase waarin een snelle
stijfheidsval plaats vindt, gevolgd door een secundaire fase waarin de afname van de
stijfheid lineair afneemt als functie van het aantal lastherhalingen. Als een
vermoeiingsproef lang genoeg wordt doorgezet wordt uiteindelijk de tertiaire fase
bereikt, waarin de stijfheid steeds sneller afneemt. In dit onderzoek proberen we die
derde fase te vermijden omdat we verwachten dat healing vooral optreedt bij relatief
lage schade niveaus, in de secundaire fase van de proef.
Het effect van de rustperiode is zichtbaar als de plotselinge stijfheids toename. In
werkelijkheid is dit natuurlijk niet plotseling, maar omdat horizontaal belasting cycli
uit staan, niet de tijd, is de rustperiode hier niet zichtbaar.
Het PH model beschrijft dit stijfheids herstel ten gevolge van een rustperiode ook als
alleen het de eerste belastingperiode als invoer wordt gebruikt. In dat geval krijg je de
rode stippellijn, die in het verlengde ligt van de lineaire tak uit de eerste belasting
periode. De werkelijke meetdata (blauwe punten) laten ook een nieuwe lineaire tak
zien, maar die ligt hoger dan de PH voorspelling.
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 3/13

9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
S [MPa]
Data
Prediction continuous test (first loading period only)
Prediction discontinuous test (first& second loading
period)
Corrected slope fit on two loading periods
N [cycles]
0
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000 180000
Figuur 1: Voorbeeld van het bepalen van de healingsfactor op een proefstuk
Het PH model voorspelt dus inderdaad stijfheidsherstel na een rustperiode, maar
minder dan dat er optreedt. Dit leidde tot het vermoeden dat het PH model een viscoelastisch
fenomeen beschrijft dat te maken heeft met het opwarmen en weer afkoelen
van de bitumen in het proefstuk. Het aandeel stijfheidherstel dat niet voorspeld wordt
zou dan de het echte schade herstel zijn. Als we op grond van dit soort proeven een
indicatie van de healingscapaciteit willen geven, kan dat door de levensduur met en
zonder rustperiode op elkaar te delen. Als levensduur in de vermoeiingsproef wordt
het aantal lastherhalingen tot een stijfheidsreductie van 50% gehanteerd. In
bovenstaande figuur ligt dat niveau net onder de 4000 [MPa]. In geen van beide
belasting perioden wordt dat niveau bereikt, dus om het aantal lastherhalingen tot
halve stijfheid te bepalen moeten de curves worden geëxtrapoleerd. Daar gebruikten
we in eerste instantie de fits van het PH model op de eerste (rode stippellijn) en beide
lastperioden (zwarte stippellijn) voor. De groene lijn wordt later in deze bijdrage
verder toegelicht. De halve stijfheid wordt bereikt bij respectievelijk N1=82781 voor
de fit op de eerste belastingperiode en N2=101397 voor die op beiden. Dat geeft een
healingsfactor van H=N2/N1=1,2.
3 Proeven programma
3.1 Gebruikte mengsels
De in het onderzoek gebruikte mengsels waren AC16 base mengsels (EN 13108-1)
met dezelfde volumetrische samenstelling maar met verschillende bitumina (70/100
respectievelijk 10/20). Normaal gesproken wordt in een mengsel met zachte bitumen
minder (4,3%) en met de harde bitumen meer (5,6%) bitumen gebruikt. In dit geval is
een gelijk bitumengehalte genomen zodat de verschillen enkel gekoppeld zouden zijn
aan de hardheid van het bindmiddel. De samenstelling van beide mengsels is gegeven
in
Tabel 1.
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 4/13

Het was de bedoeling om voor beide mengsels te kiezen voor straight run bitumen van
dezelfde bitumen leverancier. In de periode dat de proefplaten gemaakt moesten
worden waren de hardere bitumina van de beoogde leverancier echter niet
beschikbaar. Bij de productie van de proefplaten is vervolgens gebruik gemaakt van
een 10/20 bitumen van een andere leverancier. Dit bleek helaas pas achteraf. Hierdoor
is de opzet van het onderzoek ernstig verstoord omdat de aanname dat het
vergelijkbare bitumen met alleen een andere hardheid betrof niet meer juist hoeft te
zijn. Hierop wordt later in deze bijdrage verder in gegaan.
Sieve curve, % m/m through sieve Mix composition 70/100 mix 10/20
mix
Sieve % m/m Material type % m/m % m/m
C22,5 100.0 Bitumen 70/100 4.50 -
C16 97.6 Bitumen 10/20 - 4.50
C8 69.0 Wigras 40K filler 5.41 5.41
C2 43.0 Production dust 0.96 0.96
C125 m 8.0 Putman natural 34.47 34.47
sand
C63 m 6.0 Scottish granite 2/8 23.36 23.36
Scottish granite 8/16 31.30 31.30
Tabel 1: Samenstelling gebruikte mengsels
3.2 Proefcondities
Voor beide mengsels is eerst de ε6 waarde bepaald volgens EN 12697-24 Annex D.
De discontinue healingsproeven zijn vervolgens bij dat rekniveau uitgevoerd. In Tabel
3 zijn de condities gegeven van de proeven waaruit ε6 is bepaald, in Tabel 2 staan de
condities voor de discontinue proeven.
Pen mixture 10/20 70/100
Loading period 400,000 400,000
Pen # tests strain level
cycles cycles
70/100 3 100
Rest period 24 h 24 h
70/100 3 150
Strain level
10/20 1 105
121 με 102 με
10/20 2 115
Temperature 20 o C 20 o C
10/20 3 140
Frequency 30 Hz 30 Hz
10/20 2 150
Tabel 2: condities in de discontinue
Tabel 3: condities voor de
proeven
bepaling van ε6
In de discontinue proeven zijn dezelfde temperatuur en frequentie van EN 12697-24
Annex D aangehouden als in de vermoeiingsproeven: 20 O C en 30 Hz, gecombineerd
met een rustperiode van 24 uur. Voor het aantal cycli in de belasting periode is op
grond van de continue vermoeiingsproeven gekeken bij welk aantal cycli de mengsels
al wel duidelijk in de secundaire fase zaten, maar ook weer niet te ver, met het oog op
een eventuele tertiaire fase.
4 Test resultaten
4.1 Continue proeven
De resultaten van de continue proeven zijn opgenomen in
Figuur 2. Hier wordt voor elke continue proef op de horizontale as het opgelegde
rekniveau weergeven en vertikaal het aantal lastherhalingen tot bezwijken (halvering
van de initiële stijfheid). Uit deze resultaten zijn de ε6 waarden bepaald. Zoals in de
figuur te zien is wijkt een van de resultaten van het 10/20 mengsel zodanig af van de
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 5/13

est dat hij zelfs aan de onderzijde van de lager gelegen data set van het 70/100
mengsel valt. Dat (omcirkelde) data punt is beschouwd als een uitbijter en is niet
meegenomen in de bepaling van de eps6 van het 10/20 mengsel. De gevonden ε6
waarden bedragen 102 μm/m voor het 70/100 mengsel en 121 μm/m voor het 10/20
mengsel. De proeven en resultaten zijn uitgebreid beschreven in [3].
4.2 Discontinue proeven
Vanwege de beperkte ruimte in deze bijdrage kunnen niet alle resultaten van de
continue proeven worden opgenomen. Deze zijn wel te vinden in de rapportage over
het onderzoek [3]. In de komende paragraaf over de data analyse worden een aantal
typerende resultaten er uit gelicht.
1,0E+07
1,0E+06
1,0E+05
1,0E+04
Nf
TNO 10/20
BAM 10/20
TNO 70/100
BAM 70/100
10 100 1000
Figuur 2: Resultaten continue proeven in de vorm van vermoeiingslijnen
5 Data analyse
5.1 Oorspronkelijke benadering
In een aantal van de eerste proeven konden de resultaten nog redelijk gefit worden
met het PH model en kon er ook een healingscapaciteit uit de fits worden bepaald
(Figuur 3). Dit trad vooral op in proeven op het 10/20 mengsel.
De meeste proeven op het 70/100 mengsel gaven problemen bij het fitten. De eerste
proeven op dit mengsel vertoonde duidelijk niet-lineair, tertiaire fase gedrag tijdens de
tweede en soms zelfs al tijdens de eerste belasting periode. In dat laatste geval is dat
dus op minder dan de helft van het aantal lastherhalingen dat het mengsel volgens de
continue proeven bij dit rekniveau zou kunnen verdragen! Omdat het model die derde
fase niet bevat, kon het de data ook niet beschrijven (Figuur 4).
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 6/13
eps

S(t) [Mpa]
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
v P3_B19_70100 150um_a.dat
Measurements S(t) [Mpa]
Measurements f(t) [degrees]
0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000
n_load (cycles)
Figuur 3: Voorbeeld van een test waarvan de data gefit kon worden met het PH model (P3-
B19_1020, 120 με)
Op grond van deze eerste resultaten is het aantal cycli in de belasting periode voor de
latere proeven op 70/100 mengsels aangepast naar 250.000 (in plaats van 400.000) .
Het optreden van de tertiaire fase werd hiermee voorkomen, maar toch gaven ook
deze proeven problemen met het gebruik van het PH-model. In dit geval ontstonden
de problemen doordat er teveel primair gedrag (waar de stijfheidsafname exponentieel
verloopt) en te weinig secundaire fase (met lineaire stijfheidsafname) in de data zat
(Figuur 5). Het gevolg is dat de exponentiële afname dominant is in de data set. Bij
het fitten van het model wordt deze curve redelijk beschreven, met als gevolg een te
lage initiële stijfheid en een verkeerde helling voor de lineaire tak in de secundaire
fase.
S(t) [Mpa]
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
d P4_B27_70100.dat
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000
n_load [cycles]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
f(t) [degrees]
Measurements
Prediction S(t) with PH model (first loading period only)
Prediction S(t) with PH model (first two loading periods)
Extrapolation of first loading period to 0,75*initial stiffness
Extrapolation of first two loading periods to 0,75*initial stiffness
Figuur 4: Voorbeeld van een proef met (te) veel derde-fase gedrag in de eerste belasting periode
(P4-B27-70100, 102 με)
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 7/13

S(t) [Mpa]
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
d P1_B6_70100.dat
Measurements
Prediction S(t) with PH model (first loading period only)
Prediction S(t) with PH model (first two loading periods)
Extrapolation of first loading period to 0,75*initial stiffness
Extrapolation of first two loading periods to 0,75*initial stiffness
0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000
n_load [cycles]
Figuur 5: voorbeeld van een proef met te weinig lineair traject voor een goede fit met
het model (P1-B6-70100, 102 με)
Doordat juist deze lineaire tak geëxtrapoleerd wordt om het aantal lastherhalingen bij
halvering van de initiële stijfheid te bepalen, heeft juist dit deel van de fit grote
invloed op de bepaalde healingscapaciteit. Dit is goed te zien in Figuur 5, de fit op
alleen de eerste lastperiode (de rode lijn) geeft hier een lagere helling voor de lineaire
tak dan de fit op beide belastingperioden (bruine lijn). Doordat beiden geëxtrapoleerd
worden tot het bereiken van de helft van de initiële stijfheid, komen ze steeds dichter
bij elkaar. In dit geval kruisen ze elkaar zelfs en wordt dus een healingsfactor kleiner
dan 1 gevonden: rust periodes zouden dan dus een negatief effect hebben op de
levensduur!
De problemen die optraden met het fitten van deze data leidden tot een nadere
beschouwing van de verkennende proef waarop deze benadering is gebaseerd (Figuur
1). Als nog eens goed gekeken wordt naar deze figuur, valt op dat de datapunten
(lichtblauw) aan het einde van de tweede lastperiode weliswaar hoger liggen dan in de
eerste, maar dat ze wel dezelfde helling lijken te hebben. De fit op beide lastperioden
geeft echter een andere, minder steile helling dan de fit op alleen de eerste periode.
Ook bij deze, op zich ideale, data geeft de benadering aan de hand van het PH-model
bij nader inzien dus problemen. Het gebruiken van een parallelle lineaire tak bij de fit
op beide lastperiodes (groene stippellijn) laat zien dat de via het model bepaalde
healingsfactor een overschatting is. Indien de groene lijn gebruikt wordt, ligt N2 op
93440 en daarmee komt de healingsfactor op 1,1.
Zoals uit bovenstaande voorbeelden blijkt, is het moeilijk om een aantal
lastherhalingen te definiëren dat met zekerheid bruikbare (voldoende lineaire afname,
geen tertiair gedrag) data op levert om het model betrouwbaar te fitten. Dit is
grotendeels het gevolg van de gevoeligheid van het model voor de vorm van de data.
Het werkelijke stijfheidsverloop blijkt veel grilliger dan het model aanneemt en dat
maakt een nauwkeurige beschrijving ermee lastig. Aangezien de lineaire tak ook nog
eens geëxtrapoleerd moet worden om de healingsfactor te bepalen, wordt die zeer
gevoelig voor kleine afwijkingen in de fit. Daarnaast bleek het fitten van het model
ook nog eens zeer gevoelig voor de keuze van de start parameters, waardoor er veel
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 8/13

handwerk bij kwam kijken en het eindresultaat van de analyse mede afhankelijk wordt
van degene die hem uitvoert. Om deze redenen is er in dit onderzoek voor gekozen de
benadering van het fitten van de data los te laten en de bepaling van de healingsfactor
te doen aan de hand van de test data, zonder tussenkomst van modellen.
5.2 Een meer pragmatische en directe benadering
Voor het bepalen van de healingsfactor rechtstreeks uit de test data, zijn twee
methoden overwogen. In de eerste methode zou een discontinue proef worden
uitgevoerd zoals in de vorige paragraaf beschreven, maar wordt de tweede
belastingperiode door gezet tot 50% stijfheidsreductie wordt bereikt. Het totaal aantal
lastherhalingen tot dat punt wordt dan vergeleken met 1x10 6 , aangezien de proef
wordt uitgevoerd bij eps6 waarbij dit het aantal lastherhalingen is dat gemiddeld
gehaald wordt. Het nadeel van deze benadering is dat het verschillende proefstukken
vergelijkt. Zoals we in de vorige paragraaf al zagen is de variatie in
vermoeiingsgedrag zo groot dat er al derde-fase gedrag op kan treden na 400.000
lastherhalingen, nog niet de helft van de verwachte 1x10 6 . Deze variatie in
vermoeiinggedrag komt dan terug in de healingsbepaling en er zullen daarom veel
proeven nodig zijn om een betrouwbare bepaling te kunnen doen.
De tweede benadering gaat uit van een discontinue proef waarbij de stijfheid aan het
eind van de eerste belastingperiode wordt gebruikt als referentie. Als de stijfheid na
de tweede belastingperiode weer is afgenomen tot dat niveau, wordt het aantal
lastherhalingen dat nodig was in deze tweede last periode gezien als de verlenging in
levensduur (
Figuur 6). Op deze manier kan de healingscapaciteit per proefstuk worden bepaald en
daarom is deze benadering in het vervolg gebruikt. De healingsfactor wordt dan
bepaald als: H = (Nbefore + Nafter) / Nbefore. Het stoppen van de proef na de eerste
periode kan gebeuren bij een bepaald stijfheidsniveau of na een bepaald aantal
lastherhalingen.
Stiffness modulus [MPa]
N before
N before + Nafter
Number of loads
Figuur 6: voorbeeld van de nieuwe benadering
Een vast stijfheidsniveau is lastig, omdat het verloop van de stijfheid sterk afhangt
van het rekniveau en het mengsel en er zelfs binnen een mengsel nog veel variatie
daarin optreedt (Figuur 7). De afhankelijkheid van het rekniveau is in dit onderzoek
ondervangen door elk materiaal te beproeven bij zijn eigen ε 6,
maar de variatie binnen
het mengsel blijft aanwezig. Uit Figuur 7 blijkt dat bij 80% van de initiële stijfheid
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 9/13

stijfheid (onderste horizontale
lijn) zitten de 70/100 mengsels een stuk in hun lineaire tak, maar de 10/20 mengsels
zijn dan deels al in hun derde fase aangeland. Het kiezen van een vast
stijfheidsreductieniveau als criterium voor de rustperiode in een proefprotocol is dan
ook erg lastig. Daarvoor ligt een keuze voor een vast aantal lastherhalingen,
bijvoorbeeld 400.000, meer voor de hand.
Stiffness / initial stiffness
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
70/100 samples
10/20 samples
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
number of loads / fatigue life
S=80%xSini
S=70%xSini
Figuur 7: Genormaliseerd verloop van stijfheid tegen aantal lastherhalingen in alle
continue proeven op de twee materialen
In het onderzoek zijn er toch een aantal proeven uitgevoerd met als criterium voor de
rustperiode een vooraf vastgestelde stijfheidsdaling, juist om het een breder interval in
zowel N- als relatieve stijfheidswaarden te krijgen. Met de in (
Figuur 6) geschetste benadering kunnen uit alle discontinue proeven healingsfactoren
bepaald worden, onafhankelijk van het aantal cycli of de relatieve stijfheid bij rust. De
proeven die uitgevoerd zijn bij een lager aantal lastherhalingen in een
belastingperiode (N=250.000) om tertiair gedrag te voorkomen in de 70/100
proefstukken, discontinue proeven tot een vastgesteld stijfheidverlies, proeven die
juist al tertiair gedrag vertonen en zelfs proeven die eigenlijk op een verkeerd moment
gestopt zijn, kunnen gewoon worden gebruikt. Voor alle proeven wordt immers
eenvoudigweg de stijfheid aan het eind van de belastingperiode bepaald en het aantal
cycli totdat die zelfde stijfheid weer wordt bereikt in de tweede periode. In Figuur 8
zijn de healingsfactoren voor alle proeven weergegeven. Per datapunt is ook het aantal
belastingcycli tot aan de rustperiode vermeld.
De healingsfactor die op deze manier bepaald wordt kan niet groter zijn dan 2 en niet
kleiner dan 1. Zelfs als de stijfheid meteen na de rustperiode weer terugvalt, blijft er
immers een helaingsfactor 1 over volgens de hierboven beschreven benadering. En als
er helemaal geen schade is opgetreden, zal het proefstuk in de tweede periode
hetzelfde gedrag vertonen als in de eerste en pas helemaal aan het eind van de
lastperiode het zelfde stijfheidsniveau bereiken als aan het eind van de eerste last
periode. Dat geeft dan een healingsfactor 2. De lijnen die in de figuur zijn
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 10/13

opgenomen, zijn bepaald op basis van de datapunten en de randvoorwaarden dat 1 ≤
H ≤ 2 .
Healing
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
TNO 10/20
BAM 10/20
TNO 70/100
BAM 70/100
N1=949900
N1=249838
N1=400014
N1=1130915
N1=1499900
N1=1491101
N1=157416
N1=271958
N1=400050
N1=89900
N1=169900
N1=647366
N1=399877
0,5
N1=1049900
N1=539077
N1=574900
N1=399790
0,6
N1=387753
0,7
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Stiffness / initial stiffness
Figuur 8: Healingsfactoren als functie van hun relatieve stijfheid, deels uit proeven bij
TNO, deels uit proeven bij BAM
Opvallend aan Figuur 8 is de duidelijke trend in de data. Vooral aangezien de variatie
in het opgelegde aantal lastherhalingen voor rust/de stijfheidsdaling voor rust, het
gebruik van data uit verschillende laboratoria en het feit dat een aantal van de hier
geplotte datapunten komt uit proeven die al tertiair gedrag vertoonden voor de rust
periode. Waarschijnlijk is de consistentie in de data het gevolg van het feit dat elke
bepaling op een enkel proefstuk is gedaan. Hierdoor is de grote variatie in
vermoeiingsgedrag als het ware “weg gefilterd”. Op grond van de relatie in Figuur 8
kan de healingsfactor bij een gegeven of gekozen stijfheidsval (reductie van de
stijfheid ten opzichte van de initiële stijfheid) worden afgelezen. Dat leidt dan meteen
tot de vraag bij welk relatief stijfheidsniveau de relatie moet worden afgelezen en of
dat niveau moet verschillen voor verschillende mengsels. Een hele grote
healingsfactor in een mengsels dat heel snel beschadigd raakt, is immers nog steeds
niet heel aantrekkelijk voor toepassing in de weg. Het is juist de samenhang in
weerstand tegen beschadiging (vermoeiing) en healing die we willen kunnen
beoordelen.
Om het kiezen van stijfheidsniveaus te vermijden, kunnen deze relaties ook gebruikt
worden om een gewogen healingsfactor over het gehele verloop te bepalen. Dit is
weergegeven in Figuur 9 en Figuur 10 waar de grafiek voor de genormaliseerde
stijfheidsafname als functie van het aantal lastherhalingen bij eps6 voor elk van de
twee mengsels in tien stappen is verdeeld. Voor elk van de 10 stappen is de
healingsfactor bepaald aan de hand van de relaties uit Figuur 8. De gemiddelde
healingsfactor per stap is gegeven in de tabellen in Figuur 9 en Figuur 10.
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 11/13
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,8
0,9
1
N/Nfat

Stiffness / initial stiffness
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Number of loads / fatigue life
N/Nfat S/Sini H
0 1 2
0,05 0,919532 1,7
0,15 0,879706 1,47
0,25 0,853549 1,34
0,35 0,832638 1,26
0,45 0,813103 1,2
0,55 0,792701 1,155
0,65 0,771990 1,12
0,75 0,749287 1,09
0,85 0,719732 1,07
0,95 0,649050 1,04
1 0,5 1,01
Weighted 1,245
Figuur 9: Gewogen healingsfactor tegen stijfheidsafname relatie voor
10/20 mengsel
Stiffness / initial stiffness
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Number of loads / fatigue life
N/Nfa
t S/Sini Healing
0 1 2
0,05 0,853913 1,81
0,15 0,794593 1,54
0,25 0,756767 1,37
0,35 0,724119 1,26
0,45 0,694497 1,19
0,55 0,666216 1,15
0,65 0,638684 1,13
0,75 0,609037 1,12
0,85 0,571605 1,11
0,95 0,527544 1,08
1 0,5 1,08
Weighted 1,276
Figuur 10: Gewogen healingsfactor tegen stijfheidsafname relatie voor
70/100 mengsel
6 Conclusies en aanbevelingen
Het bepalen van de healingscapaciteit van asfaltmengsels op basis van de resultaten
van discontinue vierpuntsbuigproeven gefit met modellen bleek niet te werken. Een
meer pragmatische benadering waarbij de data zelf direct worden gebruikt voor het
bepalen van de healingsfactor bleek beter te werken.
De resultaten van de pragmatische benadering leken veel belovend in eenvoud en
duidelijke samenhang in de resultaten en konden worden omgezet naar gewogen
healingswaarden. Deze waarden lagen, ondanks dat het twee mengsels met sterk in
hardheid verschillende bitumen betrof, heel dicht bij elkaar. Pas bij het rapporteren
van de resultaten bleek dat bij de proefstukproductie vanwege leveringsproblemen
afwijkende bitumen is gebruikt. In plaats van twee straigth run bitumens van dezelfde
leverancier die alleen verschillen in hardheid, zijn er bitumen van verschillende
producenten gebruikt. Het 10/20 bitumen is bovendien geen straight run bitumen. Dit
betekent dat de basis van het onderzoek, dat mengsels gemaakt met deze bitumen
duidelijk verschillende healing zouden vertonen, niet langer zeker is.
Er wordt daarom op dit moment onderzoek gedaan aan de bitumen, zowel de verse
grondstof als teruggewonnen uit de proefstukken, om te bepalen hoe verschillend de
materialen zijn. Hieruit moet blijken of het uitgangspunt van het onderzoek overeind
blijft. Indien dat zo is, is het kleine verschil dat is gevonden tussen de twee
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 12/13

asfaltmengsels reden om te concluderen dat deze methode niet werkt. Blijken de
bitumina minder van elkaar te verschillen dan vooraf de bedoeling was, dan kan het
kleine verschil in healingscapaciteit een reële uitkomst zijn en is aanvullend
onderzoek, bijvoorbeeld aan een mengsel met een echte straight run 10/20 bitumen
nodig om een definitieve uitspraak te kunnen doen. In elk geval is het, gezien het
grote belang van een goede bepaling van de healing voor zowel opdrachtgevers als
opdrachtnemers, wenselijk dat er een objectieve bepalingsmethode komt.
7 Dankbetuiging
Gezien het gedeelde belang van dit onderwerp voor opdrachtgevers en
opdrachtnemers, is zowel voorafgaand als gedurende het project contact geweest met
een stuurgroep vanuit VBW-asfalt bestaande uit Evert de Jong, Ids Stuiver en
Berwich Sluer. Daarnaast hebben Maarten Jacobs en Allart Bos namens VBW mee
gedraaid in de klankbordgroep waarin tussentijds de resultaten en aanpassingen in het
onderzoek besproken zijn.
Het onderzoek zelf is grotendeels uitgevoerd binnen InfraQuest, Expertise Centrum
voor Wegen en Constructies. InfraQuest is een samenwerkingsverband van TNO, TU
Delft en Rijkswaterstaat. Ook bij BAM-wegen zijn een aantal proeven uitgevoerd en
zij hebben de proefstuk productie verzorgd. Wij willen alle projectteamleden hartelijk
danken voor hun inzet.
8 Referenties
[1] Rijkswaterstaat, Ontwerp Specificaties Asfaltverhardingen, Rijkswaterstaat, Nederland
(in Dutch), 2011
[2] COST333,European Communities, Transport Research, Cost 333: Develoment of New
Bituminous Pavement Design Method, ISBN 92-828-6796-X
[3] Westera, G.E., “Onderzoek naar het Healingsproces van asfalt beton”, TWAO-F rapport,
1989
[4] Westera G.E., Bouman, S.R., “Studie over healing ten behoeve van het project
ASFLT/TWAO; nadere beschouwing van het fenomeen healing bij asfalt”KOAC-WMD,
rapport 94.0002, 1994
[5] Pronk, A.C. and Cocurullo, A., Investigation of the PH model as a prediction tool in
Fatigue bending tests with Rest Periods, in Advanced Testing and Characterisation of
Bituminous Materials, Loizos, Partl, Scarpas and Al-Qadi (eds), ISBN 978-0-415-55854-9,
Taylor & Francis Group, London, 2009
[6] Dommelen, A.E. van, Erkens, S.M.J.G., Vliet, D. van and Leegwater, G. (2011),
“Healing van asfalt mengsels, onderzoek naar een pragmatische proefmethode”, InfraQuest
report IQ-W-2011-1 (concept)
Bepaling van de Healingscapaciteit van een Asfaltmengsel 13/13