Asfaltproductie bij verlaagde temperatuur

Beschrijving

Asfaltmengsels die bij verlaagde temperaturen worden geproduceerd vallen onder de noemer warm mix asphalt (WMA) of AVT (asfalt bereid bij verlaagde temperatuur).

De eerste proeven met WMA dateren van achteraan de jaren ’90. In Duitsland werd geëxperimenteerd met additieven en in Noorwegen werd het WMA-foam proces ontwikkeld. Zoals aangegeven in figuur van het deel "Energie" is er een gemiddelde daling van het energieverbruik van 20 % t.o.v. het standaard proces voor de productie van warm asfalt (Hot Mix Asphalt of HMA).

WMA wordt ruwweg geproduceerd bij temperaturen tussen 70 en 140 °C terwijl dit voor HMA tussen 120 en 190 °C is.

Het uitgangspunt bij de ontwikkeling is dat de AVT mengsels dezelfde of betere prestatiekenmerken moeten bezitten als hun gelijkaardige warm asfaltmengsels.

Er bestaan verschillende technieken om WMA te produceren, nl.:
 

• d.m.v. organische additieven
• d.m.v. chemische additieven
• d.m.v. opschuimen van bitumen

• Organische additieven

Verschillende organische additieven kunnen gebruikt worden om de viscositeit te verlagen van het bitumen bij een temperatuur van ongeveer 90 °C. Het type additief moet zorgvuldig geselecteerd worden zodat het smeltpunt hoger ligt dan de verwachte temperatuur tijdens de gebruiksfase van de asfaltverharding, anders kan er permanente vervorming ontstaan, en de asfaltverharding nog voldoende taaiheid bezit bij lage temperaturen. Meestal worden er was of vette amides gebruikt die toegevoegd kunnen worden in de menger of aan het bitumen.

Veel gebruikt is paraffine was dat geproduceerd wordt bij de conversie van aardgas.

Organische additieven zorgen typisch voor een verlaging van de temperatuur van 20 á 30 °C. Een bijkomend voordeel is dat ze de weerstand tegen vervorming verhogen.

• Chemische additieven

Chemische additieven passen de viscositeit van het bitumen niet aan. Het zijn hechtingsverbeteraars die de verbinding tussen de minerale materialen en bitumen vergemakkelijken. Ze regelen en verminderen de wrijvingskrachten aan de contactvlakken binnen een bepaald temperatuursinterval, typisch tussen 85 en 140 °C. Daardoor is het mogelijk om de minerale materialen en het bitumen op een lagere temperatuur te mengen en te verdichten en dit met een vermindering van 20 á 30 °C.

• Opschuimen of schuim technieken van het bitumen

Er bestaan een hele reeks schuimtechnieken die allen toegepast worden om de viscositeit van het bitumen te verlagen. Op verschillende manieren wordt er getracht om kleine hoeveelheden water in het bitumen te krijgen. Het water wordt stoom, verhoogd het volume van het bitumen en vermindert de viscositeit van het bitumen voor een korte tijdsperiode tot het materiaal is afgekoeld. Het schuim valt dan uiteen en het bitumen gedraagt zich terug als normaal bitumen.

Factoren zoals de hoeveelheid toegevoegd water en de temperatuur van het bindmiddel, zullen het expansie volume beïnvloeden.

De meest gebruikte technieken zijn:
 

• Directe methode door injectie van water door het gebruik van schuim nozzles
• Indirecte methode door gebruik van hydrofiele mineralen (zeoliet)

De directe methode van opschuimen zorgt, door het injecteren van een minimale gecontroleerde hoeveelheid water via schuim nozzles, voor een grote tijdelijke stijging van het effectief volume van het bindmiddel. Dit ondersteund de binding van bitumen en minerale materialen en is voordelig tijdens het verdichten van de asfaltverharding. Bij afkoeling komt het bitumen terug in zijn oorspronkelijke staat aangezien het vochtgehalte verwaarloosbaar is.

Figuur 1 toont voorbeelden van schuimnozzles.

Figuur 1: Voorbeelden van schuimnozzles (EAPA, 2010)

Een indirecte methode van opschuimen van het bitumen is het gebruik van een mineraal als bron voor schuim. Hydrofiele mineralen van de zeoliet familie worden hier veelal voor gebruikt. Zeolieten zijn aluminium silicaten, die als bijzondere eigenschap hebben dat zij een grote hoeveelheid water kunnen opsluiten in hun kristalstructuur, dat boven 100 °C wordt vrijgegeven. Dit vrijkomen, creëert een gecontroleerd schuim effect. Dit zorgt voor een verhoogde verwerkbaarheid voor een 6 tot 7 uur durende periode ofwel tot de temperatuur van het asfaltmengsel onder 100 °C zakt. De temperatuur van het mixen en verdichten wordt bijgevolg verlaagd met ongeveer 30 °C.

Toepasbaarheid

Levensduurtesten in Duitsland en Noorwegen tonen aan dat de prestatiekenmerken gelijkwaardig of zelfs beter zijn dan standaard geproduceerde asfaltmengsels.

Ook in Nederland en Vlaanderen zijn al pilootprojecten afgerond met een goed resultaat. Er zijn een aantal asfaltcentrales in Vlaanderen die deze methode actief inzetten in hun productie. Voorlopig zijn er in het standaardbestek geen mengsels gedefinieerd op basis van asfaltproductie bij verlaagde temperatuur. De projecten waarbij deze technieken worden ingezet zijn eerder beperkt en kleinschalig.

Voor het produceren van WMA kan de bestaande installatie van een asfaltcentrale gebruikt worden met een aantal toevoegingen. Voor de toevoer van additieven en hydrofiele mineralen is er een toevoerinstallatie nodig. Voor het opschuimen van bitumen zijn schuim nozzles nodig met toevoerleidingen en een regelsysteem voor de gecontroleerde toevoer van water. Tenslotte zijn er extra opslagtanks nodig voor de gebruikte stoffen.

Milieuaspecten

De grootste drijfveer om deze technieken te ontwikkelen en in te zetten is de vermindering van het energieverbruik. Anderzijds zullen door de lager temperatuur van het bitumen en de minerale materialen de VOS en afgas emissies verminderen.

Afhankelijk van de situatie kan een inschatting gemaakt worden van de vermindering van emissie. Volgens meerder bronnen kunnen volgende resultaten worden bekomen:
 

• CO₂ reductie van 20 tot 40 %
• SO₂ reductie van 20 tot 35 %
• VOS reductie tot 50 %
• CO reductie van 10 tot 30 %
• NO_x reductie van 60 tot 70 %
• Stof reductie van 20 tot 55 %

Hoe groter de temperatuurverlaging, hoe groter de vermindering van emissies.

Energiebesparingen van 25 tot 50 % kunnen behaald worden.

Tenslotte kan het waterverbruik licht stijgen en/of zal er extra materiaalverbruik zijn in de vorm van de gekozen additieven.

Financiële aspecten

Investeringen kunnen nodig zijn voor eventuele aanpassingen van de asfaltcentrale zoals de installatie van toevoerlijnen of schuim nozzles. Als er additieven gebruikt worden, zal de werkingskost stijgen. En tenslotte kan er een kost zijn voor licenties om bepaalde technieken te mogen inzetten.

Anderzijds is er een vermindering van het brandstofgebruik en kan er een vermindering zijn van de onderhoudskosten.

Afhankelijk van de bovenstaande kosten en baten, kunnen AVT mengsels met een gelijkaardige of lichtjes hogere kost worden geproduceerd.