Zo werkt Self-healing asfalt

Vernieuwen zonder vervangen

Zou het niet mooi zijn wanneer materialen, zoals asfalt, zelfherstellend zijn en we ze niet meer hoeven te vervangen? Dan verdwijnen scheuren en oneffenheden min of meer zelfstandig. Zelfhelend asfalt kan dat. Dat klinkt eenvoudig, maar hoe werkt zoiets?

23 september 2014

Scheurtjes en schade

De asfaltmengsels die gebruikt worden voor stille wegdekken zoals Zeer Open Asfalt Beton (ZOAB) bestaan in het algemeen uit steenskeletmengsels. In dit mengsel is sprake van een steenstructuur waarbij tijdens het walsen de stenen tegen elkaar worden gedrukt tot een draagkrachtige steenskelet. De ‘lijm’ die de steentjes bij elkaar houdt bestaat uit een mortel van bitumen; het bindmiddel in asfalt.

2%20afketsend%20steentje%20RGB.jpg

Scheurtjes in de mortel worden veroorzaakt door krachten op het wegdek en omgevingsfactoren zoals regen, temperatuur en ultraviolette straling.

Probleem bij dit type ‘open’ asfalt is dat er op den duur rafeling ontstaat aan het oppervlak. Steentjes kunnen uit het wegdek springen. Soms tegen de voorruit met minder fijne gevolgen. Zo’n steentje komt los om dat er op den duur scheurtjes in de mortel ontstaan tussen de stenen. De scheurtjes worden veroorzaakt door krachten op het wegdek en omgevingsfactoren zoals regen, temperatuur en ultraviolette straling. De hechting tussen de stenen wordt hierdoor ‘vermoeid’.

Staalvezels toevoegen

Wanneer je op dit proces wilt ingrijpen is het vooral interessant om naar de fase van scheurgroei te kijken. Dit is namelijk de fase vlak vóór de rafeling: het ideale moment om de scheurtjes te ‘healen’. Door aan het asfaltmengsel (tijdens de productie) een kleine hoeveelheid ragfijne staalvezels toe te voegen, ontstaat de mogelijkheid het asfalt ter plaatse te herstellen in plaats van te vervangen. De staalvezels kunnen namelijk de mortel in het asfalt verhitten door middel van inductieverwarming.

3%20vergelijking%20zonder%20en%20met%20metaaldraad%20RGB.jpg

Links: asfaltmengsel zonder staalvezels. Rechts: asfaltmengsel met staalvezels

Inductieverwarming

IJzermoleculen kunnen met inductieverwarming op afstand worden verwarmd door een snel wisselend magnetisch veld. Het is een bekende techniek in de keuken: een inductiekookplaat verhit rechtstreeks de bodem van de pan in plaats van het overdragen van contactwarmte via de pit. De kookpit wordt dus niet heet, maar de panbodem wel. Zo gaat er minder energie verloren.

Door deze techniek toe te passen op asfalt met staalvezels in de mortel, worden de staalvezels verhit, die hun warmte onmiddellijk afstaan aan de mortel. De mortel smelt hierdoor kortstondig. De haarscheurtjes vloeien dicht en het asfalt wordt weer ‘gereset’. De energie wordt direct naar de mortel toe gevoerd. Dat is exact de plek waar in de loop der tijd de haarscheurtjes zijn ontstaan. Er gaat dus weinig energie verloren en voordat de stenen warm zijn is het gewenste effect al bereikt. Slechts een deel van het asfaltmengsel hoeft maar verwarmd te worden en niet het gehele wegdek.

4%20inductie%20en%20helend%20proces%20RGB.jpg

Met een inductiemachine wordt een deel van het asfalt verwarmd, waardoor de gescheurde mortel zichzelf herstelt.

Beetje hulp van buitenaf

Om het self-healing asfalt te laten geleiden (een voorwaarde voor verhitting via inductie) moeten de staalvezels in gesloten lussen met elkaar verbonden zijn. Door met een spoel met wisselstroom in de buurt van de magnetisch gevoelige staalvezels te komen, worden er zogenaamde ‘wervelstromen’ in de vezels opgewekt. De healing-actie vereist enig ingrijpen van buitenaf: de spoel moet met behulp van een rijdend voertuig ‘contactloos’ over het asfalt bewegen. Bij benadering is met twee á drie inductiebehandelingen een verdubbeling van de levensduur van het asfalt te verwachten. Ofwel: van 10–12 jaar naar circa 20 jaar.

Voor- en nadelen

Voordelen

  • Verlenging van de levensduur van de weg.
  • Minder duur dan het compleet vervangen van een wegdek (goedkoper in onderhoud).
  • Minder hinder voor de weggebruiker ten gevolge van wegonderhoud en reparaties.
  • Bijvangst: de toevoeging van vezels maakt het asfalt sterker, waardoor er pas later scheurvorming ontstaat.

Nadelen

  • Duurder in aanleg.
  • De healing actie heft de vervuiling van ZOAB niet op.
  • Voor snelle behandeling van volledige wegdekken zijn nog geen geschikte inductiemachines beschikbaar.
TED Talk
TED Talk
TED Talk Zo werkt self-healing asfalt