Het FIBRA-project: Europees onderzoek naar vezelversterkt asfalt

Het FIBRA-project (2018-2020) was een Europees onderzoeksproject naar vezelversterkt asfalt binnen het onderzoeksprogramma van CEDR, het samenwerkingsverband van Europese wegbeheerders. Zeven partners uit zes landen onderzochten of vezels in standaard bitumen de rol van polymeergemodificeerd bitumen (PMB) konden overnemen. Op het Nederlandse proefvak langs de A73 presteerden de vezelmengsels in de eerste metingen gelijkwaardig aan de PMB-referentie, bij een 15-20 °C lagere productietemperatuur.

Wat is het FIBRA-project?

FIBRA is het acroniem van "Fostering the implementation of fibre-reinforced asphalt mixtures by ensuring its safe, optimized and cost-efficient use". Vrij vertaald: het bevorderen van de toepassing van vezelversterkte asfaltmengsels door hun veilige, geoptimaliseerde en kosteneffectieve gebruik te waarborgen. Het project liep van 2018 tot 2020 en werd uitgevoerd binnen het transnationale onderzoeksprogramma van CEDR.

De aanleiding was een klassiek kennisgat. Uit laboratoriumonderzoek was al langer bekend dat vezels het scheur- en vermoeiingsgedrag van asfalt verbeteren; hoe dat mechanisme werkt, leest u in wat is vezelversterkt asfalt. Maar Europese wegbeheerders bleven terughoudend: er bestonden geen gedeelde karakteriseringsmethoden, geen ontwerprichtlijnen en nauwelijks gedocumenteerde praktijkervaring op zwaarbelaste wegen. Precies die drempels moest FIBRA wegnemen.

Het FIBRA-project in het kort:

• Looptijd: 2018-2020.

• Kader: het transnationale onderzoeksprogramma van CEDR (Nederland is via Rijkswaterstaat aangesloten).

• Projectleiding: Universiteit van Cantabrië (Spanje).

• Consortium: vijf onderzoeksinstellingen en twee wegenbouwers uit zes landen.

• Onderzochte vezels: onder meer aramide, polyacrylonitril (PAN) en cellulose.

• Proefvakken: onder meer op de A73 bij Roermond (BAM Infra, augustus 2020) en in Noorwegen (Veidekke Industri).

• Kernuitkomst: vezels in standaard penetratiebitumen als alternatief voor PMB, met gelijkwaardige wegprestaties in de eerste metingen op de A73 en een 15-20 °C lagere productietemperatuur.

• Publicaties: openbare deliverables van het CEDR-programma (2021).

CEDR: onderzoek in opdracht van Europese wegbeheerders

CEDR staat voor Conférence Européenne des Directeurs des Routes, het samenwerkingsverband van Europese nationale wegbeheerders. Namens Nederland is Rijkswaterstaat bij CEDR aangesloten. Via een gezamenlijk onderzoeksprogramma financieren de wegbeheerders onderzoek naar vragen waar zij zelf mee zitten: van nieuwe materialen tot assetmanagement.

Dat opdrachtgeverschap is relevant voor de waarde van de uitkomsten. CEDR-onderzoek naar asfalt wordt niet gestuurd door een leverancier die zijn product wil verkopen, maar door de partijen die de wegen beheren, aanbesteden en decennialang moeten onderhouden. De vraagstelling van FIBRA was daardoor vanaf dag één praktijkgericht: onder welke voorwaarden kunnen wij vezelversterkt asfalt veilig voorschrijven op ons hoofdwegennet?

Het consortium: zeven partners uit zes landen

Het project stond onder leiding van de Universiteit van Cantabrië in Spanje. Tot het consortium van vijf onderzoeksinstellingen en twee industriële partners uit zes landen behoorden onder meer:

• Universiteit van Cantabrië (Spanje): projectleiding en mengselonderzoek.

• Empa (Zwitserland): federaal onderzoeksinstituut voor materiaalwetenschap en -technologie.

• Technische Universität Braunschweig (Duitsland): onderzoek naar wegenbouwmaterialen.

• SINTEF (Noorwegen): een van de grootste onafhankelijke onderzoeksorganisaties van Europa.

• BAM Infra (Nederland): wegenbouwer, verantwoordelijk voor het Nederlandse proefvak op de A73.

• Veidekke Industri (Noorwegen): wegenbouwer, verantwoordelijk voor de Noorse praktijkproeven.

De combinatie was bewust gekozen: universiteiten en instituten voor de laboratoriumkarakterisering en modellering, wegenbouwers voor de opschaling naar echte productie-installaties en echte wegvakken. Rijkswaterstaat was als CEDR-lid nauw betrokken bij het Nederlandse deel van het onderzoek.

Doelstellingen: van kennisgat naar richtlijn

Het doel van FIBRA was de toepassing van vezelversterkte asfaltmengsels te bevorderen door hun veiligheid, optimalisatie en kosteneffectiviteit te waarborgen. Dat vertaalde zich in vier concrete onderzoekslijnen:

• Karakterisering: gedeelde laboratoriummethoden om vezelversterkte mengsels te beoordelen op onder meer scheur- en vermoeiingsgedrag.

• Ontwerprichtlijnen: praktische richtlijnen voor het samenstellen van vezelversterkte asfaltmengsels én voor het structureel ontwerpen van wegverhardingen die deze mengsels bevatten.

• Opschaling: het productieproces van laboratoriumschaal naar reguliere asfaltcentrales brengen, zonder aanpassingen aan bestaande productie- en legapparatuur.

• Validatie en milieu: de aanleg van proefvakken onder echt verkeer, plus een beoordeling van de milieu-impact van de FIBRA-wegverhardingen via levenscyclusanalyse.

Die laatste lijn is met de komst van milieuprestatie-eisen in aanbestedingen alleen maar belangrijker geworden; hoe de MKI van asfalt tegenwoordig wordt berekend, leest u in ons artikel over de PCR Asfalt 2026.

Het FIBRA-onderzoek in het laboratorium: welke vezels?

Voordat er ook maar één ton vezelversterkt asfalt de weg op ging, karakteriseerde het consortium in uiteenlopende mengsels verschillende vezeltypen, waaronder aramidevezels, polyacrylonitrilvezels (PAN) en cellulosevezels. Centraal stonden de eigenschappen die de levensduur van asfalt bepalen: weerstand tegen vermoeiing, scheurvorming en, bij open deklagen, rafeling.

Belangrijk detail voor de praktijk: de vezelmengsels werden ontworpen met standaard penetratiebitumen in plaats van het duurdere polymeergemodificeerd bitumen (PMB). De centrale onderzoeksvraag was of vezels de rol van polymeermodificatie kunnen overnemen. Bijkomend voordeel: standaard bitumen kan bij een lagere temperatuur verwerkt worden en het freesasfalt is later beter recyclebaar.

Waarom vezels als alternatief voor PMB?

In de toplaag van tweelaags ZOAB en in andere zwaarbelaste open deklagen wordt vaak PMB toegepast. Het polymeer maakt de mortel taaier en beter samenhangend, waardoor de stenen minder snel loslaten en de deklaag meer weerstand biedt tegen rafeling. Daar staat een prijs tegenover: het bindmiddel is duurder, het mengsel moet heter worden geproduceerd (op de A73 circa 181 °C voor de PMB-referentie, de vezelmengsels circa 15-20 °C lager) en bij hergebruik zit het polymeer in het freesasfalt.

Het idee achter FIBRA was die taak te verleggen van het bindmiddel naar de vezels. De vezels leveren de mechanische versterking in de mortel, zodat standaard penetratiebitumen volstaat. Een uitgebreide afweging van kosten, milieu-impact en recycling vindt u in aramidevezels en PMB vergeleken; waarom het vezelmengsel koeler kan worden geproduceerd, leest u in ons artikel over de productietemperatuur van asfalt.

Waar lagen de proefvakken van het FIBRA-project?

FIBRA bleef niet bij rapporten. Het productieproces werd opgeschaald naar reguliere asfaltcentrales en de twee wegenbouwers in het consortium legden proefvakken aan onder echt verkeer (in de Engelstalige deliverables "test sections" genoemd). De praktijkproeven vonden onder meer plaats in:

• Nederland, A73 bij Roermond: aangelegd door BAM Infra in de laatste week van augustus 2020 op de zuidbaan direct na de Tunnel Swalmen, een traject met circa 50.000 voertuigen per werkdag. Het proefvak omvat vier varianten van de toplaag van tweelaags ZOAB (2L-PA 8): een PMB-referentie, een referentie met penetratiebitumen en cellulosevezel, een mengsel met PAN-vezel en een mengsel met aramidevezel.

• Noorwegen: wegenbouwer Veidekke Industri was verantwoordelijk voor de Noorse praktijkproeven.

De eerste Nederlandse metingen laten gelijkwaardige wegprestaties zien bij een 15-20 °C lagere productietemperatuur en een ruim 10% lagere MKI op cradle-to-gate-niveau. In de resultaten van het A73-proefvak leest u de volledige opzet, alle meetwaarden en hoe BAM en Rijkswaterstaat het vak langjarig monitoren. Het project staat ook in ons projectoverzicht: het FIBRA-proefvak van Rijkswaterstaat en BAM.

Waarom BAM in vezels geloofde

Voor een wegenbouwer is meedoen aan zo'n onderzoeksproject een strategische keuze. BAM zag duidelijke voordelen van vezelversterking ten opzichte van polymeergemodificeerd bitumen, met name op het gebied van levensduur, productietemperatuur en daarmee duurzaamheid.

Doorslaggevend was de business case: het vervangen van polymeergemodificeerd bitumen door vezelversterkt bitumen bleek in de Nederlandse situatie kostenneutraal bij een vergelijkbare levensduur. Wie voor hetzelfde geld een lagere productietemperatuur, een lagere milieu-impact en beter recyclebaar freesasfalt krijgt, heeft in aanbestedingen met EMVI- en MKI-criteria een voorsprong. Om die reden zag BAM het als een strategisch voordeel om de mogelijkheden van vezels verder te verkennen.

Wat het FIBRA-project heeft opgeleverd

De resultaten van FIBRA zijn vastgelegd in openbare deliverables, waaronder rapporten over de opschaling van het productieproces en de aanleg van de testvakken (2021). Samengevat leverde het project drie dingen op:

• Richtlijnen: praktische handvatten voor het ontwerpen en karakteriseren van vezelversterkte asfaltmengsels en voor het structureel ontwerp van verhardingen, zodat wegbeheerders vezels onderbouwd kunnen voorschrijven.

• Praktijkbewijs: proefvakken die laten zien dat vezelversterkt asfalt op zwaarbelaste wegen in de eerste metingen gelijkwaardig presteert aan PMB-mengsels, geproduceerd op bestaande installaties zonder aanpassingen.

• Milieuonderbouwing: levenscyclusanalyses die de lagere milieu-impact van de vezelroute kwantificeren, bruikbaar in aanbestedingen waarin de milieukostenindicator meeweegt.

Voor het thema levensduurverlenging van asfalt is vooral de combinatie van die drie waardevol: niet alleen de claim dat vezels vermoeiing en scheurvorming remmen, maar ook de meetmethoden en praktijkdata om die claim per project hard te maken. Meer onderzoek en praktijkcases vindt u in ons kennisdossier vezelversterkt asfalt.

Wat betekent FIBRA voor wegbeheerders en aannemers?

Wie vezelversterkt asfalt wil voorschrijven of aanbieden, kan de FIBRA-uitkomsten vertalen naar een paar concrete punten in bestek en uitvoering:

• Onderbouwing in de aanbesteding: verwijs naar onafhankelijke proefvakdata, zoals de openbare FIBRA-deliverables en de meetresultaten van de A73, in plaats van losse leveranciersclaims. Hoe u dat in een uitvraag vastlegt, leest u in vezelversterkt asfalt aanbesteden.

• Milieuprestatie: in de FIBRA-levenscyclusanalyse van de A73 lag de MKI van de vezelmengsels in de productiefase (cradle-to-gate) ruim 10% lager dan die van het PMB-mengsel. DuboCalc rekent echter over de hele levenscyclus, inclusief onderhoud en einde levensduur, dus hoeveel daarvan in een EMVI-gunning doorwerkt, bepaalt de levenscyclusberekening per project. De volledige LCA-uitkomsten staan in de praktijkcase A73; meer over de rekenwijze in MKI berekenen met DuboCalc.

• Milieuhygiënische toelating: asfalt valt onder het Besluit bodemkwaliteit. Staat een toevoeging op de OPWA-lijst voor asfalttoevoegingen (BRL 9320 / NL BSB), dan vergt toepassing binnen het genoteerde maximale percentage geen aanvullend uitloogonderzoek. AsphaltX staat op die lijst; de herbeoordeling is in 2031.

• Uitvoering: op de A73 waren geen aanpassingen aan asfaltcentrale of legapparatuur nodig. De vezels werden handmatig per zak gedoseerd, wat de productiesnelheid van de centrale wel iets verlaagde.

• Monitoring: leg vooraf een meetplan vast. Op de A73 volgen BAM en Rijkswaterstaat de secties met video-inspecties in jaar 2 en jaar 5, naast de reguliere jaarlijkse monitoring van Rijkswaterstaat. Wilt u zelf een proefvak laten volgen, lees dan meer over meewerken aan praktijkvalidatie.

Van Europees onderzoek naar uw project

De technologie die in FIBRA werd gevalideerd, is inmiddels gewoon leverbaar. Met AsphaltX, aramidevezels voor asfalt op basis van dezelfde Twaron-aramidetechnologie als op de A73, wordt vezelversterking vandaag toegepast op provinciale wegen, bedrijfsterreinen en bouwwegen. De dosering ligt indicatief rond de 0,05% (zo'n 500 gram per ton asfalt), afhankelijk van mengsel en toepassing.

Een Nederlands voorbeeld op provinciale schaal is de N337 tussen Zwolle en Deventer: over 8 kilometer leidde aramidevezelversterking daar tot 50% minder spoorvorming en 30% minder scheurvorming ten opzichte van het referentievak. Meer toepassingen vindt u bij onze projecten, zoals de Varsseveldseweg in Doetinchem en de rotonde N711 in Flevoland. Overweegt u vezelversterkt asfalt voor een deklaag of onderhoudsproject, dan denken wij vrijblijvend mee over mengselontwerp, dosering en de te verwachten MKI-winst via een offerte op maat.

Bronnen

• CEDR FIBRA-project (2018-2020), openbare deliverables, waaronder Deliverable 5.1 "Scaling up of the production process and implementation of test sections" en Deliverable 6.2 "Exploitation Strategy Plan", 2021.

• Rijkswaterstaat/BAM Infra Nederland, proefvak en demonstratietuin duurzaam asfalt A73.