“Zolder: Het snelste asfalt van Vlaanderen”

Racefanaten op het circuit van Zolder verkiezen SMA. Steen Mastiek Asfalt verzekert door zijn hoogkwalitatief skelet van mineraal aggregaat, opgevuld met een speciaal bitumineus bindingsmiddel, een uiterst duurzame matrix. Ondermeer door het hogere gehalte aan bitumen en additieven is het ideaal voor zwaar verkeer, landingsbanen, bruggen en kades. De kostprijs is hoger, maar aangezien er nergens meer razend verkeer is dan op Zolder koos het bestuur van het circuit ook voor SMA.

Sinds de tijd van MacAdam is er veel veranderd. Het schadelijke teer verdween uit de asfaltlagen. Nieuwe typen van mengsels kwamen in de plaats. Rijcomfort en stevigheid verbeterden enorm. Asfalt lijkt van langsom meer populair dan beton. Het meest recente type is Steen Mastiek Asfalt. Door de weinige lege ruimtes en de dikke bindende film is SMA enorm resistent tegen vervorming en verslijting. Het heeft veel minder te lijden onder barsten, uitrafelingen of beschadigingen door vochtigheid. Vezels worden toegevoegd aan het bindingsmiddel. Vroeger was vooral cellulose in gebruik, heden ten dage meer en meer kunststoffen, hoewel men ook nieuwe 100% bio-degradeerbare producten kent. Ze worden toegevoegd om de stabiliteit van het mengsel te garanderen.

Op het circuit van Zolder spreekt men van een bitumineuze verharding met een open structuur. De toplaag van de piste is SMA van type 2 – d.w.z. extra dik en extra bitumen, leidend tot een totale asfaltlaag van ongeveer 45 cm -, en bevat granulaat 0/7 - wat een eerder fijne maat is voor de korrelgrootte van het toeslagmateriaal dat de binding vormt -. Deze piste wordt intensief gebruikt. De banden die op de voertuigen gemonteerd worden (slicks) zijn van een zachte rubber samenstelling, wat zorgt voor een afzetting op de ondergrond. Hierdoor slibben de poriën van het asfalt dicht. ( SMA type 2 heeft slechts 5% holle ruimte ). Daarom vervangt men er de toplaag minstens om de tien jaar . Het feit dat men bij asfalt kan voldoen door enkel de toplaag te vervangen, maakt het algemene voordeel uit ten opzichte van beton, dat op zich langer kan meegaan, maar dan in zijn geheel moet vervangen worden.

Bitumen

De bestanddelen van asfalt zijn stenen, zand, een vulstof zoals bijvoorbeeld kalk of vliegas (uit verbrandingsprocessen), en bitumen dat uit aardolie gedestilleerd is, meerbepaald de fractie die in de destillatiekolom overblijft nadat benzine, diesel, smeerolie e.d.m. eruit verdampt zijn. Afhankelijk van het soort bitumen, de mengverhoudingen en de gebruikte vorm van stenen verkrijgt men een vloeistofdicht of net waterdoorlatend asfalt, een flexibel mengsel of één dat bestand is tegen de hoogste belastingen. Ook het klimaat speelt een rol. In Scandinavië maakt men de wegen met eerder zacht bitumen, want door de kou zouden ‘harde’ straten barsten. In Spanje daarentegen gebruikt men een hardere bitumensoort, omdat al te zachte straten tijdens de hete zomers zouden plooien onder het gewicht van vrachtwagens en ander zwaar verkeer. Zacht bitumen komt voor wanneer er tussen de moleculen waaruit het opgebouwd is relatief veel kleine moleculen zitten. Het bitumen is met andere woorden elastischer naarmate het gehalte aan ‘asfaltenen’ lager is.

Algemene structuurformules van koolwaterstoffen die in bitumen voorkomen. De asfaltenen zijn zeer grote moleculen en hebben een aromatisch karakter.De maltenen zijn te verdelen in drie soorten:

• De verzadigden: vertakte alkanen (paraffinen), cycloalkanen (naftenen). Het zijn vrijwel kleurloze verbindingen en vormen een wasachtige substantie.
• De aromaten: moleculen met een structuur afgeleid van benzeen met daaraan gekoppeldniet-polaire groepen. Het zijn vloeibare stoffen en hebben een donkerbruine kleur.
• De harsen: stoffen met een structuurformule ook afgeleid van benzeen maar dan met polaire groepen.

Men kan de hardheid van bitumen veranderen op verschillende manieren: mengen met bitumen van een andere hardheid. Doorblazen met zuurstof, waardoor moleculen aan elkaar worden gekoppeld (poly-condensatie). Toevoegen van polymeren (polymeer-gemodificeerd bitumen).

SMA is asfalt waar de stenen (die van hoge kwaliteit zijn) alle ongeveer dezelfde grote hebben en daardoor niet zo goed in elkaar passen. Zo goed als alle holle ruimten zitten echter vol met een mastiek van zand, vulstof (gebluste kalk) en bitumen. Het steenskelet zal de spanningen opvangen, terwijl de mastiek zorgt voor de binding. Bij de aanleg wordt nauwgezet gelet op een juiste gradiënt in de densiteit van het steenslag aggregaat. Die moet beletten dat bindingsmiddel, een mengsel met een grote duurzaamheid en een zeer hoge weerstand tegen vervorming. zou draineren, of zou uitstromen naar boven wat tot gevaarlijke gladde wegen zou leiden (bitu-planing) . Het percentage bitumen op het circuit van Zolder bedraagt zo’n 8%.

Polymeren

De relatief hoge proportie, en het grote belang van de binding/mastiek vraagt speciale aandacht bij de bereiding, ter bekoming van een homogeen product. Een langere mengtijd is gevraagd, evenals toevoeging van de juiste additieven. Zoals gezegd zitten er vezels in het bindingsmiddel. Vroeger was dit cellulose, of zetmeelderivaten, maar bij het SMA zoals op Zolder zijn het kunststoffen: polymeer gemodifieerd bitumen. Het is een samenstel van bitumen, polymeren en additieven, en vormt een belangrijke reden van de kostprijs van het circuit. Het gaat immers om een bijzonder type polymeren die ervoor zorgen dat het asfalt weer in z’n oorspronkelijke vorm terugkeert na zware belasting, hoge en lage temperaturen. De thermoplastische polymeren (6%) worden aan de top/slijtlaag van asfalt toegevoegd die zo’n 5 cm dik is. Tijdens het productieproces wordt polymeer aan heet bitumen toegevoegd en“versmelt” daarmee. Hierbij zwelt het polymeer, onder opname van lichte fracties uit het bitumen. Op deze wijze wordt, afhankelijk van het type polymeer, een viscositeitsverschuiving bereikt of een kettingachtig netwerk (een ”microwapening”) opgebouwd.

Het meest gebruikte polymeer is poly(styreen-butadieenstyreen) of SBS. SBS en andere thermoplastische elastomeren zijn rubberachtig, echter zonder de covalente crosslinks, die zorgen voor een moeilijkere verwerking bij bijvoorbeeld echt rubber. Het SBS-polymeer bestaat uit drie gedeelten. Het eerste gedeelte is een lange keten van polystyreen, het middengedeelte is een lange keten van polybutadieen, en het laatste gedeelte is weer een lange keten polystyreen. Polystyreen is een duurzaam, hard plastic dat zorgt voor de stevigheid in SBS. Polybutadieen is een rubberachtig materiaal dat zorgt voor de flexibele en elastische eigenschappen van SBS. De aantrekkingskrachten tussen de ketens berusten op Van der Waals-krachten. De relatief zwakke Van der Waals krachten zorgen ervoor dat de crosslinks reversibel zijn. Deze eigenschap houdt in dat bijvoorbeeld na verhitten de crosslinks zullen verbreken, maar opnieuw gevormd worden als het materiaal weer wordt afgekoeld. Bij materialen met covalente crosslinks zoals bijvoorbeeld gevulkaniseerd rubber kan dit niet.

Wrijving

Het dient gezegd dat het circuit van Zolder als het “Snelste asfalt van Vlaanderen” niet letterlijk over het snelste asfalt beschikt. De rolweerstand zou iets minder kunnen zijn, en de topsnelheid hoger, maar net zoals in het dagelijks verkeer is een zekere stroefheid noodzakelijk om de wagens op de baan te houden. Rolweerstand bestaat uit twee verschillende componenten: hysterese en, in mindere mate, wrijving. Hysterese betreft de energie die verloren gaat bij het in- en uitveren van een band, door oneffenheden, terwijl wrijving het energieverlies betreft dat veroorzaakt wordt door stroefheid van het oppervlak (micro geometrie van asfalt). De circuitbouwers zouden bijgevolg kunnen ‘spelen’ met het bitumen om zo de wrijving te verlagen. Andere vrijheidsgraden om de rolweerstand van asfalt te verbeteren zijn grootte, vorm en ruwheid van de korrel, evenals de samenstelling van het bindmiddel. Om grote problemen bij het remmen (“bitu-planing”) te vermijden, wordt hier echter niet in geïnvesteerd. In de sport maakt daarom het spel van de optimale bandenkeuze het verschil.

Naargelang de ondergrond kiest men rubber waarmee de hoogste snelheid in combinatie met de nodige baanvastheid wordt verkregen. Er is wel aandacht voor rolweerstand in het dagelijks verkeer, vanuit milieu- en duurzaamheidsoverwegingen, Een band met dezelfde kwaliteit en veiligheid, maar minder wrijving zorgt immers voor minder energieverbruik. Bovendien is er een link met geluidsoverlast. Gezien het feit dat SMA een kleine reductie in decibels oplevert ten opzichte van regulier asfalt kan vermoed worden dat het ook hierom meer en meer zal gebruikt worden op de openbare weg. © 2007 - 2008 S0005141, gepubliceerd in Scheikunde (Wetenschap) op 21-11-2007, laatst gewijzigd op 29-11-2007. Het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming van S0005141 is vermenigvuldiging van dit artikel verboden. Meer...

Verwante artikelen

• Snelste auto's ter wereld: Auto's worden alsmaar sneller en sneller, het record blijven houden is immers zeer moeilijk. Jongens hebben gewoonlijk graag snelle auto's. Maar de volgende auto's zijn meer dan sn…
• Olympische spelen: De snelste man op aarde: Het koningsnummer van de atletiek: de 100 meter. Het is de kortste sprintwedstrijd die door senioren op een outdoor-baan gelopen wordt. Dit jaar is het weer zo ver…
• Vlaanderen onafhankelijk: Zoals iedereen wel weet gaat België door een politieke crisis. Leterme is gefaald in zijn opdracht als formateur voor een nieuwe staatshervorming en de vijandelijkheid tussen Vlaams…
• Duurste auto's ter wereld: Als je een mooie auto wilt moet je er veel voor betalen, je moet werken of naar de bank gaan. Maar de volgende auto's zijn niet zomaar te betalen door te gaan werekn of door een le…
• Voorgeschiedenis naar tourritstart in Waregem: Waregem aast al langer om een buitengewone wielerhoogdag binnen zijn grenzen te krijgen. Men was goed op weg om in 2002 het wereldkampioenschap weilrennen te mo…

Bronnen en/of referenties

• DEBONDT, A. “Polymeer bitumen”, http://www.vbwasfalt.org/cms/Media/2004-1-10.pdf
• VERMEER, L. “Asfalt”, Chemische Feitelijkheden, 38, mei 2002, 12-13
• RICHARDSON, J. “SMA in the UK”, SCI Lecture Papers Series”, 1999, 2.
• CASTERMANS, P. “Circuit Zolder”, 2007
• "SMA", http://www.roadstone.ie/products/Bit/Stone.htmStone mastic Asphalt, 2004