Undersökning av asfaltbeläggningars resistens mot dubbade däck : Försök med provplattor i vägen och VTI:s provvägsmaskin

VTI särtryck

Nr 224 0 1994

Undersökning av asfaltbelä gningars

resistens mot dubbade däc

Försök med provplattor i vägen och

VTl:s prowägsmaskin

Torbjörn Jacobson

Föredrag vid NVF utskott 33 kengress i Tällberg,

juni1994

_{Väg- och}

VTI särtryck

Nr 224 0 1994

Undersökning av asfaltbeläggningars

resistens mot dubbade däck

- Försök med provplattor i vägen och

VTI:s prowägsmaskin

Torbjörn Jacobson

Föredrag vid NVF-utskott 33 kongress i Tällberg,

juni1994

(db

Väg- och

transport-farskningsinstitutet

'

INNEHÅLLSFÖRTECKNING sida

1. INLEDNING ... 3

2. TILLVERKNING AV PROVPLATTOR ... 6

2.1 Materialkontroller ... 6

2.2 Utläggning av provplattorna på vägen ... 7

2.3 Slitagemätning ... 7

3. VTIs PROVVÄGSMASKIN (PVM) ... 11

3.1 Allmän beskn'vning ... 11

3.2 Slitagetestning av provplattor i provvägsmaskinen ... 11

3.3 Korrelation provvéigsmaskinen (PVM) - vägslitage ... 13

4. FAKTORER SOM INVERKAR PÅ SLITAGET ... 18

4.1 Stenmaterialkvalitet ... 18

4.2 Beläggningstyp - Stenhalt ... 20

4.3 Största stenstorlek... 23

4.4 Bindemedelstyp Modifierade bindemedel... 24

4.5 Packningsgrad - Hålrumshalt ... 26

4.6 Krossningsprocedur Kubisering... 26

4.7 Inblandning av högkvalitativt stenmaterial 28 5. SAMMANFATTANDE KOMMENTARER ... 30

1.

INLEDNING

I Sverige används dubbade däck vintertid vilket medför att vägbeläggningen på det högtrafikerade vägnätet utsätts för ett betydande slitage med spårbildning som följd. VTI har därför under lång tid arbetat med utveckling av nötningsresistenta asfaltbeläggningar och testmetoder. Tidigare har utvecklingsarbetet i huvudsak bedrivits genom fullskaleförsök där beläggningen producerats med ordinarie utrustning, dvs tillverkningen av asfaltmassor i asfaltverk och utläggning med asfaltutläggare.

Detta arbetssätt har dock många nackdelar. Studeras t ex inverkan av stenmaterialkvalitet måste stenmaterialet ofta transporteras långa vägar och i relativt stora mängder, oftast hundratals ton av varje material. En annan stor nackdel med fullskalig tillverkning är att en mängd variabler som inte fullständigt går att kontrollera och styra, kan störa utvärderingen av de parametrar som skall studeras. Separation i stenmaterial och massa, temperatur, blandning, packning, lagertjocklekar etc är exempel på sådana variabler.

Mot den bakgrunden har en ny provningsmetodik för slitagestudier utvecklats på VTI som innebär att mindre provplattor av asfaltbetong kan testas (Lars-Göran Wågberg och Torbjörn Jacobson). Provplattorna tillverkas på laboratoriet under kontrollerade och realistiska förhållanden. Provplattorna kan antingen testas i fält genom att de placeras ut i befintliga beläggningar och slitaget från trafiken mäts (bild 1), genom accelererande provning i VTI:s provvägsmaskin (förkortas PVM, bild 2) eller genom laboratorieprovning av utborrade provkroppar (Tröger, Prall, PWR). Någon lämplig labmetod har ännu dock inte framtagits. Till en början testades plattorna i vägen men med tiden har tyngdpunkten av provningarna flyttats över till PVM som numera blivit den viktigaste metoden för slitagestudier. Detta har varit möjligt tack vare en synnerligen god korrelation mellan provvägsmaskinen och vägförsök. Sedan starten har ca 250 plattor testats PVM och ca 130 testats i fält. Sammanlagt har ca 500 plattor tillverkats varav ett ganska stort antal finns sparade för jämförande undersökningar i framtiden, t ex i samband med utveckling av laboratoriemetoder. Parallellt med plattförsöken har även en ganska omfattande fullskalig provvägsverksamhet bedrivits.

Föreliggande redovisning behandlar dels provningsmetodiken kring provplattorna, dels ges en sammanställning över de viktigaste resultaten från undersökningarna. Provningsförfarandet har medfört att en rad olika inverkande faktorer som är kopplade till en beläggnings sammansättning och utförande kunnat kartläggas, exempelvis betydelsen av stenmaterialkvalitet, stenhalt, stenstorlek, bindemedelstyp, beläggningstyp och packningsgrad/hålrum. Andra faktorer som studerats med den här tekniken är trafikens

hastigheten, dubbtyp och klimatets inverkan. Inom materialberedningen har effekten kubiseringskrossning studerats genom testning av prOVplattor. Försöken med provplattor

i fält eller i PVM har också inneburit bra möjligheter att studera relevansen hos en

rad provningsmetoder, t ex slipvärde och kulkvarn på stenmaterialsidan samt Tröger, Prall

och PWR på asfaltsidan.

2.

TILLVERKNING AV PROVPLA'ITOR

Asfaltmassoma proportioneras normalt enligt Marshallförfarandet. Målsättningen har varit att massorna skall uppfylla kraven i Vägverkets Byggnadsanvisningar, BYA, avseende kornkurva, bindemedelshalt och hålrum. När det handlar om att undersöka "firmabundna" massor brukar proportioneringen och blandningen av massorna utföras av entreprenören medan VTI ansvarar för tillverkningen av provplattoma.

Asfaltmassoma tillverkas i en laboratorieblandare, typ tvångsblandare, fabrikat Kalottikone

Kalm 50. Satsstorleken varierar mellan ca 9 18 kg beroende på beläggningstyp. Till varje provplatta behövs ca 36 kg. Uppdelningen på mindre satser syftar till att minimera risken för separationer och inhomogen blandning, vilket lätt blir fallet om alltför stora satser hanteras. För att i möjligaste mån förhindra separation vid tömningen och fördelningen av massan i Vältformen delas formen upp i flera fack med hjälp av ett löst plåtkors. En sats massa hålls i varje fack och fördelas ut inom facket (bild 3). Vältformen har formatet 95*75 cm.

Asfaltmassan vältas med en "gångbanevält", DYNAPAC CGll, på ca 1700 kg med vibro. Följande vältchema används:

12 överfarter utan vibro 4 överfarter med lätt vibro

12 överfarter utan vibro

Efter det att plattorna svalnat (bild 4) till rumstemperatur kyls de ned till 0°C innan plattan delas (sågas) till provningsformatet 47,5*75 cm. Tjockleken är normalt ca 40 mm men kan varieras.

2.1 Materialkontroller

Plattornas skrymdensitet undersöks genom vägning i luft och under vatten. Kompaktdensiteten beräknas utifrån blandningsrecepten och de ingående materialens kompaktdensitet. Målsätt-ningen för packningsgraden har varit minst 97 % för tät asfaltbetong och 95 % för skelettasfalt vilket uppnåtts. Materialets homogenitet har testats genom utborrade provkroppar (bild 5), och bedöms tillfredsställande. Kontroll av återvunnet bindemedel visar också på realistiska

resultat, dvs bindemedlets egenskaper förändras (förstyvas) i ungefär samma utsträckning som vid normal produktion av asfaltmassa i verk.

2.2

Utläggning av provplattorna på vägen

Provplattorna läggs ut på beläggningsobjekt som försetts med nytt slitlager. De placeras i höger hjulspår och på högtrafikerade vägar, oftast motorvägar. Innan provplattoma läggs ut mäts personbilamas sidoläge på körbanan med hjälp av mätkablar. Sidoläget för personbilamas högerhjul registreras under en period (ett dygn) och presenteras i form av medelvärde och standardavvikelse. Vid mätningen erhålls också körhastigheten och differensräkning av fordonsslag. Utläggningen av provplattor går till enligt följande:

Med en fräsmaskin fräses ett 50 cm brett och 5 cm djupt spår. Efter noggrann justering av spårets botten och sågning av ändkanterna fixeras plattorna i nivå med omgivande beläggning (bild 6). Plattorna gjuts fast med en cementplast. Fogama mellan plattorna och till angränsande beläggning tätas med en fogmassa.

I samband med plattornas "inplantering" i vägen monteras fixar för sex mätlinjer per platta i den intilliggande beläggningsytan. Fixama som gjuts fast i beläggningen ,ca 20 mm under beläggningsytan, består av mässingshylsor med en plan botten som utgör referens för mätbalkens stödben. För att kunna jämföra slitaget på plattorna med slitaget på den befintliga slitlagerbeläggningen monteras även fixar för slitagemätningar direkt efter sista plattan i respektive provserie. För att kontrollera den dubbade trafikens placering och fördelning i vägens sidled förlängs den sista mätlinjen så att den omfattar hela körfältsbredden.

2.3

Slitagemätning

Slitagemätningama görs med VTIs laserprofilometer som består av en ca 1 meter lång mätbalk med stödben (bild 7). Profilometem bygger på kontaktlös avståndsmätning mellan mätbalken och vägytan genom laserteknik. Tvärprotilen registreras med en avläsningsnoggrannhet av ca 0,01 mm och med en samplingstäthet av 400 mätpunkter per meter. Mätdatan lagras och bear betas med en persondator. Slitaget beräknas ur skillnaden mellan nollmätningen och slutmät-ningen som görs på hösten respektive Våren strax före och efter dubbsäsongen. Slitaget

redovisas antingen som medelvärde för respektive provplatta (medelslitage i mm) elle maximalt spårdjup som beräknas från de punkter som i respektive mätlinje som uppvisar det största slitaget.

Bild 4. Nytillverkad prOVplatta.

Medel : 2,36 g/cm3

Stand. av. : 0,01

Variationsbredd : 0,04

Bild 5A . Homogenitet hos provplattor genom kontroll av skrymdensiteten på borrkärnor. Beläggningstyp: Stabinor 16.

;Medel : 2,37 g/cm3

§Stand. av. : 0,01

%Variationsbredd : 0,03

Bild SB . Homogenitet hos provplattor genom kontroll av skrymdensiteten på borrkärnor. Beläggningstyp: HABT16.

ll

3.

VTIs PROVVÄGSMASKIN (PVM)

3.1 Allmän beskrivning

PVM är en utrustning för att under kontrollerade förhållanden genomföra accelererade prov-ningar av däcks inverkan på beläggningytor (bild 2). Maskinen är byggd redan 1943 men har

modifierats grundligt på senare år.

Maskinen har sex hjul som roterar horisontellt på en cirkulär testbana. Drivningen sker med en motor på varje hjul. Diametern på banan 5,25 m, vilket ger en medellängd för ett varv av 16,5 m. Banans bredd är högst 0,85 rn.

Maskinens hjul kan monteras med olika avstånd radiellt från maskinens centrum och under körningen kan maskinens centrumaxel dessutom förskjutas sakta i sidled genom en 'exenteranordning. Därigenom kan samtliga hjul förskjutas, sammanlagt ca 60 mm, fram och åter i sidled. Rörelsen i sidled är särskilt viktig vid körning med dubbdäck, som i annat fall skulle ge smala slitagespår efter varje dubbrad i däcken.

Den belagda ytan kan begjutas med vatten och i hallen där maskinen står kan kylning ske ned till -20°C. Maskinens hastighet kan varieras men maxhastigheten är begränsad för olika hjulbelastning. Med nuvarande utformning är högsta hastighet ca 85 km/h för hjullasten 5 kN. Lastbils eller personbilsdäck, med konisk eller konventionell slitbana, kan användas. Vanligtvis körs maskinen med konventionella dubbade personbilsdäck med hårdmetalldubb (1,8 g).

PVM har under senare år använts vid undersökningar av slitstyrkan hos asfaltbeläggning och cementbeläggning (Hultqvist B-Ä), jämförelser mellan olika dubbtyper (Gustafson K), testning av trafikkablar och slitageprovning av vägytesensorer.

3.2

Slitagetestning av provplattor i provvägsmaskinen

Sammanlagt 28 provplattor ingår i varje försök. Prov med förväntad liknande slitstyrka placeras i möjligaste mån intill varandra så att de nivåskillnader som uppstår mellan plattorna under försökets gång minimeras.

Provplattorna limmas först på stålplattor som i sin tur fästs på provbanan. Fogarna mellan plattorna tätas med cementplast (typ Akrylat) eller fogmassa.

Fyra av de sex hjulen används vid försöken. Konventionella radialdäck (185/70 R14) från Gislaved med ca 110 st hårdmetalldubb används. Ringtrycket i däcken hålls på 250 kPa och hjulen fjäderbelastas till 4500 N vilket motsvarar hjullasten för en personbil. Innan försöket nöts däcken in genom körning på landsväg i 50 mil enligt ett visst schema.

Dubbutsticket mäts före och under körningen. Samtidigt kontrolleras antalet dubb i däcken. Hastigheten är 85 km/h. Körbanan befuktas kontinuerligt med vatten under körningen. Tempe raturen hålls kring 0°C (tolerans -5 - +5°C). Maskinen körs i tvåtimmars pass följt av en paus för kylning. Ett försök omfattar ca 305.000 varv med drygt 10 slitagemätningar. Försök har också gjorts vid 60 km/h och på torr provbana (ej befuktning).

Bestämningen av slitaget sker genom upprepade mätningar av provplattornas tvärprofil. För profileringen används samma laserprofilometer som i fält. Tre profiler per provplatta mäts vid varje mättillfälle. Det innebär att vid varje mätning erhålls ca 360 mätpunkter per platta efter-som slitagespåret är 30 cm brett. I princip görs profileringama med tätare intervall i början av en provkörning för att sedan under försökets gång glesas ut. Slitaget beräknas ur skillnaden mellan noll profilen och slitageprofilerna. Det redovisas i form av medelslitage i mm per mätlinje eller provplatta, maximalt spårdjup (spårbildning) eller bortnött tvärsnittsarea.

Vid varje försök medtages ett antal referensplattor, bl a för att underlätta jämförelsen mellan olika provplattor och inte minst jämförelsen mellan flera försök.

I bild 8 redovisas slitageutvecklingen från en undersökning i PVM. Normalt omfattar en test i maskinen totalt 305.000 varv och 11 profileringar. Avnötningen efter 305.000 varv motsvarar ungefär två års trafik på motorväg med ÄDT 30.000 fordon/dygn, hastigheten 110 km/h och dubbfrekvensen 40 % i medeltal över vintersäsongen.

För att underlätta jämförelser med andra försök, på vägen eller i PVM, eller förenkla jämförelser mellan olika prov redovisas slutligen slitageresultatet som relativt slitage (kan även benämnas slitagefaktorn, man brukar tala om faktorförsök i samband med provvägsmaskiner). Det är förhållandet i procent mellan provplattoma och referensplattorna. Referensplattorna har utgjorts av HABT16, porfyr (ordinarie referens) och i vissa fall även HABSlö, porfyr. Referenser har funnits med från början av "plattförsöket", både på vägen, vid provning på laboratoriet eller vid vägförsök.

13

3.3

Korrelation provvägsmaskinen (PVM) - vägslitage

En av målsättningarna med de inledande undersökningarna i PVM var att så långt som möjligt anpassa provningsproceduren till så verklighetsnära betingelser som möjligt, bl a i fråga om

hastighet, däck, dubbtyp, temperatur och fukt. I bilderna 9 och 10 redovisas korrelationen

mellan slitaget uppmätt i fält på provplattor (medelvärden från 10 olika vägobjekt) och resultaten från PVM. Sambandet har analyserats genom bestämning av regressionsekvationen (linjär) och korrelationskoefficienten. r.

Ett mycket bra samband erhålls mellan beläggningsplattorna testade i PVM och i fält (bilderna 9 och 10). Redan efter 45.000 varv är korrelationen hög, r > 0,93, och ökar ytterligare något efter 125 - 305.000 varv, r > 0,95. Efter första vintern är korrelationen något lägre men beror sannolikt på effekter av slitaget initialt innan provplattoma slitits in ordentligt. Undersökningarna omfattar beläggningstypema HABT12 - 20 och skelettasfalter 8 - 20 mm.

Bild 7A. VTIs metodik för dubbslitagemätning.

15 10 _" " HABT12 9 __ .-- 0 .-- HABSB _ . / / 8"_ '-HABT16 /-' n - f _ 7 ___ o HABS16 _ i _ _ _ ; u E HABSZO / ' _ _ ,CF " E 6 _ ' . _ n ' 0.5 f ', ' _ _ & '_-|E 5 , ; _ _ fl S / CF _ _ , , , =O ," r & g 4 I ' 74 , < '( ' u I _ f _ _ I 49/ __ |- d- __ Antal varv * 1000 350

Bild 8. Exempel på slitageutvecklingen vid ett försök i PVM. Beläggningstyp: Skelettasfalt och tät asfaltbetong. Stenmaterialet större än 4 mm utgörs i samtliga fall av porfyr.

Bild 9A. Korrelationen, r, mellan provplattor i PVM och vägen. Försök 1. Antal Plattor från 1988 års program Plattor från 1990-års program varv

År 1

År 3

Är 1

År 2

På 1988-års plattor har korrelationen beräknats efter första och tredje vinterns slitage. Sex Vägobjekt ingår i första årets uppföljning och fyra i tredje årets, se bilaga 7.

På 1990-års plattor har korrelationen beräknats efter första och andra Vinterns slitage. Två Vägobjekt ingår i uppföljningarna, se bilaga 7.

Bild 9B. Korrelationen, r, mellan provplattor i PVM och vägen. Försök 2.

Antal Plattor från 1989-års program

varv

Är2

År 3

40.000 0,916 0,933

120.000 0,953 0,977

280.000 0,976 0,984

På 1989-års plattor har korrelationen beräknats efter andra och tredje vinterns slitage. Ett vägobjekt (Upplands-Väsby) ingår i undersökningen.

PVM,

,.

0,5 -

*

_{_}

Bild 10A. Korrelationen mellan plattor i PVM och vägen. Beläggningstyp: Skelettasfalt 8-20 och HABT16 asfaltbetong.

17

Bild lOB. Korrelationen mellan plattor i PVM och vägen. Beläggningstyp: HABT12 och HABT16.

itet

FAKTORER SOM INVERKAR PÅ SLITAGET

4.1 Stenmaterialkval

4.

Ååå

ååå

ååå

ååå

_å

%%Z

ZZZ

ZZ?

åååå

åååå

åååå

_å

%

éééé

éééé

éééé

_g

%%%

_%%%

%%%

_g

stenmaterialkvalitet. Beläggningstyp: HABT 12 och HABT 16. Försök i PVM.

Bild 13. Inverkan av PVM.

stenmaterialkvalitet. Beläggningstyp: Dränerande asfaltbetong. Försök i

_ e» o en -'e n N en e» 'e n :

////

////

////

////

////

////

////

////

////

////

////

////

////

////

////

//

///

///

%

%

7//

///

///

///

///

///

///

Bild 12. Inverkan av stenmaterialkvalitet. Beläggningstyp: skelettasfalt. Försök i PVM.

Rec

llt

ivt

sli

aet

g

s//

///

///

f//

///

///

///

///

,.

///

///

///

///

//

\

%7///

////

////

////

////

////

////

/

4.2

Beläggningstyp - Stenhalt

Den största skillnaden mellan olika beläggningstyper är stenmaterialets sammansättning. Skelettasfalt innehåller cirka 60 70 Vikt-% stenmaterial större än 8 mm medan tät asfaltbetong innehåller cirka 30 vikt % grövre material. Stenhalten eller fördelningen mellan de grövre

fraktionema (förhållandet mellan fraktionema 4-8, 8-12 och 12-16 mm) kan också vara stor

mellan olika varianter av skelettasfalt (t.ex. Viacotop, Stabinor, HABS),vilket har betydelse för slitstyrkan. Försöken har visat att andelen grovt material (stenhalten) i beläggningen har en mycket stor inverkan på dubbavnötningen. I princip ökar beläggningens resistens mot dubbade däck med ökad stenhalt. Det innebär att skelettasfalt har betydligt bättre slitageresistens än tät asfaltbetong. Dränerande asfalt kan också få bra slitstyrka enligt försök i PVM, eftersom den innehåller hög andel grovt material, men erfarenheterna från vägen visar att dränbeläggningar ofta erhåller sämre hållbarhet och beständighet än skelettasfalt och tät asfaltbetong.

I bild 14 redovisas olika varianter av skelettasfalter som alla innehåller porfyr från Älvdalen. Resultatet avser fyra års trafik på väg. Skillnaden mellan sämsta och bästa beläggning är ca 60 %. Skillnaden i stenhalt är också stor mellan beläggningarna enligt bild 15. Att skelettasfalt har bättre slitstyrka än tät asfaltbetong med motsvarande stenmaterial framgår av bild 16. Avnöt ningen för skelettasfalt är i dessa fall 20 50 % mindre än för tät asfaltbetong. Försöken avser plattor på vägen och maximal stenstorlek är 16 mm. I bild 17 redovisas en annan jämförande undersökning i PVM mellan HABSI6 och HABT16. HABSI6 erhåller i den undersökningen

u

m.

m

P

40 35 & HABT HABS 30 25 20 SP S-ta l

chmsit Porfyr Porfyr Porfyr Granit Granit

Bild 16. Inverkan av beläggningstyp. Beläggningstyp: HABT HABS. Plattor på Vägen och

provväg. 3 E HABT16 2,5 HABSlé 2 Q) N) CU i.) = m *; 1,5 |: 2_G) & 1 0,5 0

Porfyr Kvartsit, R Kvartsit, K Hälleninta Granit, F Diabas

23 Största stenstorlek

.3

m

w

u

m

p

största stenstorlek. Beläggningstyp: Tät asfaltbetong - Skelettasfalt porfyr oc

mm

wm

mm

Försök i PVM. Stenmaterialet större än 4 mm utgörs av

Diabas Kvartsit, R Porfyr

HABDB HABDI 2 HABDlé HABD8 HABDIZ HABDlé HABD8 HABDI2 HABD16

Bild 19. Inverkan av största stenstorlek. Beläggningstyp: Dränerande asfaltbetong. Försök i PVM. Stenmaterialet större än 4 mm utgörs av diabas, porfyr och kvartsit.

4.4

Bindemedelstyp - Modifierade bindemedel

Modifierade bindemedel anses i Vissa fall förbättra egenskaperna hos asfalt, bl. a. vid låga och höga temperaturer samt beständigheten, vilket på längre sikt kan ha positiv inverkan på beläggningens förmåga att motstå dubbslitage. Inom plattförsöken har kombinationen modifierade bindemedel och skelettasfalt testats genom plattor på vägen. Modifierade bindemedel har också undersöks genom fullskaliga provvägsförsök. Vid den här typen av försök är det viktigt att uppföljningen sker under en längre tidsperiod så att de faktorer som är kopplade till beläggningens åldring (klimat och trafik) ges ordentlig tid att verka.

Av bild 14 framgår att polymermodifrerade bindemedel i detta fall inte verkar ha reducerat av-nötningen nämnvärt. Skelettasfalt med konventionellt bindemedel erhåller ungefär samma av nötning som motsvarande HABS-varianter med polymermodifrerade bindemedel. Dubbavnötningen omfattar fyra vintrar. I bild 20 ges resultat från ett fullskaligt provvägsförsök på E18/E2O utanför Örebro med modifierade bindemedel (PmB) och både asfaltbetong och skelettasfalt. Avnötningen avser tredje vintern. När det gäller skelettasfalt

Bild 20. Inverkan av

Fullskaligt provvägsförsök. Stenmaterialet större än 4 mm utgörs

modifierade bindemedel. Beläggningstyp: Skelettasfalt - tät asfaltbetong.

av kvartsit. : : : : : D Du bb av nö tn in g, m m 9 .o .o

$n

am

e.

o ä r s itstyrkan hos dränera

a modifierade bindemedel. På 5 11 hos skelett- eller

nde asfalt H H H H H CD SD m a g m a cn O e-+

H tt flertal provvägsförsök visar

O O O O O 'al (kvartsit) ' er per år (ÄDTl H C G ) e håller. Avnöt i .000 fordon, si : c : : r s =S E E E E 3 / 5 0 : m H 93 0 o 5 C < < e ultat te avnö dubbslitaget är del jämfört tnin e_g m N B av bindemedelstypen. Tät 0-45 % mi dre f' d referense nne ckså vilken ra 1 n F i m (' D "U m PT äc r innehållande p ventionellt bi O demedel lymerm difier e-+ ' B8 ('D

s

i

i

h

ä

ä

4.5

Packningsgrad - Hålrumshalt

Packningsgradens/hålrummets inverkan på slitstyrkan hos asfaltbeläggningar har inom projektet hittills endast undersökts i mindre omfattning. En större undersökning planeras dock under 1994/95 . I samband med en studie av fillrets betydelse för asfaltbetong tillverkades och testades provplattor med tät asfaltbetong typ MABTIZ med varierande paekningsgrad. Plattorna testades bl a på vägen under några år. Resultaten redovisas i bild 21. Dubbavnötningen avser första vintern. Plattorna med 94-96 % i packningsgrad erhöll i genomsnitt 50 % större avnötning än de med 100 %. Efter andra vinterns trafik (när ytan slitits in ordentligt) blev dock skillnaden betydligt mindre.

loose ($% hålrum) E 94-961. (7-91, hålrum) Du bb av nö tn ing, m m p 9 p r r h o a: -N h 9 N O Recept

Bild 21. Inverkan av packningsgraden. Beläggningstyp: MABT12. Provplattor på vägen.

4.6 Krossningsprocedur =- Kubisering

Inom materialberedning av asfaltballast har på senare år kubiseringskrossning kommit till användning. Kubisering av stenmaterial innebär att flisiga och stängliga partiklar bryts sönder till mer kubiska och att svaga partiklar krossas ned (selektiv krossning). Tekniken har givit

27

lokala täkter med ortens material en viss chans att konkurrera. Även högkvalitativa material med dålig kornforrn eller innehåll av svaga komponenter har förbättrats på detta sätt. I bild 22A redovisas resultaten från en undersökning med provplattor i fält där syftet var att studera kubiseringens effekt på dubbavnötningen. Stenmaterialen utgjordes av porfyr och av naturgrus med varierande bergarter (granit, gnejs). Avnötningsmätningarna omfattade två vintrar på motorväg. Avnötningen reducerades med 20-30 % genom kubiseringen. Av bild 22B framgår att kulkvarnsvärdet samtidigt reducerades med 22-31 % efter kubiseringen, dvs i samma storleksordning som på vägen.

16 14 E Icke kubiserat Kubiserat Ku lk va rn sv är de Naturgrus Porfyr

10 % Icke kubiserat 9 _Kubiserat Me de la vn öt ni ng , m m

HABS, naturgrus HABS, porfyr

Bild 22B. Inverkan av kubiseringskrossning på dubbavnötningen. Beläggningstyp: Skelettasfalt 16. Provplattor på vägen.

4.7

Inblandning av högkvalitativt stenmaterial

För att uppnå fastställda krav på slipvärde eller kulkvarnsvärde inblandas ibland högkvalitativ sten till ortens material. Inblandningen görs i sorteringama 8-12 och/eller 12-16 mm. En frågeställning har varit hur den här typen av blandmaterial fungerat på vägen och en annan fråga om provningsmetoderna, slipvärde eller kulkvarn, på ett relevant sätt beskriver detta. Vid slipvärdesprovningen kan t. ex. de starkare stenarna skydda de svagare. I bild 23 redovisas en undersökning från PVM där 30 resp 50 % högkvalitativ sten blandats med ortens material. De högkvalitativa stenmaterialen utgjordes av porfyr och kvartsit medan ortens material bestod av granit med måttlig kvalitet. Resultatet visar att beläggningens slitstyrka förbättras i proportion till andelen inblandat högkvalitativt stenmaterial. Kulvamsvärdet för de olika blandningarna visade bra överensstämmelse med avnötningen på vägen medan slipvärdet gav ett felaktigt resultat.

//

//

//

//

//

_/

/

/

/

/

/

/////

/////

/////

s;

-/

/

/

/

å

-:;

////

////

/

\

aä

eu

ls

1A1

111

11

5.

SAMMANFATTANDE KOMMENTARER

Inom projektet har även inverkan av hastigheten och geografiska läget (klimatet) studerats genom provplattor utplacerade på vägen. Om körhastigheten t. ex. ökar från 75 till 100 km/t ökar slitaget med 33 % för HABT16 och 39 % på en HABTlZ massa. Däremot konstaterades ingen större skillnad i relativt slitage mellan plattor utplacerade i södra och norra Sverige. Vintrarna var dock mycket milda under mätperioden.

Inom andra verksamheter på VTI har inverkan av dubbtyp (Gustafson K) och betongbelägg-ningar (Hultqvist B-Ä) studerats. Enligt en undersökning i provvägsmaskinen nöter lättvikts-dubb bara hälften så mycket jämfört med tyngre hårdmetalllättvikts-dubb. Ett nyligen avslutat försök med betong- och asfaltplattor i PVM visar att våtslitaget är större än torrslitaget men skillnaden varierar beroende på beläggningstyp och stenmaterial. De försök som hittills gjorts i PVM visar inte på någon större principiell skillnad i slitstyrka mellan asfalt- och betongbeläggning. Det är stenmaterialets kvalitet, sammansättning och maximala stenstorlek som har en avgörande betydelse för beläggningens slitstyrka oavsett om det handlar om cementbetong eller asfalt.

I bild 24 ges en sammanställning över olika beläggningstypers resistens mot dubbtraflk. Resultaten kommer från försök i PVM. De stenmaterial som ingår har slipvärden resp och kulkvarnsvärden på 1 2,4 resp 4 - 13. Skillnaden mellan sämsta och bästa beläggning är ungefär en faktor på 5, dvs HABT12 med glimmem'k gnejs slits fem gånger mer än HABSI6 med porfyr.

En sammanställning över olika faktorers inverkan på dubbavnötningen ges i bild 25. En upp-skattning av betydelsen anges inom parentesen. Stenmaterialkvaliteten är utan tvekan den enskilda parameter, tillsammans med andelen grovt stenmaterial, som har den största betydelsen för asfaltbeläggningens förmåga att motstå dubbavnötning. De bästa beläggningama är idag förmodligen upp till fem gånger slitstarkare än de'beläggningar som förekom i mitten av 80-talet och kanske ända upp till tio gånger starkare än de som förekom mot slutet av 60 talet när dubbdäcken introducerades på marknaden. Utvecklingen mot slitstarkare beläggningar har således varit stor, främst under senare år, beroende på ökad förståelse för stenmaterialets stora betydelse i asfaltbeläggningar.

De samlade erfarenheterna från detta och även andra projekt inom VTI kommer att ligga till grund för utvecklingen av prognosmodeller (L-G Wågberg, T Jacobson) med inriktning på dubbavnötningen. Tanken är att modellen skall kunna användas för predikering av livslängd, kostnadsjämförelser, värdering av anbud etc. Slitagemodellen kommer att underlätta

31

(optimera) valet av "rätt" beläggningstyp och kvalitet för "rätt" typ av väg vilket förmodligen leder till mer kostnadseffektiva åtgärder än idag. Vi får inte heller misshushålla med våra mest värdefulla stenmaterialresurser utan de skall användas där det är befogat.

Avslutningsvis ges i bild 26 korrelationen mellan olika provningsmetoder inriktade på att mäta slitagestyrkan hos beläggningen eller stenmaterialet och dubbavnötningen från provplattor på vägen. I de flesta fall uppvisar metoderna bra samband mot slitaget på vägen. Kulkvarnen t. ex. korrelerar bättre med vägen än slipvärdet, framför allt när finkorniga, hårda stenmaterial, typ porfyrer och kvartsiter testas. Av den anledningen rekommenderas kulkvarn vid valet av högkvalitativ ballast till asfaltbeläggning.

3 & \\\§

:: 2

X X X

X

%

Xääå

§§§§

XXXXXX

XXXXXXX

XX

. _ XXIXXIXXÄLXIXX-XXXXäkaXlexX-XXIXX

Bild 24. Inverkan av beläggningstyp. Beläggningstyp: Tät asfaltbetong, skelettasfalt och cementbetong. Försök i PVM.

Bild 25. Sammanställning över de faktorer som påvekar dubbslitaget. Inom parentesen görs ett försök till kvantifiering av betydelsen.

Materialtekniska faktorer:

- Stenmaterialkvalitet (mycket stor)

- Stenhalt (mycket stor)

- Största stenstorlek (ibland stor)

Massatyp (mycket stor) - Bindemedelstyp (mindre stor) Produktionsbetingade faktorer:

Krossningsproceduren - Kubisering (ibland stor) Packningsgrad Hålrum (ibland stor)

Yttre faktorer:

Trafikmängd och dubbfrekvens (mycket stor)

- Hastighet (stor)

Däck och dubbtyp (stor) - Vägbredd (ibland stor)

Klimat (mindre stor stor)

Bild 26. Sammanställning över korrelationen mellan provningsmetoder och dubbslitaget på

vägen.

Beläggningstyper:

HABT12-16 och HABS 8-20 Vägslitage: 2 3 år

Provvägsmaskinen vägen: r = 0,96-O,98

Tröger-vägen: r = O,68-0,99

PWR-vägen: r = O,88-O,97

Prall-vägen: r = O,89-O,96

Slipvärde vägen: r = O,84-O,90

33

6.

REFERENSER

VTI Notat V197, Asfaltbeläggningars nötningsegenskaper . Försök i VTIs provvägsmaskin och laboratorieprovning enligt Tröger och PWR, 1992. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V210, Dränerande asfaltbetong - drifts och underhållsfrågor, lägesrapport 1992-12,

1992. Lars-Göran Wågberg.

VTI Meddelande 732, Undersökning av slitlagerbeläggningars resistens mot dubbade däck. Försök i VTIs provvägsmaskin, Projekt VVÄ, slutrapport. 1994. Torbjörn Jacobson.

VTI Rapport 377, Prov med lättare däckdubb i VTIs provvägsmaskin, 1992. Kent Gustafson. VTI Notat V107, Asfaltbeläggningars nötningsresistens, 1989. Lars-Göran Wågberg, Sven Olof Hj almarsson.

VTI Notat V131, Avnötningsmätningar på beläggningsplattor i E län och O-län vintern 1989/90, 1990. Lars-Göran Wågberg.

VTI Notat V132, Avnötningsmätningar på beläggningsplattor vid Wårby och Upplands-Väsby vintern 1989/90, 1990. Lars Göran Wågberg.

VTI Notat V150, Avnötningsmätningar på beläggningsplattor vintern 1990/92, 1991. Lars-Göran Wågberg, Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V162, Asfaltbeläggningars nötningsresistens. Provplattor 1990. Lägesrapport 91-12, 1991. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V198, Avnötningsmätningar på provplattor vintern 1991/92, 1992. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat 8/93, Asfaltbeläggningars nötningsresistens. Beläggningsplattor vid E4 Salem, Häggvik och Upplands-Väsby. Lägesrapport 1993, 1993. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat 15-93, Kalkstensflller i asfaltbeläggning. Laboratorie- och provvägsförsök med beläggningsplattor, 1993. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V113, Slitlager med polymermodiflerade bindemedel. Provväg E3/ElS, Örebro Arboga. Lägesrapport 89.10, 1989. Torbjörn Jacobson.

VTI NOtat V136, Slitlager med polymermodiflerade bindemedel. Provväg E3/ElS, Örebro Arboga. Lägesrapport 90.12, 1990. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V173, Slitlager med polymermodiflerade bindemedel. Provväg E3/E18, Örebro Arboga. Lägesrapport 92.02, 1992. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V152, Slitlager med dränerande asfaltbetong och polymermodiflerade bindemedel. Provväg E3, Göteborg. Byggnadsrapport och första årets mätningar, 1991. Torbjörn Jacobson. VTI Notat 14-93, Provvägsförsök med modifierade bindemedel i dränerande asfaltbetong, E20 Partille. Lägesrapport 1993, 1993. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V159, Dränerande asfaltbetong. Slutrapport provväg på E4 i Gävleborgs län,

199 l . Lars-Göran Wågberg.

VTI Notat V230, Dubbavnötning på provsträckor med skelettasfalt. E6 Göteborg, delen Kallebäck Äbro, 1993. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V231, Slitagemätning, Linköping, 1993. Torbjörn Jacobson.

VTI Notat V234, Provsträckor med bindemedlet Multigrade i skelettasfalt, E4 Norrköping, 1993. Torbjörn Jacobson.

VTI Meddelande 653, Provväg av cementbetong vid Arlanda 1990, 1991. Bengt-Åke

Hultqvist, Bo Carlsson.

VTI Notat V233, Provväg av cementbetong vid Arlanda 1990, delrapport, tillståndsuppföljningar 1990 93, 93-12. Bengt-Åke Hultqvist, Bo Carlsson.

VTI Notat V202, Specialistseminarium, beläggningsslitage, 1992. Peet Höbeda.

VTI Särtryck 193, Wear resistance of bituminous mixes to studded tyres A novel approach to field measurements and correlation with VTIs traffic simulator, 1993. Torbjörn Jacobson.

35

VTI Notat 20-1994, Vägslitage till följd av dubbdäck. Registrering på 7 beläggningsobjekt

vintrarna 1989-1991, 1994. Kent Gustafson och Per Centrell.

VTI Notat 46-1994, Kommunala beläggningar. Undersökning av asfaltbeläggningars resistens mot dubbade däck i VTIs provvägsmaskin, 1994. Torbjörn Jacobson och Lars-Göran

Wågberg.

VTI Notat 47 1994, Undersökning av slitstyrkan och ljusretIektionsegenskaper hos vägbeläggning. Försök i VTIs provvägsmaskin. Projekt RYT, 1994. Torbjörn Jacobson