Kall återvinning av asfaltbeläggning : provvägförsök i Värmland

VT1 meddelande

Nr 764 - 1995 .

all återvinning av asfaltbeläggning

rovvägsförsök i Värmland - tre års erfarenheter

orbjörn Jacobson

Väg- och transport-forskningsinstitutet

V T 1 meddelande

Nr 764 +- 1995

Kall återvinning av asfaltbeläggning

Provvägsförsök i Värmland - tre års erfarenheter

Torbjörn Jacobson div Väg- och transport-forskningsinstitutet ä Omslagsbild: VT!

Utgivare: Publikation: VTI Meddelande 764 Utgivningsår: Projektnummer: Väg- och transport- 1995 60098 fforskningsinstitutet +-581 95 Linköping Projektnamn: Kall återvinning Författare: Uppdragsgivare:

Torbjörn Jacobson Vägverket

Titel:

Kall återvinning av asfaltbetong. Provvägsförsök i Värmland.

Referat (bakgrund, syfte, metod, resultat) max 200 ord:

Intresset för kallblandade asfaltmassor har ökat på senare år beroende på de miljömässiga och ekonomi-ska fördelar som tekniken erbjuder och inte minst av att tillgången till fräs- och uppgrävda massor mar-kant ökat mot tidigare.

Föreliggande lägesrapport redovisar ett provvägsförsök på riksväg 63, Värmland. Försöket omfattar sam-manlagt nio provsträckor, sex med verksblandade återvinningsmassor och tre referenser med nytillverkad varmblandad asfaltmassa av varierande tjocklek. Återvinningsmassorna testas både som slitlager och som bärlager.

Provvägsförsöket är inriktat mot laboratorieprovning av asfaltgranulat, utförandeteknik och långsiktig uppföljning av provvägen.

Laboratorieprovningarna är dels inriktade på karakterisering av gammal asfalt, dels på funktionellt in-riktade provningar av mekaniska egenskaper och beständighet. Provpreparering och proportionering be-handlas också. De mekaniska egenskaperna har undersökts genom stabilitet enligt Marshall och dyna-misk kryptest, pressdraghållfasthet och styvhetsmodul. Beständighetstesterna omfattar känsligheten för vattenmättning och frys-töväxlingar. Ett av syftena med undersökningen är att studera relevansen i nämn-da provningar genom provvägsförsök.

Uppföljningen av provvägen omfattar spårutveckling, bärighet, jämnhet, textur och friktion, provtagning och tester av borrkärnor för bedömningen av materialets tillstånd och utveckling samt okulär besiktning av vägen.

Efter drygt två års uppföljning är det för tidigt att dra några mer långtgående slutsatser av försöket men vissa tendenser kan redan skönjas. Resultaten från förprovningen på laboratoriet, som är en viktig del av undersökningen, stämmer hittills väl överens med resultaten från vägen. De provningsmetoder som ingår i förundersökningen verkar på ett bra och realistiskt sätt beskriva och rangordna de egenskaper som er-hållits från fältmätningarna. Egenskaper som hittills visat sig kritiska är stabilitet och beständighet.

Sökord: (Dessa ord är från IRRD tesaurus utom de som är markerade med *.)

ISSN: Språk: Antal sidor:

Publisher: Publication:

VTI Meddelande 764

Published: Project code:

Swedish Road and 1995 60098

g Transport Research Institute

-S-581 95 Linköping Sweden Project:

Cold recycling

Author: Sponsor:

Torbjörn Jacobson Swedish National Road Administration

Title:

Cold recycling of reciaimed asphalt concrete. Test road in Värmland.

Abstract (background, aims, methods, results) max 200 words:

Interest in cold recycling of asphalt pavements has increased in recent years, owing to the environmental and economic advantages of the technique and in particular the considerably increased availability of milled and broken up pavement material.

This status report describes an experiment conducted on a stretch of Road 63, Värmland. The experiment comprises a total of nine test sections, six with recycled asphalt and three controls with newly manufac-tured hot mix asphalts with varying thickness. The recycled asphalt was tested both as wearing course and as base course.

The test road experiment is oriented towards laboratory tests of reciaimed asphalt concrete, laying tech-nique and long term observation of the test road.

The laboratory tests are oriented partly at analysis of the reciaimed aphalt concrete, and partly at function tests of mechanical properties and durability. Sample preparation and mixing are also described. The mechanical properties have been studied with the Marshall and dynamic creep test for stability, indirect tensile strength and resilient modulus. The durability tests comprise susceptibility to water saturation and freeze-thaw cycles. One of the purposes of the investigation is to study the relevance of these tests by means of test road experiments.

The follow-up of the test road comprises the development of rutting, bearing capacity, evenness, texture and skid resistance, sampling and tests of cores for assessment of material status and development, and ocular inspection of the road.

After just over two years! follow-up, it is too early to draw any far reaching conclusions from the experiment, although certain tendencies can already be distinguished. The results from pilot tests in the laboratory, which are an important part of the investigation, are so far in good agreement with the results from the road. The test methods used in the pilot investigation appear to give a good representation and ranking of the properties obtained from the field measurements. The stresses that have so far proved critical are stability and durability.

Keywords: (All of these terms are from the IRRD Thesaurus except those marked with an *.)

ISSN: Language: No. of pages:

FÖRORD

I samband med utveckling av provnings- och produktionsmetoder för kall återvinning av asfaltmaterial har ett provvägsförsök genomförts på Rv 63, mellan Filipstad och Hällefors.

Undersökningen har finansierats av Vägverket, Division Väg & Trafik. Kontaktmän inom Vägverket har varit Rune Fredriksson och Svante Johansson medan Torbjörn Jacobson varit projektledare på VTT. Från VTIs sida har också Lennart Djärf och Peet Höbeda medverkat vid utvärderingen av resultaten. Fäilt-och laboratorieprovningen har bl a gjorts av Karl-Axel Thörnström Fäilt-och Fredrik Nilsson. Linköping i juni 1995 NJ_ _a mer * % I Mä* _ > am . Torbjörn Jacobson VTI MEDDELANDE 764

INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sida

Sammanfattning I

Summary IV

1. Inledning och bakgrund 1

2. Syfte 3

3. Beskrivning av provvägen 4

3.1 Läge och trafik 4

3.2 Provsträckor 4

3.3 Recept 6

3.4 Fräsgranulatet 7

3.5 Bindemedlet 7

4. Förprovning - laboratorieprovning av asfaltgranulat 8 4.1 Karakterisering av asfaltgranulatet (gammal beläggning) 9 4.2 Proportionering och mekaniska egenskaper 10

5. Provvägens utförande 21

5.1 Utläggning av bärlagergrus 21

5.2 Tillverkning av återvinningsmassor 21 5.3 Utläggning av återvinningsmassor 23

5.4 Referenssträckor 24

6. Material och utförandekontroll 26

6.1 Bitumenemulsion 26

6.2 Asfaltmassa 20

6.3 Vatteninnehåll 29

6.4 Temperatur och väderlek 30

6.5 Spårbildning - initialt 31 7. Uppföljning av provvägen 33 7.1 Spårutveckling 33 7.2 Laser-RST 35 7.3 Friktion 39 7.4 Fallviktsmätning 39 VTI MEDDELANDE 764

7.5 Borrkärnor 7.6 Besiktning

8. Jämförelse borrkärnor - förprovning

9. Diskussion och kommentarer

10. Referenser

Bilagor:

Bilaga 1: Tvärprofiler (Primal) hösten 1994 Bilaga 2: Fallviktsmätning hösten 1994

Bilaga 3: Laboratorieprovning borrkärnor, hösten 1994

VTI MEDDELANDE 764 43 49 54 58 62

Kall återvinning av asfaltbetong. Provvägsförsök i Värmland.

av Torbjörn Jacobson

Statens Väg- och Transportforskningsinstitut (VTT) 58195 LINKÖPING

Sammanfattning

Intresset för kallblandade asfaltmassor har ökat på senare år beroende på de miljö-mässiga och ekonomiska fördelar som tekniken erbjuder och inte minst av att till-gången till fräs- och uppgrävda massor markant ökat mot tidigare. Nya typer av emulsioner och bättre blandningsutrustningar har också givit tekniken "en skjuts" framåt. På senare år har flera olika tekniker etablerats runt om i landet. Eftersom tekniken är förhållandevis ny är erfarenheterna ännu så länge begränsade, både utomlands och i Sverige.

Föreliggande lägesrapport redovisar ett provvägsförsök på väg 63, mellan Filipstad och Hällefors, i Värmland. Försöket omfattar sammanlagt nio prov-sträckor, sex med verksblandade återvinningsmassor och tre referenser (MABT och AG) med nytillverkad varmblandad asfaltmassa av varierande tjocklek.

Ätervinningsmassorna testas både som slitlager (MABÄ), tre sträckor, och som

bärlager (AGÅ), tre sträckor.

Provvägsförsöket är inriktat mot laboratorieprovning av asfaltgranulat,

utförande-teknik och långsiktig uppföljning av provvägen.

Laboratorieprovningarna är dels inriktade på karakterisering av asfaltgranulatet,

dels på funktionellt inriktade provningar av mekaniska egenskaper och

beständig-het. Provpreparering och proportionering behandlas också. De mekaniska

egen-skaperna har undersökts genom stabilitet enligt Marshall och dynamisk kryptest,

pressdraghållfasthet och styvhetsmodul. Beständighetstesterna omfattar

känslig-heten för vattenmättning och frys-töväxlingar. Några olika packningsmetoder för

tillverkning av provkroppar studeras. Ett av syftena med undersökningen är att

studera relevansen i nämnda provningar genom provvägsförsök.

Vid byggandet av vägen kontrollerades bindemedelshalt och kornkurva i

åter-vinningsmassorna, egenskaper hos återvunnit bindemedel, bitumenemulsionen,

hålrumshalt och pressdraghållfasthet på instampade provkroppar, avdunstningen

av vatten i utlagd massa och spårbildningen initialt. Avsedd mängd nytt

binde-VTI MEDDELANDE 764

medel blev som planerat (1,5 - 4,0 vikt-% emulsion) för de olika provsträckorna. Massorna gick bra att tillverka, lägga ut och packa men massan med 4,0 vikt-% emulsion var "trög" att lägga ut. Vattnet i nylagda massor avdunstade mycket snabbt i den varma väderleken och beläggningen stelnade (härdade) därför snabbt. Stabiliteten hos nylagda massor var bra, även vid de högre emulsionshalterna, trots mycket varmt väder som ledde till att ytan blev mjuk (viskös). Spårbild-ningen initialt var ringa.

Uppföljningen av provvägen omfattar spårutveckling, bärighet, jämnhet, textur och friktion, provtagning och tester av borrkärnor för bedömningen av materialets tillstånd och utveckling samt okulär besiktning av vägen.

Efter drygt två års uppföljning är det för tidigt att dra några mer långtgående slut-satser av försöket men vissa tendenser kan redan skönjas. Resultaten från förprov-ningen på laboratoriet, som är en viktig del av undersökförprov-ningen, stämmer hittills väl överens med resultaten från vägen. De provningsmetoder som ingår i förunder-sökningen verkar på ett bra och realistiskt sätt beskriva och rangordna de egen-skaper som erhållits från fältmätningarna. Egenegen-skaper som hittills visat sig kritiska är stabilitet och beständighet.

Uppföljningen av provvägen tyder i detta fall på att återvinningsmassor som bär-lager (AGÅ) erhåller optimala egenskaper vid inblandning av 1 - 2 vikt-% bitu-menemulsion. Högre bindemedelshalter medför ökad risk för spårbildning och sämre lastfördelande förmåga hos lagret. Enbart inblandning av vatten (utan nytt bindemedel) medför att materialet får dålig beständighet enligt tester på laboratorietillverkade provkroppar av asfaltgranulat och borrkärnor från vägen. Resultaten har verifierats genom att skador (sprickor) uppkommit på vägen redan efter två vintrar.

Vidare konstateras att återvinningsmassor som slitlager (MABÅ) i detta fall er-håller optimala egenskaper vid inblandning av 2 - 3 vikt-% bitumenemulsion. Högre bindemedelshalter medför ökad spårbildning med risk för plastiska defor-mationer och sämre hållfasthet hos materialet medan lägre bindemedelshalt riske-rar att ge materialet för dålig beständighet.

Återvinningssträckornas egenskaper och utseende påverkas markant av binde-medelshalten. De bästa återvinningssträckorna uppvisar bra vägyteegenskaper,

jämförbara med referenserna av konventionell varmblandad asfalt med undantag för jämnheten i längsled, IRIT-värdet, som överlag är sämre. Återvinnings-sträckorna erhåller IRI-värden på 1,8 - 2,0 mm/m medan referenserna hamnar på ca 1,5 mm/m. IRI-värdet verkar inte påverkas av mängden nytt bindemedel i as-faltgranulatet. Risken för spårbildning är starkt beroende av bindemedelsinnehållet i återvinningsmassorna. De bästa återvinningssträckorna, de med lägst emul-sionskvot, uppvisar en spårutveckling på 2 - 4 mm efter drygt två års trafik enligt RST-mätning. Vid högre bindemedelsinblandning, i detta fall 4 vikt-% emulsion, ökar spårbildningen markant och plastiska deformationer kan uppkomma. Under-sökningar av borrkärnor visar att återvinningsmassorna med tiden erhållit en be-tydande efterpackning och att hålrumshalten efter två år i en del fall ligger på en oväntat låg nivå, mellan 1 - 10 vol-% i hjulspåren.

Återvinningssträckorna erhåller större deflektioner (lägre bärighet) jämfört med referenssträckorna av MABT och AG enligt fallviktsmätning.

Ätervinnings

sträckorna har dock haft en gynnsam utveckling medan referenserna uppvisar

mot-satt resultat, lägre bärighet med tiden. Återvinningssträckorna bedöms dock inte

ha sämre bärighet än andra jämförbara alternativ inom kallsidan, t ex

emulsions-betong eller mjukbitumen (halvvarm teknik).

Sammanfattningsvis visar provvägen att återvunna kalla asfaltmassor genom

in-blandning av ett nytt bindemedel kan erhålla relativt bra egenskaper och fungera

väl som slit- och bärlager på låg till medeltrafikerade vägar. Innan en slutlig

be-dömning görs måste dock en längre tidsperiod studeras så att de faktorer som är

kopplade till klimatet, åldringen av beläggningen och trafikpåkänningen kan få

mera tid att verka.

IV

Cold recycling of reciaimed asphalt concrete. Test road in Värmland.

by Torbjörn Jacobson

Swedish Road and Transport Research Institute (VTT) S-581 95 LINKÖPING, Sweden

Summary

Interest in cold recycling of asphalt pavements has increased in recent years, owing to the environmental and economic advantages of the technique and in particular the considerably increased availability of milled and broken up pavement material. New types of emulsion and better mixing equipment have also given impetus to the technique. In recent years, several different techniques have become established in Sweden. Since the technique is comparatively new, experience is so far limited, both in Sweden and abroad.

This status report describes an experiment conducted on a stretch of Road 63 between Filipstad and Hällefors in Värmland. The experiment comprises a total of nine test sections, six with recycled asphalt and three controls with newly manufactured hot mix asphalts with varying thickness. The recycled asphalt was tested both as wearing course on three sections and as base course on three sections.

The test road experiment is oriented towards laboratory tests of reciaimed asphalt concrete, laying technique and long-term observation of the test road.

The laboratory tests are oriented partly at analysis of the reciaimed asphalt concrete, and partly at function tests of mechanical properties and durability. Sample preparation and mixing are also described. The mechanical properties have been studied with the Marshall and dynamic creep test for stability, indirect tensile strength and resilient modulus. The durability tests comprise susceptibility to water saturation and freeze-thaw cycles. A number of compaction methods for manufacturing specimens are being studied. One of the purposes of the investigation is to study the relevance of these tests by means of test road experiments.

During the construction of the road, checks were made on binder content and grading curve in the recycled asphalt, the properties of recovered binder, bitumen emulsion, voids ratio and indirect tensile strength of compacted specimens, water

evaporation in laid asphalt and initial rutting. The intended quantity of new binder was as planned (1.5-4.0% by weight of emulsion) for the various test sections. The asphalt was easy to manufacture, lay and compact. The water in newly laid asphalt evaporated very quickly in the hot weather and the pavement stiffened (hardened) rapidly. The stability of the newly laid asphalt was good, even at high emulsion contents, despite very warm weather which caused the surface to soften. Rutting was initially limited.

The follow-up of the test road comprises the development of rutting, bearing capacity, evenness, texture and skid resistance, sampling and tests of cores for assessment of material status and development, and ocular inspection of the road.

After just over two years! follow-up, it is too early to draw any far-reaching conclusions from the experiment, although certain tendencies can already be distinguished. The results from pilot tests in the laboratory, which are an important part of the investigation, are so far in good agreement with the results from the road. The test methods used in the pilot investigation appear to give a good representation and ranking of the properties obtained from the field measurements. The stresses that have so far proved critical are stability and durability.

The follow-up of the test road indicates in this case that the recycled asphalt as a biturminous base achieves optimal properties with a mix of 1-2% by weight of bitumen emulsion. Higher binder contents increase the risk of rutting and poorer bearing capacity. The addition of water alone (without any new binder) leads to poor durability of the material according to tests on laboratory manufactured specimens of asphalt granules and cores from the road. The results have been verified since damage (cracking) has occurred in the road after only two winters.

It has also been found that recycled asphalt as a wearing course achieves optimal properties with the addition of 2-3% by weight of bitumen emulsion. Higher binder contents lead to increased rutting and the risk of plastic deformations and lower strength of the material, while lower binder contents lead to a risk of poor durability.

The properties of the sections laid with recycled asphalt are affected noticeably by the binder content. The best sections of this type show good surface properties, comparable with the control sections of conventional hot mix asphalt, with the

VI

exception of longitudinal evenness, the IRI value, which is generally poorer. The recycled sections obtain IRI values of 1.8-2.0 mm/m, while the controls have values of about 1.5 mm/m. The IRI value does not appear to be influenced by the quantity of new binder in the asphalt granules. The risk of rutting is highly dependent on the binder content in the recycled asphalt. The best recycled sections, those with the lowest emulsion ratio, show 2-4 mm rutting after just over two years traffic, according to RST (Road Surface Tester vehicle) measurements. With higher binder contents, in this case 4% by weight of emulsion, rutting increases markedly and plastic deformations may occur. Investigations of cores show that the recycled asphalt gradually obtains a considerable compaction and that the voids content after two years is in some cases on an unexpectedly low level, between 1 and 10% by volume in the wheel tracks.

The recycled sections show lower bearing capacity compared with the control sections according to falling weight deflectometer measurements. However, the recycled sections showed a good development of bearing capacity, while the opposite applied to the controls, which showed poorer bearing capacity with time. On the other hand, the recycled sections are not considered to have poorer bearing capacity than other comparable alternatives in cold mixes, such as bitumen emulsion concrete or hot mix with soft bitumen.

To sum up, the test road shows that recycled cold asphalt with the addition of new binder can achieve relatively good properties and perform satisfactorily as a wearing course and base course on roads with small or average traffic volumes. Before a final assessment is made, however, observations must be made over a longer period so that the factors linked with climate, pavement ageing and traffic stresses can have more time to act.

1. Inledning och bakgrund

Sommaren 1992 byggdes en större provväg med kall återvinning av frästa asfalt-massor på väg 63, delen Yngshyttan - Saxån, mellan Filipstad och Hällefors. Prov-vägen initierades från början inom ett SBUF-projekt (ref. 12) som behandlade kall återvinning av asfaltgranulat men kom att genomföras av Vägverket och VTI som också ansvarade för planeringen och uppläggningen av försöket. Finansieringen stod Vägverket för.

Den äldre vägen hade innan åtgärd omfattande krackeleringar och var i behov av både beläggningsunderhåll och förstärkning. Förundersökningar av vägen visade att främst bärlagergruset hade fel sammansättning och dessutom var för tunt (ref. 6). En åtgärd som då bedömdes intressant att prova var att efter bortfräsning av den gamla beläggningen påföra ett nytt bärlagergrus och efter "uppfräschning" lägga tillbaka det gamla asfaltmaterialet på vägen igen, både som bär- och slitlager. Mot den bakgrunden bedömdes väg 63 vara ett lämpligt provningsobjekt för att studera den kalla återvinningsteknikens möjligheter i samband med förstärkning av äldre, nedslitna vägar.

Intresset för återvinning (kallt men även halvvarmt och varmt) av asfaltbelägg-ningar har ökat på senare år beroende på de miljömässiga och ekonomiska fördelar som tekniken erbjuder och inte minst på att tillgången till fräs- och uppgrävda massor markant ökat mot tidigare. Nya typer av emulsioner och bättre blandnings-utrustningar har också givit tekniken "en skjuts" framåt. På senare år har flera olika tekniker etablerats runt om i landet (t ex Ecoasfalt, ref. 5). De enklaste teknikerna innebär att asfaltgranulatet, efter vattning men utan inblandning av nytt bindemedel], läggs ut på grusvägar som ett kombinerat bär- och slitlager, eventuellt med förseglad yta. Förädlade processer har dock blivit allt vanligare i takt med att produktionsmetoderna har förbättrats. De mer förädlade metoderna går ut på att ett nytt bindemedel inblandas i asfaltgranulatet, vanligtvis i ett transportabelt kall-blandningsverk. Processen kan ske helt kallt, dvs asfaltgranulatet behandlas utan uppvärmning eller genom att asfaltgranulatet värms upp något (halvvarma meto-den, ca 70%C). Återvinningsmassorna läggs då ut som ett mer högkvalitativt bär-eller slitlager. Asfaltgranulatet brukar i de sammanhangen krossas/malas och siktas. Ibland tillsätts också nytt stenmaterial, liksom vatten för att bl a förbättra bland-nings- och utläggningsegenskaperna. Återvinningsmassor av asfalt läggs vanligtvis ut på lågtrafikerade vägar (©2000 fordon) men allteftersom tekniken förfinats och utvecklats har också större vägar kommit i fråga (ÅDT, 3000 fordon).

Det är viktigt att belysa att kall återvinning av asfaltmaterial är en mycket resurs-och energisnål teknik med många miljömässiga fördelar. Den anses miljövänligare än t ex varm återvinning, både för personal och omgivande natur, beroende på att rökgaser undviks. Den är vidare flexibel och passar bra för småskalig verksamhet samt tar till vara ett restmaterial som annars måste deponeras. På så sätt svarar återvinningstekniken till hundra procent upp mot Vägverkets krav på kretslopps-tänkande och resurshushållning. Även Kommunförbundet rekommenderar kall återvinning eftersom tillgången på gammal asfalt är stor inom kommunerna. De nackdelar som diskuterats är att biturnenemulsioner är kemikaliekrävande (t ex de innehåller vidhäftningsmedel) och att gammal asfalt deponeras i upplag med eventuell risk för urlakning. Ingenting har dock hittills framkommit att urlakning från asfaltupplag skulle vara ett miljöproblem (ref. 13).

VTlIs verksamhet inom området har hittills varit inriktad på provningsmetoder för att bedöma asfaltgranulatets egenskaper, främst de mekaniska (ref. 1), på provtag-ning av gammal beläggprovtag-ning eller fräsmassor i upplag (ref. 2) och på provvägs-försök (ref. 3, 4, 5). Preparering av provkroppar, proportionering, hållfasthets-provning och vattenkänslighet är exempel på parametrar som ingått i laboratorie-studierna. Erforderlig mängd nytt bindemedel i asfaltgranulatet har på så sätt kunnat bedömas.

Eftersom tekniken med kall återvinning av asfaltgranulat är förhållandevis ny är er-farenheterna ännu så länge begränsade, både utomlands och i Sverige. Antalet dokumenterade försök är få varför "forskningspotentialen" inom området är stort. Erfarenheter från andra närliggande områden inom kalltekniken kan dock tillgodo-göras, t ex inom asfaltemulsionsbetong, oljegrus och mjukbitumen.

I detta Meddelande behandlas huvudsakligen hittills funna erfarenheter från provvägen vid Saxån. Rapporten är en sammanställning över hela försöket, dvs förprovningar, utförandekontroll och drygt två års uppföljningar. Tidigare resultat, tex byggandet av provvägen och första årets uppföljningar finns utförligare redovisade i ett par lägesrapporter från 1993 och 1994 (ref. 6 och 7).

2. Syfte

Det finns flera syften med provvägen. Det kanske viktigaste är att bedöma relevan-sen av de provningsmetoder som ingår i laboratoriedelen. En procedur för pro-portionering har bl a tagits fram. Den bygger på att laboratorietillverkade prov-kroppar testas vid olika bindemedelshalter. Vid testerna undersöks bl a de meka-niska egenskaperna och beständigheten. Ett annat viktigt område är att kartlägga vilka parametrar som har betydelse och bör ingå i karakteriseringen av asfaltgranu-latet.

Provvägsförsök ger också bra möjligheter till studier av utförandetekniken, vilket är viktigt vid ny teknik.

Målsättningen med försöket var vidare att hela asfaltgranulatet skulle återvinnas med konventionella utrustningar vilket innebar att de utrustningar som fanns för annan typ av kallteknik skulle användas, t ex samma typ av verk och läggare som förekommer inom oljegrus- eller mjukbitumenhanteringen. Önskemålet var vidare att tekniken skulle hållas på en "rimlig" nivå för att inte åtgärden skulle bli allt för kostnadskrävande. Erfarenheter har visat att ny teknik antingen måste vara billigare eller bättre än etablerad om den skall slå igenom.

Provvägen ingår också i VTIs program med observationssträckor. Det innebär att provvägen kommer att följas upp tills nästa åtgärd. Därmed kommer på sikt fråge-ställningar som berör t ex livslängd, hållbarhet, standard etc att belysas genom det stora jämförande material som finns tillgängligt.

Sammanfattningsvis kommer försöket att ha stort allmänt värde för hela "branschen" eftersom behovet av "rejäla" provvägar är stort inom hela kallteknik-området. Tidigare undersökningar har ofta varit av "ad hoc" karaktär.

3. Beskrivning av provvägen

3.1 Läge och trafik

Provvägen är belägen på väg 63, delen Yngshyttan - Saxån, som ligger mellan Filipstad och Hällefors. Årsmedeldygnstrafiken, ÅDT,, var 1540 fordon enligt tra-fikmätning från november 1993 (Vägverket). Andelen tunga fordon var 13 %. Om-givningen består av kuperad skogsterräng. Provsträckorna ligger på en raksträcka med till synes homogena terrängförhållanden. Vägen är ca 8 m bred.

3.2

Provvägen omfattar sex provsträckor med återvinningsmassor och nytt obundet bärlagergrus samt ytterligare tre referenssträckor med konventionell varmmassa. Tre av provsträckorna innehåller 100 kg (ca 5 cm) återvinningsmassa som bärlager (AGÅ) med 80 kg (ca 4 cm) återvinningsmassa som slitlager (MABÅ). De andra tre provsträckorna innehåller 100 kg återvinningsmassa som bärlager (AGÅ) med 80 kg nytillverkat slitlager, MABT16. I samtliga sträckor med återvinningsmassor ingår 10 cm nytt bärlagergrus.

Referenssträckorna består av AG16 resp AG25 med MABT16 som slitlager. Be-läggningen lades direkt på den gamla vägbanan (obs, inget nytt bärlagergrus).

Sträckornas placering, sammansättning och uppbyggnad framgår av figurerna 1 och 2.

900 m 800 m 700 m 600 m 500 m 400 m 300 m 200 m 100 m 0 m Figur 1 VTI MEDDELANDE 764 80MABT16 60AG16 Hällefors 80MABT16 120AG25 80MABT16 180AG25(2 lager) 80MART16 100AGA(5,0% vatten) 10 cm GBL 80MABT16 100AGA(3,0% BE60/2200) 10 cm GBL 80MABT16 100AGA(1,5%BEG0/2200) 10 cm GBL 8OMABÅ(4,0%BEG0/2200) 100AGÅ(1,5%BEG0/2200) 10 cm GBL 8OMABÅ(3,0%BEG0/2200) 100AGA(1,5%BEG60/2200) 10 cm GBL , Filipstad 80MABA(2,0%BE60/2200) 100AGA(1,5%BEG0/2200) 10 cm GBL

Provsträckor vid väg 63, delen Yngshyttan - Saxån. Sträckorna 1 - 6 omfattar kall återvinning, sträckorna 7 - 9 är referenser.

3.3

_Strackqwl _ _Stracka _2 _ Stracka3 _ Strac 04 Stracka 5

Strackaö

6_

sträckorna 1 - 6.

Recept

Recepten framgår av tabell 1.

10cm GBL

10cm GBL

10cm GBL

10cm GBL

10cm GBL

10cm GBL

__ _ nytt __ __ _ _ Inytt __ _ |_ _ _ _nytt_ _ _ | _ _ _nytt_ _ _ | _ _ _ nytt __ |_ _ _ nytt __ _

GBL

GBL

GBL

GBL

GBL

GBL

__gammalt

gammalt

gammalt

gammalt

gammalt

gammalt

Figur 2

Schematisk bild över provsträckorna med återvinningsmassor,

Tabell 1

Recept, provsträckor, väg 63.

Sträcka

Slitlager

Bärlager

1

80 kg MABÅ

100 kg AGÅ

2,0 % BE6G0/2200 + 1,5 % vatten

1,5 % BE60/2200 + 2,0 % vatten

2

80 kg MABÅ

100 kg AGÅ

3,0 % BE60/2200 + 1,5 % vatten

1,5 % BE60/2200 + 2,0 % vatten

3

80 kg MABÅ

100 kg AGÅ

4,0 % BE60/2200 + 1,5 % vatten

1,5 % BE60/2200 + 2,0 % vatten

4

80 kg MABT16

100 kg AGÅ

1,5 % BE60/2200 + 1,5 % vatten

5

80 kg MABT16

100 kg AGÅ

3,0 % BEG60/2200 + 1,0 % vatten

6

80 kg MABT16

100 kg AGÅ

5,0 % vatten (ej bindemedel)

7 (ref)

80 kg MABT16

180 kg AG25

8 (ref)

80 kg MABT16

120 kg AG25

9 (ref)

80 kg MABT16

60 kg AG16

Materialkontroller omfattande bindemedelshalt och kornkurva framgår av bilaga 3.

VTI MEDDELANDE 764

3.4 Fräsgranulatet

Den befintliga beläggningen bestod ursprungligen av 100 kg MABT16 som delvis förseglats under årens lopp. Beläggningen lades mellan 1980 och 1983.

Fräsmassorna togs upp med hjälp av en fräsmaskin typ Wirtgen 1900 C med fräs-bredden 1,9 m och tandavståndet 15 mm (bild 1). Fräsgranulatet innehöll en stor andel grövre asfaltklumpar beroende på att den relativt tunna, uppspruckna belägg-ningen, som dessutom hade dålig vidhäftning till underlaget av grus, var svår att sönderdela. Andra faktorer som inverkade på fräsgranulatets sammansättning var den mycket varma väderleken som rådde, +25*C i skuggan, och att fräsmaskinen gick med maximal hastighet. Det visade sig senare att ca hälften av fräsgranulatet innehöll klumpar större än 32 mm. Fräsmassorna lagrades i ca två veckor i upplag innan de återanvändes.

3.5 Bindemedlet

Bindemedlet utgjordes av bitumenemulsion, typ BE6O0 M/2200, som levererades av Nynäs Bitumen. Basbitumenet i emulsionen är mjukbitumen med viskositeten 2200. Samma typ av bindemedel har under senare år använts vid ett flertal åter-vinningsobjekt, både vid kall och halvvarm återvinningsteknik. Emulsionen innehåller ej lösningsmedel.

Bild 1 Kallfräsning med Wirtgen 1900 C av befintlig beläggning, väg 63, delen Yngshyttan - Saxån.

4. Förprovning - laboratorieprovning av asfaltgranulat Laboratorieprovningen av fräsgranulatet är en fundamental del av försöket och redovisas i följande avsnitt. Förprovningen omfattar dels provtagning och karak-terisering av det gamla asfaltgranulatet, dels proportionering, mekaniska egen-skaper och beständighet på blandningar av asfaltgranulat, nytt bindemedel och vatten. I figur 3 ges en översikt över proportioneringsförfarandet.

Blandning Hobart 4 recept Figur 3 PREPARERING Instampning Marshall 60*C MEKANISKA EGENSKAPER Stabilitet Flytvärde Marshall 25%C BESTÄNDIGHET + Statisk packning 25%C Härdning 7 dygn 40*C Draghållfasthet 10*C Vattenkänslighet Vacuummättning + VTI MEDDELANDE 764 Styvhetsmodul 10*C Frostbeständighet Frys-tö Återvinning bindemedel penetration viskositet mjukpunkt

4.1 Karakterisering av asfaltgranulatet (gammal beläggning)

Asfaltgranulatet har karaktäriserats genom kornstorleksfördelning av asfaltgranulat resp. extraherat material, bindemedelshalt, packningsegenskaper och analyser av återvunnet bindemedel. Resultaten redovisas i figurerna 4 och 5 och i tabell 2.

1 den J £ 1 + 100 T E d» E E / E £ E:E ( E FO F % F F 2 F F F di F E/EÅ E E EFiF E E här E E ___ E F _|: E E __ 3; E E E E : E E 3 o 90 &. E E a 2 F | E E F dy E "S R 10 E E E |E E 2 & E E e = 20 3 E F 3. & _£ E . t E E E E 3 6 707 FE F E 1 t :8 E E E ät Er E T F EF TE ""E 2 JE E. - E & - - - F 3- 5/5 + E E E+F E E v - E E 7 n " E F Z EL E E . E E E :E E 5 2 60 = E 2 å F å . - = , £ E - , E 2 3

9 JE E. E. 2 EFTER EXTRAKTION -. /X f E E% E E E.E E 3

& E F __ 11 £ E E : E E E :E __

ö 5 e : i

5

r

äre F FT F FOR E"

t

$

F

F

i F

d

-

F

F

E E Ei F F

RF

E

E

vä1 s

:

rst

_-

_{T -}

tf

_{5" |E}

n

_&

_{d' |}

_{EFTER TVÄTTSIKTNING}

-i

_.

E

- F

:

F

5

;

-J-

(-10

F _"

% E

F |

&

Figur 4 Kornkurva på tvättsiktat resp extraherat asfaltgranulat från väg 63.

Måttlig vattensep. Riklig vattensep. To rr sk rymd en si te t, kg /d m3 -> ha Qi 19 1 [ 5 % % IL : j| To T 2 3 4 5 6 7 8 9 Vattenkvot, vikt-%

Figur 5 Packningskurva för asfaltgranulat. Maximal skrymdensitet och opti-mal vattenkvot enligt tung instampning.

10

Tabell 2 Analyser på återvunnet bindemedel från asfaltgranulatet.

Provning Metod Resultat

Penetration vid 25 C, mm/10 MBB 37-82 58 Kinematisk viskositet vid 135*C, mm?/s ASTM D 2171-83 301 Mjukpunkt, kula och ring MBB 38-82 51

Kommentarer:

Bindemedelshalten är 4,9 vikt-% i granulatet. Kornkurvorna visar att granulatet är välgraderat och liknar ett obundet bärlagergrus. Efter extraktion har materialet en kornkurva typ ABT16 med relativt hög finmaterialhalt.

'

Optimal vattenkvot ligger omkring 5 vikt-% enligt tung instampning.

Vattensepa-ration uppträder vid 6 - 8 vikt-%. Vattenkvoten i upplaget var 1,0 - 1,6 vikt-%.

Bindemedelsanalyserna visar att bitumenets egenskaper avsevärt förändrats genom

åren. Den erhållna penetrationen och mjukpunkten liknar specifikationerna för

bitu-men typ B 60. Det ursprungliga bitubitu-menet var B 180. En stor del av åldringen eller

hårdnandet av bindemedlet skedde sannolikt redan vid tillverkningsprocessen i

asfaltverket. Åldringsförloppet är också avhängigt av hålrumshalten hos

belägg-ningen liksom åldern samt av klimatet. Den förhårdning som sker av bindemedlet

medför att beläggningen får försämrade egenskaper i fråga om flexibilitet, vilket

medför att sprickkänsligheten ökar. Den gamla beläggningen på Rv 63 hade delvis

förseglats pga krackeleringar.

4.2

Proportionering och mekaniska egenskaper

Allmänt

De provningsmetoder som ingår i undersökningen innebär att laboratorietillverkade

provkroppar innehållande asfaltgranulat, vatten och i de flesta fall bitumenemulsion

testas med avseende på mekaniska egenskaper. Provningarna görs vid fyra olika

emulsionskvoter samt på blandningar av enbart granulat och vatten. Vattenkvoten i

granulatet har också varierats. Egenskaperna hos återvunnit bindemedel vid olika

inblandningskvoter redovisas också.

11

Vid provning av kallblandade massor är det många faktorer som i hög grad in-verkar på resultatet. Blandningsförfarandet, prepareringen av provkroppar, härd-ningstiden och temperaturen, parametrar som är kopplade till beredning av prov-kroppar, är faktorer som noggrant måste styras upp och kontrolleras.

De mekaniska egenskaperna har bestämts genom pressdragprovning (indirekt drag-hållfasthet), styvhetsmodul och stabilitet - flytvärde enligt Marshall. Metoderna har hämtats från "varmsidan" och det är inte säkert att de ger ett rättvisande resultat för återvinningsmassor som förutom både gammalt och nytt bindemedel innehåller vatten och dessutom har ett relativt högt hålrum jämfört med varmblandade massor. Provningsresultaten måste därför bedömas med en viss försiktighet.

Eftersom det handlar om kallblandade asfaltmassor som innehåller vatten redan vid tillverkningen och som erhåller förhållandevis högt hålrum på vägen är det viktigt att skaffa sig en uppfattning om materialets beständighet för vatten och vinter-klimat. Därför har vattenkänsligheten och frys-töbeständigheten undersökts. Prov-ningarna görs på provkroppar som först härdas vid förhöjd temperatur i 7 dygn innan de utsätts för påkänningar i form av vattenmättning - vattenlagring och ibland även frys-töväxlingar. Provningsmetodiken är framtagen på VTI och har tidigare använts vid bedömning av emulsionsstabiliserat bärlager (ref. 8). Inom varmsidan pågår för närvarande en del studier av asfaltbeläggningars åldringsbe-nägenhet och beständighet (ref. 9 och 10).

Uppläggningen av undersökningen har gjorts på grundval av erfarenheterna från VTI Notat nr V168 (ref 1) som behandlar laboratorieprovning av asfaltgranulat med inriktning på mekaniska egenskaper och proportionering.

Flertalet av provningarna har gjorts genom dubbelprov. I följande avsnitt redovisas endast medelvärden i diagram. Enskilda provningsresultat och kompletta prov-ningar finns redovisade i tidigare publikationer (ref 6 och 7).

12

Provblandningar - receptur

Laboratorieprovningen omfattar följande fem recept: Bindemedelstillsats Vattentillsats Emulsionskvot vikt- % vikt- % 0 5 1 (0,7) 3 2 (1,4) 3 3 (2,0) 3 4 (2,7) 3

Siffran inom parentesen anger restbitumenkvoten

Inverkan på bindemedelsegenskaper

För att få en uppfattning över hur det nya bindemedlet inverkar på det gamla binde-medlet i asfaltgranulatet har penetrationen, kinematiska viskositeten och mjuk-punkten bestämts på återvunnit bindemedel från massaprov. Resultaten redovisas i tabell 3.

Tabell 3 Förändring av bindemedelsegenskaper hos asfaltgranulatet.

Recept Penetration Kinematisk Mjukpunkt

250C, mm/10 viskositet 1350C, mm2/s Asfaltgranulat 58 301 51 2 % emulsion 133 109 42,4 3 % emulsion 159 74 40 4 % emulsion 201 53 38 Blandningsförfarande

Asfaltgranulat, vatten och bitumenemulsion blandades i degblandare typ Hobart en-ligt följande förfarande:

1. Ca 5 - 10 kg torrt granulat neddelades

2. Granulatet värmdes till 60*C (endast för Marshall, övrigt vid rumstemp.) 3. Vatten inblandades under omrörning i ca 30 sek

4. Bindemedlet, 60*C, tillsattes och massan blandades i ytterligare 2 min

Innan asfaltgranulatet behandlades torkades det på plåtar vid rumstemperatur och materialet större än 20 mm siktades bort (några procentenheter).

13

Preparering av provkroppar

Provkropparna tillverkades enligt Marshallinstampning, 50 slag per sida (i princip MBB 14). Temperaturen i provet hölls kring 60*C under tillverkningsprocessen. Provkroppen lagrades (härdades) i 7 dygn vid förhöjd temperatur (40%*C) i värmeskåp. Det första dygnet fick provet sitta kvar i formen.

Bakgrunden till att proven instampades vid förhöjd temperatur var att det tidigare för återvinningsmassor visat sig svårt att erhålla hela, provningsbara provkroppar vid Marshallinstampning vid rumstemperatur. Speciellt vid låga bindemedelskvoter blir provkropparna sköra och svårhanterliga.

Anledningen till att Marshall valts som packningsmetod är att utrustningen finns på de flesta väglaboratorier. Marshall anses dock generellt efterlikna packningsför-loppet på vägen dåligt. Ingår vatten i provet som är fallet för återvinningsmassor dämpas packningen också av det porvattentryck som uppstår i provet och hål-rummet blir ofta relativt högt.

Som ett alternativ till Marshall tillverkades också provkroppar genom statisk pack-ning. Det är en förhållandevis enkel metod att arbeta med och packningsarbetet kan lätt varieras. Asfaltgranulatet behöver inte värmas utan provprepareringen görs vid rumstemperatur. Provkropparna får ett lägre hålrum än vid Marshall vilket medför att kvalitén och hanterbarheten blir bättre. Frågan är dock om statisk packning överdriver packningsarbetet jämfört med vägen, bl a har vissa undersökningar tidigare pekat i den riktningen. Hålrummet förändras dock med tiden på vägen genom efterpackningen från trafiken och kan bli förhållandevis lågt även för kallblandade massor.

Provkropparna enligt statisk packning har tillverkats enligt följande:

Ca 1100 g massa delades ned och placerades i en Marshallcylinder

2. Massan stöttes 20 ggr i centrum och 20 ggr i kanten med en stav (9,5 mm diameter och 40,5 mm lång) så att den omlagrades och förpackades något 3. Provet placerades i pressen och belastades med 5,6 ton (7,0 MPa) vid

deformationshastigheten 1,3 mm/min. Trycket fick vid maximala belastningen ligga kvar i 60 sek

Provet lagrades några timmar innan det trycktes ut 5. Provet lagrades i 7 dygn vid 40*C

14

Förfarandet påminner mycket om Hveem-metoden (dock ej Kneading Compactor) som bl a används i USA.

Mekaniska egenskaper

Efter 7 dygns härdning i värmeskåp vid 40*C provades provkropparna enligt följ-ande tester:

* Hålrumshalt och vattenkvot

* Pressdraghållfastheten - beskriver materialets draghållfasthet, provningstem-peratur: 10*C

* Styvhetsmodulen - ett mått på materialets lastfördelande förmåga och flexibi-litet, provningstemperatur: 10*C

* Stabilitet och flytvärde enligt Marshall - beskriver materialets känslighet för plastiska deformationer, provningstemperatur: rumstemperatur

Resultaten redovisas i figurerna 6 - 9.

NM > [19] ;> # == Marshall 18 s_{X X omm» Statisk} BR å a X =)> % 12 å un _X= å 9 nen.. n

/

[99]

_{O0 1 2 3 4}

_{Emulsionskvot,vikt-%}

15 2000 1800 === Marshall, torr 1600 ---0 +- Marshall, våt 1400 === Statisk, torr 1200 - =© = Statisk, våt 1000 800 Pr es sd ra gh ål lf as th et , kP a 600 400 200 0 1 2 3 4 5 Emulsionskvot, vikt-%

Figur 7 Draghållfastheten som funktion av emulsionskvoten. Provning på torrlagrade (7 dygn) resp vattenmättade prov.

8000 7000 s Marshall, torr jus i 5000 Statisk, torr E x 5000 4000 ______Txxxx*xxx_xxxxx 3000

n__"*'"'"'*__f___4LNNNNNN*N x_

200

ö

XX.:

H

l

Figur 8 Styvhetsmodulen som funktion av emulsionskvoten.

16 25 20 o Marshall, torr 2 S g x x === Statisk, torr 2 is E E Hed 22 x 5 s 10 2 & 2 i x 5 0 + 4 + 0 1 2 3 4 Emulsionskvot, vikt-%

Figur 9 Stabiliteten enligt Marshall som funktion av emulsionskvoten.

Vattenkänslighet

Ett realistiskt provningsförfarande för kallblandade asfaltmassor bör ta hänsyn till materialets känslighet för vatten. Provning av enbart torrlagrade prov skulle ge ett missvisande resultat och t ex gynna finkorniga och bindemedelsfattiga material med hög kohesion i torrt tillstånd. Resultatet redovisas i figur 10.

Vattenkänsligheten provades enligt följande:

A. Förbehandling

1. Provet (Marshallprovkroppar) torrlagrades i 7 dygn vid 40*C 2. Provet vägdes

3. Pressdraghållfastheten bestämdes vid 10*C

B. Vattenlagring (vacuummättning)

4. Provet vacuummättades i 1 tim vid 40 mbars undertryck följt av 23 timmars vattenlagring vid atmosfäriskt tryck vid rumstemperatur

5. Provet vägdes

6. Pressdraghållfastheten bestämdes vid 10*C

17

C. Utvärdering

- Vattenupptagningen (absorption) och vattenmättnadsgraden beräknades 8. Vidhäftningstalet beräknades som förhållandet mellan vattenlagrat och

torr-lagrat prov i procent

100 90 80 70 60 50 40 -Vi dh äf tn in gs ta l, % 30 20 10 -0 1 2 3 4 Emulsionskvot, vikt-%

Figur 10 Inverkan av emulsionskvoten på vidhäftningstalet (beständigheten mot vatten). Marshalltillverkade prov.

Frys-töbeständighet

Beständigheten mot frys-töväxlingar har bestämts enligt ett förfarande som från början utvecklades för bitumenstabiliserade bärlager och som på senare år också använts vid beständighetstester inom varmsidan. Resultatet redovisas i figur 11. Försöken utfördes enligt följande steg:

A. Förbehandling

_

1.

Marshallprov torrlagrades 7 dygn i torkskåp vid 40*C

2.

Provet vägdes och höjden mättes med skjutmått (4 mätningar)

3.

Pressdraghållfastheten resp styvhetsmodulen bestämdes vid 10*C

B.

Vacuummättning i vatten

4.

Provet placerades i exsickator och täcktes med dest.vatten

5.

Vattenmättning i en timme under vacuum, 40 mbars undertryck

VTI MEDDELANDE 764

18

6. Provet lagrades ytterligare 23 timmar i vatten under atmosfäriskt tryck vid rumstemperatur

7. Provet vägdes

C. Frys-töbehandling

8. Provkropparna placerades i fryslådan och täcktes med våt sand (Baskarp nr 6, vattenkvot: 20 vikt-%)

9. Fryslådan placerades i klimatskåpet som var inställt på 10

frys-töcykler. En

cykel omfattade 12 tim vid + 23*C och 12 tim vid -23*C

10. Efter avslutad frys-töväxling vägdes provet och höjden mättes

11. Pressdraghållfastheten och styvhetsmodulen bestämdes vid 10*C

D.

Utvärdering

11. Vattenupptagningen (absorptionen) och eventuell svällning beräknades efter

frys-töbehandlingen

12. Beständigheten beräknades som förhållandet mellan frys-töbehandlat och

torrlagrat prov i procent

100

90

_{& Pressdrag.}

80

Styvhetsm.

70

60

50

40

Fry

stö

bes

tän

dig

het

,%

30

20

10

Emulsionkvot, vikt-%

Figur 11 Inverkan av emulsionskvoten på frys-töbeständigheten.

Marshalltillverkade prov

19

Kommentarer:

Hålrummet påverkas markant av packningsmetod. Marshallinstampade prov er-håller hålrum på 10 - 20 volym-%, det högsta värdet för blandningar av enbart gra-nulat och vatten. Provkroppar tillverkade enligt statisk packning erhåller betydligt lägre hålrum, 4 - 11 volym-%. Hålrummet minskar med ökad emulsionskvot.

Pressdraghållfasthetens storlek påverkas av packningsmetoden, bindemedelshalten och av vattenlagringen. Prov tillverkade enligt statisk tillverkning får högre värden än Marshalltillverkade. Maximal draghållfasthet erhålls vid 1 - 2 vikt-% emulsion för Marshallprov och 0 - 1 vikt-% vid statisk packning. Proven med enbart vatten och granulat uppvisar oväntat höga värden trots de högsta hålrummen.

Styvhetsmodulen visar ungefär samma resultat som draghållfastheten. Statisk pack-ning ger de högsta värdena. Ett maximum föreligger vid 1 vikt-% emulsion för Marshallpackade prov. Provningen har endast gjorts på torrlagrade prov.

Stabiliteten följer samma mönster som provningarna ovan. Stabiliteten är högst vid 2 vikt-% emulsion för Marshallpreparerade prov medan den minskar med ökad emulsionshalt för statiskt pressade prov.

Beständigheten för vattenlagring och frystöväxlingar förbättras avsevärt av 1 -2 vikt-% inblandning av emulsion. Mer bindemedel förbättrar inte beständigheten ytterligare enligt testerna. Framförallt frys-töbeständigheten är låg för blandningar-na med vatten och granulat.

De hållfastheter som presenteras i undersökningen ska inte betraktas som belägg-ningens "sluthållfasthet" utan syftet är att i första hand ta fram ett optimalt arbets-recept som grundas på relativa, jämförande tester av för återvinningsmassorna viktiga egenskaper. Tidigare provningar har visat att härdningstiden och tempera-turen har stor betydelse för resultatnivån men den relativa skillnaden mellan olika blandningar verkar vara oförändrad. Det är dock viktigt att provet ges tid att härda ordentligt innan provningen. Förfarandet med 7 dygns lagring vid 40%C har visat sig vara tillräckligt härvidlag. Vatteninnehållet i provkropparna ligger då på 0,1 -0,3 vikt-% vid provningstillfället.

Vid utläggningen har återvinningsmassornas stabilitet stor betydelse eftersom be-läggningen måste tåla trafik omedelbart efter utläggning och packning. Stabiliteten

20

påverkas förutom av mängden nytt bindemedel även av granulatets vatteninnehåll. Av den anledningen bör vattenkvoten i asfaltgranulatet noggrant kontrolleras och helst styras upp vid utförandet. Packningskurvan enligt tung instampning kan ligga till grund för bedömningen av lämpligt vätskeinnehåll i massan. Den totala vätske-mängden i massan som omfattar vattnet i granulatet initialt, eventuellt tillsatt vatten och mängden bitumenemulsion bör inte överstiga den optimala, som för asfalt-granulat visat sig ligga omkring 5 - 6 vikt-%. Optimalt vatteninnehåll förbättrar också massans läggnings- och packningsegenskaper.

Som framgår av laboratorieprovningarna är det förhållandevis komplicerat att testa återvinningsmassor på ett realistiskt och funktionellt inriktat sätt. Jämfört med varmblandade massor måste provprepareringen och provhanteringen styras upp och kontrolleras noggrannare. Det är många parametrar som kan inverka på re-sultatet, t ex vatteninnehållet kan förändras med tiden, provets ålder och hur det nya och gamla bindemedlet samverkar. Provningsförfarandet blir av den anled-ningen omfattande men det finns dock inga enkla metoder att ta till om man vill testa materialegenskaperna på ett verklighetsnära och relevant sätt.

Ett relevant provningsförfarande för kallblandade massor måste innehålla bestän-dighetstester. Beläggningens beständighet mot vatten och frys-töväxlingar är viktiga att känna till i vårt nordliga klimat, med relativt korta somrar och fuktiga, växlingsrika vintrar. Hålrummet för kallblandade massor är också större än för varmblandade vilket innebär att beläggningen exponeras för tuffare påkänningar i fråga om fukt och åldring. Provningarna bör också göras på vattenlagrade prov som dock först måste härdas ett tag.

21

5. Provvägens utförande

Provvägens byggande finns utförligt beskrivet i VTI Notat V211. En kort samman-fattning av tillverkning och utläggning ges i följande avsnitt. I kapitel 6 ges en sammanställning över de material- och utförandekontroller som gjordes i samband med vägens byggande. Kontrollerna visar att erhållna recept ligger nära de före-skrivna (nominella) och erfarenheterna från vägens byggande är överlag positiva. Försöket kunde i stort sett genomföras som planerat utan några större störningar vilket visar att hantering av återvinningsmassor inte skiljer sig från annan liknande kallteknik. Den här typen av åtgärder är inte så känsliga för nederbörd eftersom materialet redan innehåller vatten. Kraftigt regn kan orsaka emulsionsavrinning under transport och utläggning eftersom emulsionen i detta skede inte är färdigbruten. Temperaturen har också betydelse för resultatet, främst på kort sikt. Varm väderlek, både under och efter åtgärd, påskyndar t ex härdningen och efterpackningen av beläggningen.

5.1 Utläggning av bärlagergrus

Ett lager av ca 10 cm bärlagergrus, 0 - 32 mm, lades ut på sträckorna 1 - 6. Bär-lagergruset som bestod av krossat berg utlades med asfaltläggare typ Barber Green och packningen av bärlagergruset utfördes med asfaltvält typ HAMM 6, en tan-demvält med stålvalsar (linjelast 23 kg/cm). Packningen gjordes med 6 överfarter och med vibro.

För att uppnå tillfredsställande tvärfall på vägen var man efter utläggningen med asfaltläggaren tvungen att justera ytan med väghyvel och ställvis tippa mer bär-lagergrus. Efter justeringen packades ytan med stålvalsvält typ Dynapac CA15, en envalsvält (linjelast 19 kg/cm). Ytan vattnades innan packningen. Ett prov togs per sträcka och graderingen bestämdes (figur 12). I flera fall uppfyller inte bärlagergrusen Väg 94 krav på korngradering.

5.2 Tillverkning av återvinningsmassor

Återvinningsmassorna tillverkades i ett satsblandningsverk fabrikat Kalottikone, typ MX-30 B Turbo som är ett blandningsverk konstruerat för kalla eller halv-varma massor (bild 2). Kapaciteten i verket är 100 - 200 ton/timme och satsstor-leken maximalt 3000 kg. Verket är försett med ånguppvärmning som dock inte an-vändes.

22

Massorna tillverkades i satser på 2000 kg. Vattnet tillsattes granulatet i blandaren ungefär samtidigt som bindemedlet. Normalt är verket inte utrustat för vattenin-blandning varför pump och spridare fick monteras speciellt för provvägsförsöket. Vatteninblandningen fungerade bra och precisionen var tillfredsställande.

Pa ss eran de mä ng d, vi kt pr ocen t 0,063 0,125 0,25 0,5 1,0 2 4 5,6 8 11,2 16 20 25 32 50 60 100 200 0,074 ble , Kornstorlek, mm

Figur 12 Gradering på bärlagergrus, sträckorna 1 - 6.

Bild 2 Asfaltverk typ Kalottikone MX - 30 Turbo.

23

5.3 Utläggning av återvinningsmassor Asfaltbundet bärlager - AGÅ:

Återvunnet asfaltbärlager, AGÅ, utlades på sträckorna 1 - 6 med en asfaltläggare typ BITELLI BBS2. Massan packades med en vibrerande tandemvält typ BOMAG BW160 AC som är kombinerad stålvals och gummihjulsvält. Antalet vältöverfarter var 8.

AGÅ-sträckorna fick ligga i en vecka innan slitlagret påfördes. Detta för att vattnet i beläggningen skulle få en möjlighet att avdunsta innan ytan förseglades. Trafiken släpptes på ca en timme efter packningen.

Massorna med 1,5 vikt-% emulsion upplevdes som lätthanterliga, smidiga och lätt-packade. Efter avslutad packning tålde ytan tung trafik och verkade mycket stabil. Enligt okulär besiktning hade enstaka grövre stenar i massan dålig täckningsgrad. I övrigt såg massan ut att vara ordentligt blandad och ytan upplevdes som mycket homogen frånsett enstaka stråk med lite grövre, separerat, material.

Massan med 3,0 vikt-% emulsion upplevdes som kladdigare, trögare och styvare än övriga två AGÅ-massor. Trögheten i massan medförde att lagertjockleken blev mindre än planerat, ca 90 kg/m2 i stället för 100

kg/mz. Läggaren orkade helt

enkelt inte att lägga nominell tjocklek. Massan var dock lättpackad. Trögheten i

massan kan bero på att emulsionen delvis hade brutit i den varma väderleken. Ytan

blev stabil, tät och homogen men upplevdes som kladdig och avsandades därför.

Täckningsgraden var något bättre än för övriga sträckor men fortfarande förekom

enstaka otäckta stenar i massan.

Massan med enbart vatteninblandning upplevdes som smidig och lättpackad.

Fläck-vis blev ytan något fuktig efter packningen men stabiliteten var ändå bra. Ytan var

dock öppnare än på övriga sträckor och på så sätt mer ömtålig och känslig för

trafik.

Slitlager - MABÅ

Ungefär en vecka efter utförandet av AGÅ - lagret, utlades återvunnet slitlager,

MABÅ. Vägbanan klistrades först med BE 60 R. Utläggningen och packningen

gjordes med samma maskiner som vid AGÅ:n. Packningen utfördes genom 8

över-farter och de sista överöver-farterna gjordes utan vibro. Ytorna blev inte speciellt

kladdiga men för att inte ta några onödiga risker, både för trafikanterna och för att

VTI MEDDELANDE 764

24

skydda slitlagret, avsandades vägytan. Den nyutlagda beläggningen hölls under ar-betet avstängd för trafik i några timmar.

Massan med 2,0 vikt-% emulsion upplevdes som smidig, lättlagd och förhållande-vis lättpackad. Ytan blev relativt tät, homogen och kändes stabil. En del av det grövre stenmaterialet hade dålig täckningsgrad.

Massan med 3,0 vikt-% emulsion upplevdes som styvare och segare än den med 2,0 vikt-% emulsion. Massan var dock mer lättpackad. Ytan blev tät och homogen. Stabiliteten var mycket god. Täckningsgraden bedömdes som något bättre än sträcka 1.

Massan med 4,0 vikt-% emulsion upplevdes som trög och fet. Massan "nöp" direkt efter utläggningen vilket kan bero på typen av emulsion (BE6OM/2200). Om läggaren stod still i några minuter drog skriden isär massan med sprickbildning som följd. Ytan blev mycket tät och fet. Massan var lättpackad och blev mycket stabil direkt efter packningen. Solvärmen medförde att ytan blev mjuk och betydligt mjukare jämfört med de andra sträckorna. Täckningsgraden bedömdes som bäst av samtliga blandningar men det fanns fortfarande en del otäckta stenar i massan. Enligt vissa uppgifter kryper emulsionen med tiden på stenen genom trafikarbetet.

Slitlager - MAB

På provsträckorna 4 - 6 lades nytillverkad MABT16 som slitlager. Initialt blev ytan något mjuk beroende på att underlaget, AGÅ, troligtvis mjuknade på grund av värmen från MAB:n. Av den anledningen uppstod en del spår initialt. Efter det att materialet svalnat förelåg inga stabilitetsproblem. Läggs varm massa direkt på kall-tillverkad massa kan den här typen av effekter dyka upp vilket kräver en viss bered-skap. Det är bra om vägen kan hållas avstängd för trafik lite längre tid än vad som är vanligt inom varmsidan, för att underliggande lager skall hinna stabilisera sig (svalna av ordentligt).

5.4 Referenssträckor

Referenssträckorna 7 - 9 utfördes med konventionell förstärkningsteknik genom påförande av varmblandad beläggning typ AG och MAB. AG:n på sträcka 7 lades i två lager (90+90 kg). På varje sträcka togs ett massaprov för kontroll av binde-medelshalt och kornkurva.

25

Bild 3a _{Utläggning av asfaltbundet bärlager, AGÅ med inblandning av nytt} bindemedel.

Bild 3b Utläggning av

_{åsfaltbundet bärlager, AGÅ med enbart inblandning av}

vatten.

26

6. Material och utförandekontroll

I samband med utförandet av provvägen togs ett antal prov av bindemedel och massa för analyser på laboratoriet. På vägen följdes spårutvecklingen, vatteninne-hållet i beläggningen och temperaturen, både i vägen och i luften, kontinuerligt upp under och närmaste tiden efter utläggningen.

6.1 Bitumenemulsion

Ett prov av bitumenemulsionen togs från tankbilen i samband med leverans av bindemedlet till asfaltverket. Analysresultatet framgår av tabell 4.

Tabell 4 Analyser på bitumenemulsion, BE6O0/2200.

Metod Sort Analysresultat (medelvärde)

Bindemedelshalt Vikt-% 68,3 Vattenhalt Vol-% 29,5 Lösningsmedelhalt Vol-% 2,0 Viskositet STV 4 mm 50*C 13 Silprov, 0,5 mm 50*C 0,01 Kemisk brytning, 25*C 127 (Glanshammar) Destillationsåterstod: Kinematisk viskositet 60*C mm*/s 1733 6.2 Asfaltmassa

Återvinningsmassa

Massaproverna analyserades med avseende på bindemedelshalt, kornkurva, hålrum

och draghållfasthet. Hålrummet och draghållfastheten bestämdes på provkroppar

tillverkade enligt Marshall. Provkropparna tillverkades och härdades på samma sätt

som vid förprovningen, dvs instampning vid 60*C följt av 7 dygns lagring vid

40*C. Innan provningen förvarades massaproverna förslutna i plastpåsar i ca en

vecka. Vattenkvoten bestämdes dock omedelbart efter provtagningen. Resultaten

redovisas i figurerna 13 - 16.

VTI MEDDELANDE 764

Figur 14 Produktionskontroll av kornkurva på extraherat material. Produktionskontroll av bindemedelshalt på åte

nulat. Figur 13 ryunnen 2 9

/

%

/

%

%

/

/

/

/

//

//

//

//

//

/%

+

/

/

_ _ _ _ _ 2 2 2 2 2 2 2 _l.

I

HÅ

nskontroll av hålrumshalt på Marshalltillverkade

prov-0 [o] o o o o o nu 0 0 nu 0 o [o] o 0 & S = s s m V 00 -10 IN eg 2 e & > N n -omm * ge

VTI MEDDELANDE 76

29

Kommentarer:

Bindemedelshalterna (figur 13) i de olika provsträckorna stämmer väl överens med planerad inblandning av bitumenemulsion enligt arbetsreceptet (se tabell 1). Sträcka 3, MABÅ, innehåller tex 7,8 vikt-% bitumen medan sträcka 6, AGÅ, innehåller 4,8 vikt-% bitumen.

Hålrummet (figur 15) varierar mellan 7 - 11 vol-%, det högsta värdet för bland-ningen med enbart vatten och granulat. Jämfört med förprovbland-ningen på laboratoriet uppvisar massaproven från vägen markant lägre hålrum.

Draghållfastheten (figur 16) påverkas av bindemedelsmängden. De högsta värdena erhåller blandningarna med de lägsta bindemedelsmängderna, 0 och 1,5 vikt-% emulsion. Sträcka 6 som innehåller enbart granulat och vatten uppvisar anmärk-ningsvärd hög draghållfasthet, ca 1000 kPa, trots ett hålrum på drygt 11 vol-%. Tydligen har den gamla beläggningen ett bra "restvärde" samtidigt som bindemed-let är styvt vilket leder till förhållandevis höga draghållfastheter vid låga emul-sionsmängder. Det nya bindemedlet som är betydligt mjukare än det gamla medför att beläggningen får mer viskösa, flexibla egenskaper.

Referensmassa, AG och MAB

I tabell 5 redovisas bindemedelshalt och kornkurva på AG16, AG25 och MABT16.

Tabell 5 Bindemedelshalt och kornkurva på nytillverkad asfaltmassa.

Massatyp Bind.halt =0,074mm -2mm camm -Smm =11,2mm

MABT16 5,9 9,3 40,5 52,4 71,0 86,4

AG16 5,2 8,7 40,3 61,4 77,7 89,2

AG25 4,5 6, 1 31,9 41,3 55,4 62,6

6.3 Vatteninnehåll

Kallblandade massor måste till en början innehålla en "lagom" mängd vatten av olika skäl. Vattnet underlättar blandningen, förbättrar täckningsgraden, gör massan mer bearbetbar och smidig samt påverkar också massans utläggnings- och pack-ningsegenskaper. När massan väl kommit på plats på vägen är det en fördel om vattnet relativt snabbt försvinner så att härdningen kommer igång. Används

30

massorna som bärlager måste materialet torka ut ett tag innan ytan förseglas. Av den anledningen fick AGÅ-sträckorna ligga i en vecka innan slitlagret påfördes. Vattenkvoten i återvinningssträckorna första veckan framgår av figur 17.

[W Utläggning 6 1 dygn a AGA MABÅ [94] Vatt en kv ot , % n GJ 1 & / > 1 n -E LBE Le - 11 Granulat Str. 1-4 Str.5 (1,5%) (3,0%) 0 -A © 25 (2,0%)Str. 1 (3,0%)Str.2 (4,0%)Str.3

Figur 17 Produktionskontroll av vatteninnehåll i återvunnen beläggning.

Kommentarer: .

Vattnet i beläggningen avdunstar relativt fort. En vecka efter utläggningen av AGÅ-sträckorna är vattenkvoten under 1 vikt-%. Redan efter ett dygn har vatten-kvoten minskat från ca 3 -5 till ca 1 - 2 vikt-%. En bidragande orsak till den snabba avdunstningen är det torra och varma vädret som rådde.

6.4 Temperatur och väderlek

Vädret var mestadels soligt och varmt under hela försöket (ca 2 veckor) med dags-temperaturer på 20 - 30%C i skuggan medan nätterna var kyliga, 0 - 5*C. En regn-skur gav vid ett tillfälle 4 mm regn. Veckorna efter försöket var också mestadels soliga och varma men då föll sammanlagt 26 mm regn vid flera tillfällen. Temperaturen i beläggningen och i luften (skuggan) under utläggningen av återvinningsmassorna framgår av tabell 6.

31

Tabell 6. Temperatur i massan och i luften under utläggningen.

Sträcka, (recept) Temperatur i massan, Temperatur i luften,

©C ©C 1, MABÅ (2 %) 20 17 2, MABÅ (3 %) 21 18 3, MABÅ (4 %) 22 28 4, AGÅ (1,5 %) 20 17-22 5, AGÅ (3,0 %) 20 24-25 6, AGÅ (0 %) 22 25 6.5 Spårbildning - initialt

Spårbildningen initialt (figur 18) mättes med hjälp av en rätskiva 1, 2 och 7 dygn efter färdigställandet av AGÅ- och MABÅ-sträckorna.

6 © 1 dygn 9 22 2-7 dygn E 4 dm i |E i. = s , |E -> %%l . V-="

%%I

. |E

_{Str.1l Str.2 Str.3 Str.4 Str.5 Str.6}

_{Str.1 Str.2 Str.3}

(1,5%) (1,5$%) (1,5%) (1,5%) (3,0%) (0%)

_{(2,0%) (3,0%) (4,0%)}

Figur 18 Spårbildning initialt, sträckorna 1 - 6.

Kommentarer:

Under den första veckan uppmättes i medeltal några millimeters spårdjup vilket

måste anses som acceptabelt. Sträcka 3, MABÅ med 4,0 vikt-% emulsion,

upp-VTI MEDDELANDE 764

32

visade den största spårbildningen, ca 4 mm. Några av sträckorna uppvisade efter en veckas trafik ingen spårbildning alls. Som tidigare nämnts blev ytan på några av sträckorna i värmen mjuk, vilket ledde till en del ytliga spår (egentligen avtryck) som trafiken med tiden knådade ut.

33

7. Uppföljning av provvägen

Kallblandad asfalt är ett mer "levande" material än varmblandad asfalt beroende på tex mjukare bindemedel, relativt höga hålrum och vatteninnehåll i materialet (vätskefyllt hålrum), vilket medför att egenskaperna på vägen i hög grad kan förändras med tiden. Den första tidens efterpackning från trafiken har oftast en positiv inverkan på beläggningen genom den knådning (påminner om vältning med gummihjul eller vals) som vägytan erhåller, speciellt varma dagar. På längre sikt kan alltför höga hålrum medföra oacceptabel spårbildning och försämrad beständighet. Den här typen av material används dock på lågtrafikerade, mindre vägar där spårbildningen har mindre betydelse för tex framkomligheten. Höga bindemedelshalter i kombination med mjuka bindemedel kan också medföra vissa problem. Plastiska deformationer och blödningar är exempel på detta.

Från den första hösten 1992 till slutet av 1994 har provvägen hittills följts upp genom följande provningar och mätningar:

Parameter Mätmetod

Spår RST, PRIMAL

Jämnhet RST

Textur RST

Friktion SFT, SAAB Friction Tester Skador, sprickor etc Okulär besiktning

Materialets tillstånd Borrkärnor

7.1 Spårutveckling

Spårutvecklingen har följts upp genom tvärprofilmätningar med VTT:s profilograf. Ur tvärprofilerna som är tio per sträcka har enligt trådprincipen maximala spår-djupen beräknats för vänster och höger spår i båda körriktningarna. I figur 19 redovisas spårdjupet i form av medelvärden per sträcka för hela vägen (båda hjulspåren i båda riktningarna) och avser mätningen från hösten 1994. I figur 20 redovisas spårutvecklingen från 1992.

34 MAB+AGÅ MABÅ+AGÅA K l 4

////

////

//

%%/%

////

w_,

=

AV

mom

mer

Figur 19 Beräknat spårdjup från uppmätta tvärprofiler hösten 1994.

2 V I A 2 3 5

Spårutveckling 1992 - 1994. Beräknat spårdjup från uppmätta tvär-20

profiler. Figur

35

Kommentarer:

Sträckorna 1 - 3, AGÅ och MABÅ, uppvisar större spårutvecklingen än övriga sträckor, ca 7 - 9 mm efter drygt två års trafik. Studeras recepten i MABÅ ökar spårbildningen med bindemedelshalten och mest spår liksom tendenser till plastiska deformationer (bilaga 1) uppvisar sträcka 3 som innehåller 4,0 vikt-% emulsion i slitlagret.

Sträckorna 4 6, AGÅ och nytt slitlager, uppvisar mindre spårutveckling, ca 4 -6 mm. Av AGÅ-recepten erhåller 1,5 vikt-% emulsion markant minst spårbildning.

Referenssträckorna med nytillverkad asfalt erhåller under samma tid ca 4 - 5 mm, dvs lika mycket spår som AGÅ-sträckan innehållande 1,5 vikt-% emulsion. Skill-naden är liten mellan de tre olika AG-tjocklekarna.

Studeras spårutvecklingen sedan hösten 1992 är tillväxten störst det senaste året, 2 - 5 mm, sannolikt beroende på den varma sommaren 1994. Anmärkningsvärt är att sträcka 4 med AGÅ som bärlager och MAB som slitlager erhållit den minsta spårutvecklingen av samtliga sträckor, inklusive referenserna med AG. Efterpack-ningen första sommaren låg på 1,5 - 4,0 mm med de högsta värdena för sträckorna med de största emulsionshalterna.

Spårvidden, avståndet mellan spåren, ligger omkring 2 meter, vilket indikerar att den tunga trafiken är orsaken till huvuddelen av spårbildningen. Som jämförelse kan nämnas att intilliggande ordinarie beläggning som utgörs av MJAB och MJAG under samma tid erhållit en spårbildning på ca 5 mm, ungefär av samma storleksordning som referenserna och den bästa återvinningssträckan. Det är viktigt att påpeka att hela spårbildningen inte bara beror på deformationer av den nya beläggningen utan också på dubbslitage (en mindre del) och på deformationer av underlaget.

7.2 Laser-RST

Vid mätning med Laser-RST-bil, utvecklad på VTI, erhålls mått på vägens spår-djup, längsojämnhet (IRT) och makrotextur (ytskrovlighet uttryckt som RMS, Root Mean Square).