VTI notat 3--1998
1
e 1
-Studiebesök vid Otto-Graf-lnstitut
Apñl1997
Forschungs- und Materialprüfungsanstalt
Baden Württemberg (Otto-Graf-Institut)
Författare
Karin Ölmén och Åsa Nilsson
FoU-enhet
Kretsloppsanpassade material
Projektnummer
12707
Projektnamn
Kompetensutveckling
Uppdragsgivare
VTI
Distribution
Fri
Väg- och
transport-forskningsinstituth
I
FÖRORD
Resan har bekostats med kompetensutvecklingsmedel från VTI's anslag.
Avsikten med studiebesöket var att få en inblick i den laboratorieverksamhet som bedrivs Vid Otto-Graf-Institut, utbyta erfarenheter och inhämta ny kunskap och inspiration inom Våra laboratorieverksamhetsområden.
Linköping, maj 1998
Karin Ölmén Åsa Nilsson
Innehållsförteckning
Sid
1
Orientering
5
2 Bakgrund 6
3
FMPA (Otto-Graf-lnstitut)
7
4
Organisation
8
4.1 Avdelning 1 Building Materials 8
4.1.1 Betong (Concrete Technology) 8
4.1.2 Trä (Timber, Timber Structures, Timber Protection) 8
4.1.3 Brandsäkerhet (Fire-Behaviour of Materials) 8
4.2
Avdelning 2 Structures
8
4.2.1 Konstruktion stälbroar (Metal Structures, Welding, Tendons) 8
4.2.2 Curtain Walls, Lightweight Structures 8
4.2.3 Kopplingar (Fixing and Connection Technology) 9
4.3
Avdelning 3 Building protection, Building Chemistry
9
4.4
Avdelning 4 Geotechnics
9
4.4.1 Asialtlaboratoriet (Asphalt Technology)
9
4.4.2 Isolering (lsolation) 11
4.4.3 Bindemedel (Bituminous Materials) 15
5 Glid provning (Värmestandverhalten) 17
5.1 Provberedning 17 5.2 Provning 17 6 Utmattningstest (Dauerschwellbiegeprüfung) 19 6.1 Tillverkning av provkroppar 19 6.2 Provning 21 7 Fluorescensmikroskopi- Provberedning 23 7.1 Broisoleringsmatta 23 7.2 Asfaltmastix 24 8 Utvärdering 25 9 Referenser 26 BHagor
Bilaga 1:
Forsohungs- und Materialprüfungsanstalt
Baden-Württemberg (Otto-Graf-lnstitut)
Bilaga 2:
FMPA Organization Chart (June 1996)
Bilaga 3: Prüiung des Kaltbiegeverhaltens nach UEAto 1/84.
Provnings-protokoll
1 Orientering
Den 8-10 april 1997 genomfördes en studieresa till Forschungs- und Material-prüfunganstalt (FMPA), Otto-Graf-Institut i Stuttgart.
Avsikten med studiebesöket var att få en inblick i den laboratorieverksamhet som bedrivs vid Otto-Graf-Institut, utbyta erfarenheter och inhämta ny kunskap och inspiration inom våra laboratorieverksamhetsområden. Främst studerades provutrustning och pågående utmattningsförsök (Dauerschwellbiegeprüfung) för beläggningssystem till Högakustenbron samt metod för provberedning av broisoleringsmaterial till fluorescensmikroskopiundersÖkning.
Besöket gällde i första hand avdelning 4, Geotechnics, sektion 44 Isolation, Bituminous Materials, Asphalt Technology (Bilaga 2). En rundvandring i många av institutets byggnader gav en samlad bild av kompetensområden och utrust-ningar.
Värd för besöket var:
Dipl.-Ing. P Huth, Referat Abdichtungen, Bitumen- und Asphalttechnologie, Kunststofanwendungen.
Medverkade gjorde även:
Dr.-Ing. W Harre, Leiter des Referates Metall- und Verbundbau, samt på laboratorierna G Zatloukal, U FieB och B Meier.
2 Bakgrund
I byggprojekt Höga Kusten ingår 32 km ny europaväg och 35 broar som förkortar vägsträckan mellan Härnösand och Örnsköldsvik med 44 km för den tyngsta trafiken och med 8 km för övriga bilister.
Högakustenbron över Ångermanälven är en hängbro med en total längd på 1800 m och fri spännvidd på 1210 m (1). Bron invigdes i december 1997.
VTI har på uppdrag från Vägverket, sektion broteknik, varit med och tagit fram ett lämpligt isolerings- och beläggningssystem för Högakustenbron. Uppdraget har under åren 1992 tom. 1997 omfattat litteraturstudier, studiebesök, laborato-rieundersökningar av material samt provläggning och uppföljning av isolerings-och beläggningssystem på Pitsundsbron. Även funktionsprovning av hela isolerings- och beläggningssystemet har ingått.
Fyra alternativa beläggningssystem valdes ut baserade på de resultat och erfarenheter som framkommit inom projektet beskrivna i VTI notat 48-1994 (2)och VTI notat 7-1996 (3).
Vid upphandlingen fick Skanska Mitt AB i samarbete med Skanska Stockholm uppdraget att isolera och belägga farbanan. Uppbyggnaden består av epoxiprimer, avsandad epoxi, 3,5 mm isoleringsmatta, polymermodifierad gjutasfalt samt poly-mermodifierat slitlager PABS.
Utmattningstest av ett antal isolerings- och beläggningssystem som varit ak-tuella för Högakustenbron har utförts vid Otto-Graf-Institut i Stuttgart och Vejtekniskt Institut i Roskilde.
3 FMPA (Otto-Graf-Institut)
FMPA är beläget i anslutning till Universitetet i stadsdelen Vaihingen i Stuttgart i syd-västra Tyskland (Baden-Württemberg).
Institutet grundades 1884 av Prof. Carl von Bach och fick tilläggsnamnet Otto-Graf-Institut 1953 efter den tidigare institutsledaren Prof. Otto Graf (1927-1950). (4).
Man har sedan grundandet alltid haft ett nära samarbete med industrin och även med universitetet i Stuttgart. FMPA är central provningsanstalt för främst bygg-material men även vägbeläggning och beläggning på broar och tak i Tyskland. Man bedriver också tillämpad forskning och utveckling (bilaga 1).
1958 började man bygga upp institutsområdet i Pfaffenwald där institutet idag är beläget. 1963 invigdes de nya lokalerna på området. Som namnet anger (wald = skog) fanns det enbart skog från början men idag domineras området av byggnader.
Institutet förfogar Över ett drygt 10-tal stora byggnader ochlagerlokaler. FMPA är indelat i fyra avdelningar (bilaga 2)
1. Building Materials 2. Structures
3. Building Protection, Building Chemistry 4 Geotechnics
Totalt antal anställda är ca 220 personer.
Vårt besök berörde i huvudsak avdelning 4 sektion 44, - Isolation, Bituminous Materials, Asphalt Technology (bild 1). På sektionen arbetar nio personer.
Bild 1 Otto-Graf-Institut, Avdelning 4, kontors- och laboratorielakaler.
4 Organisation
Institutet är uppdelat i fyra avdelningar. Under en rundvandring blev vi förevisade ett flertal av byggnaderna och de Olika verksamheterna som bedrivs där. Nedan följer en kort resumé uppdelad per avdelning.
4.1 Avdelning 1 Building Materials
4.1.1 Betong (Concrete Technology)
Hela betongfundament t.ex. pelare och byggsektioner, provas här. Provutrust-ningar var stora drag/pressutrustProvutrust-ningar med kapacitet upp till 5MN. Det fanns även böjtestutrustningar med tvåpunktsbelastning för 5-meters betongbalkar.
Provning av armering i betong utfördes i drag/pressutrustning där man vid provningen tog hänsyn till naturliga sprickor i betongen med hjälp av data-program.
Ett exempel på samarbete med universitetet är att man tillsammans har kon-struerat och vidareutvecklat en expanderbult för betong.
4.1.2 Trä (Timber, Timber Structures, Timber Protection)
Här provas bl.a takbj älkar med avseende på utmattning, där hela takbjälken place-ras i utrustningen. Man har även utrustningar för drag/pressprovning. För klimat-test placeras klimat-testmaterialet i ett stort klimatrum med kontrollerat lufttryck och luftfuktighet (denna metod var utvecklad av Dr. Harre).
4.1.3 Brandsäkerhet (Fire-Behaviour of Materials)
Här utförs test av brandsäkerhet på bl.a tak, väggar och dörrar. För tak använder man sig av en ramp på vilken man bygger upp takkonstruktionen som skall testas. Konstruktionen antänds och man studerar brandförloppet. På motsvarande sätt gör man för att studera hur t.ex. takpapp påverkas vid brand.
7 För väggar och dörrar finns olika typer av ugnar och inklädda rum där brand-tester utförs.
4.2 Avdelning 2 Structures
4.2.1 Konstruktion stålbroar (Metal Structures, Welding, Tendons) Här använder man sig av dragprovutrustningar av varierande storlek med möjlig-het till både dynamisk och statisk belastning samt möjligmöjlig-het att variera ampli-tuden. Prövningar pågår i tidsperioder om några dagar upp till flera veckor.
När det gäller U-balk som byggelement utförs tester för att kontrollera hur mycket belastning balken tål innan förstyvning behöver svetsas på, vilket är en relativt dyr åtgärd. Det kan istället vara billigare att välja en grövre balk.
4.2.2 Curtain Walls, Lightweight Structures
Vi fick här se en rigg för provning av hållfasthet på curtain walls (yttervägg på t.ex. bankpalats ). Dessa väggar byggs av glas, marmor eller keramik. Man har fått modifiera testriggen i omgångar för att provningen skall vara relevant.
4.2.3 Kopplingar (Fixing and Connection Technology)
Här utförs både utmattningstest på armeringsjärn samt på kopplingar till armeringsjärn. Provet placeras i dragprovutrustning och belastas med en bestämd kraft under ett bestämt antal lastväxlingar. Om armeringsjärnet deformeras under provningen minskas belastningen och en ny provning med samma antal lastväxlingar som tidigare utförs.
Man förfogar även över utrustning för att kontrollera säkerheten på bygg-ställningar.
4.3 Avdelning 3 Building protection, Building Chemistry
Denna avdelning besökte vi inte. Det berättades dock för oss om huset där man idag forskar kring korrosion. När FMPA ville bygga huset sade myndigheterna först nej, eftersom man ansåg att det fanns tillräckligt med byggnader på området.
Bestämmelserna kringgicks då genom att institutet lyckades få tillstånd att bygga ett brandsäkert testhus.
Huset är byggt i stålkonstruktion med inbyggt sprinklersystem i stålbalkarna. Kort efter att byggnaden stod klar skulle man brandtesta i fullskaleförsök. Hela huset utrymdes och brandkåren var på plats. Dock lyckades man inte få eld på huset och personalen åkte hem.
Några eldsjälar bestämde sig då för att huset mot alla odds skulle brandtestas. De gick in, dränkte huset i bensin och tände på. Följden blev att huset brann och man fick bevis för att sprinklersystemet fungerade. Och institutet hade nu fått sitt extra hus.
4.4 Avdelning 4 Geotechnics
4.4.1 Asfaltlaboratoriet (Asphalt Technology) På asfaltlaboratoriet provbereds och provas asfalt.
Nedan följer en sammanställning över utrustningar på asfaltlaboratoriet.
0 Utrustning för att tillverka marshallprovkroppar. På dessa provkroppar utförs bl.a vattenupptagningsförmåga i vakuum, hålrumshalt och stabilitetstest.
Kornstorleksanalys av stenmaterial med siktar.
0 Extraktion. Som lösningsmedel använder man trikloretylen. Provet placeras i behållare med finmaskig sil i botten, 0.09 mm. Behållaren placeras i glaskärl på värmeplatta och ett lock med glasfibertätning lägges ovanpå. I locket finns vattenkylslinga. Lösningsmedlet droppar ned på provet och löser upp bindemedlet. Man tätar inte extra med aluminiumfolie eller dylikt runt locket. Provutrustningen är placerad på laboratoriebänk utan dragskåp eller punktutsug (bild 2).
Bild 2 Utrustningför extrahering
Fillercentrifug. Motsvarande utrustning som på VTI men även detta moment utförs utan extra ventilering.
Kallextraktion. Utförs mycket sällan. Man använder sig av en special-tillverkad utrustning där provet med hjälp av en motor förs fram och tillbaka i en öppen behållare. Under provningen har man stor avdunstning av lösningsmedel. Denna extraktion utförs dock i dragskåp.
Bild 3 Utrustningför återvinning av bindemedel
10
0 Återvinning. Utförs enligt DIN 1996. Provet värms till lZOOC. När temperaturen 'ar uppnådd skapas ett undertryck på 25 mbar samtidigt sem temperaturen höjs till l70°C. Provet hålls vid 170°C och 25 mbar i
10 minuter (bild 3).
0 Blandning av asfaltmassa.
Gussasphalt: Förvärmning i värmeskåp till lOOOC, fortsatt blandning med omrörare i värmemantel till 245°C (bild 4).
Splittmastic: Utrustningsgrytan förvärms till 145°C alt 160°C. Grytan placeras sedan i utrustningen och massan blandas med hjälp av en grovomrörararm (bild 5). Max 4 kg kan blandas i taget. Behövs större mängder (Lex. till utmattningstest) varmhälls den blandade massan i värmeskåp och blandas sedan vid prov-beredningen.
Bild 4 Omrörare Bild 5 Gr0v omrörararm
0 Värmebeständighet (glidprovning) se avsnitt 5.
0 Utmattningstest (Dauerschwellbiegeprüfung) se avsnitt 6. 4.4.2 Isolering (Isolation)
Kontroll utförs bl.a på takisolering, broisolering , kunstoffe (för t ex deponier) och fogmassa.
För takisolering gäller att flera laboratorier är ackrediterade att godkänna pro-dukter. För att fördela arbetsbördan har de olika laboratorierna ansvar ett år i taget för kontroll enligt ett rullande schema.
Broisoleringsprodukter provas från flera olika länder. Följ ande metoder tittade vi lite närmare på:
0 Utskärning. Stålformar med provbitarnas mått placeras på mattan. Med hjälp av en tryckpress stansar man sedan ut provbitar (bild 6). Man använder sig även av skärmaskin.
Bild 6 Stansar samt tryckpressför utskärning av broisoleringsprodukter
Tjockleksmätning. Med hjälp av en mätare av fabrikat M.Eisinger Mitutoyo IDU 25, lästes tjockleken av i mätområde 0.01-25 mm. Utskrift av samtliga mätvärden samt statistiska uppgifter erhölls med hjälp av skrivare av märket Digimatic Mini processor OPl-HS.
Böjtest (lågtemperaturflexibilitet). Provning utförs på prov före och efter värmelagring 6 månader vid 70°C (proven lagras liggande). Prov samt dorn tempereras i kylkammare där också böjning sker (bild 7). Både svetsbi-tumen och ovansida böjs. Tre prov i vardera riktning tempereras två timmar vid aktuell temperatur. Vid provning böjs provbiten inom 5 sekunder runt en dom med diametern 15 mm. Förändringar som brott och sprickor noteras samt bedöms enligt blankett Prüfung des Kaltbiegeverhaltens nach UEAtc 1/84 (bilaga 3).
Bild 7 Kylkammare för provning av lågtemperamrflexibilitet
Provning utförs också enligt föreslagen standard från CEN TC 254, prEN 1109 Flexible sheets for roofing, -Determination of flexibility at low temperature . Metoden föreskriver temperering i vätska (metanol/vatten). Ett antal vätskebad har införskaffats för att göra provningen effektivare (bild 8).
Baden är inställda på bestämda temperaturer ned till -40°C om intervall på 5°C. Vid -40°C förekommer problem med isbildning. Herr Maier ansåg bl.a. av praktiska skäl att det var bättre prova i luft istället för i vätska. Vad avser resultat har erfarenheter vid FMPA visat att i vätska klarar materialen att böjas vid lägre temperatur utan att sprickor uppstår jämfört med provning i luft.
På VTI ersatte föreslagen CEN-metod den manuella provningen efter en jäm-förande studie 1992 (5). På VTI används kylmediet etylenglykol/vatten i för-hållandet 1:1.
Bild 8 Kylbadför provning av lågtemperaturflexibilitet
0 Värmebeständighet. Enligt metod UEA tc 1/84, DIN 52123. Provning utförs på prov före och efter värmelagring 6 månader vid 70 0C (proven lagras liggande). Vid provberedning används lödkolv för att ta bort svets-bitumen från stommen. För att ta bort skyddsplast placeras provbitarna i frys ca 1 timme varefter plasten blåses bort med tryckluft (6 bar). Proven (dubbelprov) hängs rakt på en kratta (bild 9) och placeras i värmeskåp 2 timmar vid 100 0C. En visuell bedömning görs av hurmycket svets-bitumen runnit i nedkant av provbiten. Temperaturen ändras sedan i fem-gradersintervall för att hitta den temperatur där provet börjar rinna. Provning utförs även enligt CEN-metodik CEN TC 254, prEN 1110 Flexible sheets for roofing -Determination of slump properties at elevated temperature . Enligt CEN-metoden bestäms vid vilken temperatur provet runnit 32.0 mm genom att mäta mitt på provbiten. På FMPA tycker man inte att CEN-metoden är en bra bedömningsmetod.
På VTI bestäms hur mycket provet runnit efter 2 timmar vid 100°C genom att mäta mitt på provbiten enligt CEN-metoden. Provet är godkänt om avrinningen
är <1.0 mm. Den visuella bedömningen kan skilja sig mellan olika laboranter medan CEmetoden ger en mätbar skillnad och också repterbara resultat.
Bild 9 Lödkolv för provberedning samt kratta för upphängning av provbitar till värmebeständighetsprøvning.
0 Dragprovning. Provbiten kläms fast i dragprovutrustningen och dras med en hastighet av 40 mm/min tills brott uppstår. Kraften som åtgår för att dra sönder provet rapporteras. Man drar fem prov i respektive längd- och tvär-riktning. Inspänningslängden är 200 mm. Provning utförs vid rumstempe-ratur (23°C). Luftfuktigheten vid provning skall enligt metoden vara 50 %, men provning utförs vid rådande luftfuktighet. För att säkerställa att prov-biten inte glider under körning kyls inspänningsanordningen till OOC. Prov-biten kläms sedan fast med ett tryck av 4 bar (bild 10).
Bild 10 Utrustning för dragprovning av broisoleringsmaterial
Dragprovning utförs också på plast (t ex kunstoffe ) och fogmassa (pfuffer-schicht). Utrustningen är mindre än den man använder till broisoleringsprodukter och provning kan utföras i kyla med hjälp av kylkammare.
0 Formförändring. Enligt metod DIN EN 1107. Provbitens mått är 250 X 50 mm. Provberedningen utförs i princip som på VTI, men istället för att limma fast en mutter med epoxilim trycker man fast en öljett som nollpunkt vid uppmätning av formförändringen. När ritsen skall göras fixeras provbiten i en form, vilken tas bort då mätlinjalen placeras på provet (bild 11).
Bild 11 Formförändring, provbit samt mätutrustning.
0 Penetrationstest. Utförs på isoleringsduk till t.ex. depåer. En dom med kula i änden släpps ned på provet från 1 m höjd. Fem perforeringar utförs på varje provbit. Provbiten kontrolleras med avseende på eventuella hål med hjälp av statiskt vattentryck 0.1 har i 1 min. Är tre av fem perfore-ringar godkända (ej hål) ökas fallhöjden, om inte sänks fallhöjden.
4.4.3 Bindemedel (Bituminous Materials)
Analys av bitumen utförs i princip med motsvarande metoder som på VTI.
Vissa praktiska skillnader i utförande finns dock. Som exempel kan anges att man vid provberedning avlägsnar eventuella luftbubblor genom att efter upphäll-ning (till t.ex. penetration) ställa in provet i den avstängda ugnen i ca 20-30 minuter med ett löst lock liggande på.
Nedan följer en sammanställning över utrustningar för analys av bindemedel. 0 Askhalt.
0 Elastisk tillbakagång. 0 Fallprov Herrman.
0 Mjukpunkt (kula och ring).
0 Kulpenetration.
Belastning 125 g. Provningstemperatur 25°C eller 40°C. Vid provning i 40°C förvärms kulan i provningsbadet. Innan penetrationen kalkas både kulan och bitumenytan (bild 12).
Bild 12 Utrustning för kulpenetration
0 Brytpunkt enligt Fraass, provberedning. 40 :0.1 g av provet vägs in på bleck. Blecket placeras på en stor spatel (ca 8 cm på bredaste stället) vilken läggs på en värmeplatta. På värmeplattan är magnetiskt stål fastsatt så att spateln fastnar . När bitumenet börjar smälta lyfts hela värmeplattan och vinklas, så att bitumenet fördelas jämnt Över blecket. Spateln med blecket placeras sedan på en tjock stålplatta för att svalna. Direkt efter svalning, ibland bara efter någon minuts temperering, körs provet i helautomatisk utrustning.
På fråga om det utförs några reologiska provningar t ex viskositet, visades en Viskositetsvåg Höppler, vilket var en utrustning som inte används i dag. Den fungerar i princip så att en kula får sjunka ned i provet. Nedsjunkningen uppmäts med hjälp av motvikter, vilket också ger måttet på materialets viskositet.
5 Glidprovning (Värmestandverhalten)
Glidprovning utförs enligt den tyska provningsföreskriften för isoleringssystem på stålbroar TP-BEL-ST (Technische Prüfvorschriften für die Prüfung der Dichtungsschichten und der Abdichtungs-Systeme für brückenbeläge auf Stahl).
5.1 Provberedning
Tillverkning av massa till provplattor utförs enligt punkt 4.4.1, blandning av asfaltmassa.
På en stålplatta (Stahl ST 37) med måtten 700 x 150 mm, sandblästrad enligt DIN 55 928 till Sa 21/2, placeras en gjutform av trä. I gjutformen placeras sedan tre mindre stålplattor på vilka isoleringslagret appliceras. Beläggningslagret läggs på dagen efter.
Aluminiumbleck, ca 2.5 X 5 cm placeras i båda sidorna på isoleringslagret (före beläggningslagret) samt ovanpå beläggningslagret, när massan ännu är varm.
När beläggningen svalnat sågas den itu i skarvarna mellan de mindre stål-plattorna.
5.2 Provning
Provplattan fixeras på en ställning med 150 lutning (bild 13).
Provet får anta rumstemperatur innan aluminiumblecken ritsas med en passare. Passaren är en metallstav, ca 30 cm lång, med en påsvetsad stålkula i ena änden och en rits i den andra. I provställningen finns hål i vilka stålkulan placeras och dessa utgör nollpunkt vid ritsningen.
De tre proven placeras i värmeskåp 60°C i 72 timmar. Provet plockas sedan ur värmeskåpet och när provet svalnat till rumstemperatur (ca 1 timme) görs en ny rits. Glidningen mäts upp som avståndet mellan ritsarna. Detta förfarande gäller om glidningen är 31 mm. Vid större glidning görs en kontroll varje dag (provet plockas snabbt ut ur ugnen, ritsas och ställs åter in i ugnen).
Ett beläggnings- och isøleringssystem för stålbro godkänds först när både glid-provning (Värmestandsverhalten) och utmattningstest (Dauerschwellbiege-prüfung) uppfyller kraven.
Bild 13 Provplatta samt provställning för glidprovning
6 Utmattningstest (DauerschwelIbiegeprüfung)
Utmattningstest utförs enligt den tyska normen för stålbroar ZTV-BEL-ST 92. Utrustningen togs fram under 60-talet av Dr.-Ing. W Harre.
En balk uppbyggd som beläggningssystemet utsätts för pulserande belastning vid bestämda temperaturer under ett bestämt antal lastväxlingar. Ingen förlust i vidhäftning eller andra skador får uppstå om beläggningssystemet ska anses godkänt.
Utmattningsprovningen utförs som ett första steg för ett eventuellt god-kännande av ett isoleringssystem.
6.1 Tillverkning av provkroppar
En tredelad form, 1 meter lång och 15 cm bred, monteras. De två nedersta form-segmenten fixeras med skruv i en stålplatta, så att formen inte rör sig under prov-beredningen.
Stålplattan, med måtten 700 x 200 x 12 mm, skall vara av kvalitet Stahl St 37 enligt DIN 55 928, sandblästrad för att uppfylla jämnhetskravet Sa 21/2.
Form och verktyg smörjs in med silikon.
Massan blandas enligt avsnitt 4.4.1, blandning av asfaltmassa. Splittmastic-asfalten värms till lÖOiSOC och ABS för Högakustenbron till 180°C. Vid app-licering av gjutasfalt värms massan till 245 :500 För material till Högakusten-bron gällde 200°C.
Formarna och packningsutrustningen värms upp till samma temperatur som skyddslagret.
Skyddslagret 35 mm tjockt och slitlagret 35 mm tjockt (för Högakustenbron 23 mm) appliceras med en dags mellanrum.
En jämn fördelning av massan fås med en insats bestående av 12 fack (bild 14). Massan fördelas från mitten och ut mot kanterna.
Bild 14 Insats till formför provberedning av balkar till utmattningstest
När massan är pålagd tas insatsen bort och en varm vibrerande platta skjuts över provet för att trycka till asfaltmassan till ca 4 cm tjocklek. Därefter byter man till en varm vibrerande cylinder där en person pressar ned och två personer skjuter formen fram och tillbaka tills korrekt tjocklek har erhållits (bild 15). Det behövs 35-40 övergångar för att åstadkomma korrekt tjocklek.
Hela appliceringen inklusive packning får inte ta mer än 15 minuter. I gynn-samma fall räcker 7-8 minuter.
Herr Zatloukal poängterade att det krävs god planering och ett Väl fungerande arbetslag för att genomföra applicering och packning på ett tillfredsställande sätt.
Bild 15 Herr Zatloukal demonstrerar packning av massa.
6.2 Provning
Den färdiga balken ( med stålplatta) placeras i provningsutrustningen (figur 1). Balken läggs på tre stålvalsar med diameter 50mm och inbördes avstånd 300 mm. På provplattan finns stålbärare fastsvetsade som ska förhindra böjning i tvärled. Det är också på dessa fyra stöd som lasten läggs vid provning med hjälp av en ställning som placeras över provet. Man trycker alltså aldrig direkt på asfaltbeläggningen.
SchniH A--A * . SchhiH' C-C
_150 * V _n
/
221
\\\\\\\\\\\\\\WM
8 4
. l / l ' 0T -/ 25°
of
N
..
7
- Fracheis°en WW' 38x10x244 _Belas'rungsøeinrichtung l \ \ l _ V Belag -Bild 4. Versuchsaufbaul F_ (L G'O
r- - c
MeBuhr
l_
l
. _
SJ
-. . /Belag ' *YLE- flJ ' . .r i'- I . . g - j .-. .-. .tt _ O . - _ '1.' .4- . ._ __0 JJ... 3,* 'g .5 _0_ H- . .r . G I J _ 7.' I h ' '.' (.- :.-' ' . J. J.. : . . . '_ '_--"- 'A . -' i- 0' .-72 "-"'§ .om- t' 3' "3 'H 5" '. vi 'I :'47'.* -l ' - u." ' 4 . -t . - ' . .'1 -' c 0' Au -.' '. ' -. ,' -. c " . ..-'I
C§§.Sfahlpla+fe
i 125
175 E
175
125
RO"e '°98r
:4- .7 (HaBe ln mm)
Figur 1 Utmatmingstest (Dauerschwellbiegeprufung)
Lasten på provplattan anpassas så att nedböjningen på provplattan (utan be-läggning) är 0.5 mm vilket ska motsvara 1/600 för stålkonstruktionen i verklig-heten. Provningen utförs med frekvensen 2 Hz (120 cykler/minut). Enligt Dr Harre motsvarar provningen trafik med hastigheten 60-80 km/h.
För system till Högakustenprojektet har undersökningen även omfattat belast-ning med dubbel nedböjbelast-ning.
Normalt provas vid temperaturerna _20°C och +20°C. Vid provningarna som utförts på material för Högakustenbron har temperaturerna varit -30°C, _20°C, +20°C och +30°C.
Undersökningen börjar vanligen vid rumstemperatur eftersom det visat sig att påfrestningarna då är som störst för systemet. Provningen fortsätter därefter med provningstemperaturen _20°C. Kylanläggningen består av en frigolitbehållare och ett kylaggregat som blåser kall torr luft på provet (bild 16).
För att kontrollera temperaturen under provning monteras termistorer på be-läggningen (bild 17). En separat utrustning registrerar kontinuerligt temperaturen.
Antalet lastväxlingar är 1 miljon och det tar en vecka att genomföra en provning.
Deflektionen kontrolleras vanligen två gånger per dag med hjälp av mätklockor på stålbärarna (bild 16). När sprickor uppstår i systemet syns detta tydligt genom att nedböjningen Ökar.
Vid varje temperatur undersöks vanligen två prov.
Är inte resultatet tillfredsställande avbryts vidareundersökningar. Ytterligare
en tredje balk provas om resultaten för de två tidigare motsäger varandra.
Vid den visuella bedömningen av provplattan efter 1 miljon lastväxlingar får inga vidh'aftningsförluster eller andra skador ha uppstått.
Bild 16 Kylanläggning för utmattningstest
Bild 17 Temperaturkontroll på beläggningen med hjälp av termistorer
7 Fluorescensmikroskopi- Provberedning
Vid FMPA undersöks i fluorescensmikroskop i första hand bituminösa isole-ringsmattor för tak- respektive broisolering. Undersökning av asfaltmastix mot-svarande som används i Sverige utförs inte (detta material är inte vanligt i Tyskland).
Fluorescensmikroskop av märke Jenalumar, JENA används. Till mikroskopet har man kopplat fotoutrustning med polaroidfilm.
För provberedning använder man sig av en skärmaskin som skär i kyla. Tillverkare är Reichert-Jung och modellbeteckningen 2035 Biocut (bild 18).
För att jämföra VTI's provberedningsmetod med FMPA's metod togs material med från Sverige dels en broisoleringsprodukt godkänd enligt BRO 94, dels en polymermodifierad mastix med bindemedel av typ PMB 32.
Bild 18 Skärmaskin Reichert-Jung 2035 Biocut
7.1 Broisoleringsmatta
Vid undersökning i fluorescensmikroskop är det av stor vikt att ytan som skall studeras är plan för att man ska kunna erhålla en skarp bild vid högre förstoring.
För att få helt plana snitt skär man därför provet i kyla.
Vid provberedning av mjuka isoleringsmattor gjuter man först in i vax. En mindre bit av produkten klipps alternativt skärs ut och placeras i en form (bild
19).
Vaxet värms upp till smälttemperatur och hälls över provbiten i formen. Det är viktigt att vaxtemperaturen inte blir så hög att den skadar bitumenet.
Är isoleringsprodukten styvare behöver provbiten inte gjutas in.
. . . . V. , .. .. .. A5, ,4,4 5:_ _nu_ ,._,._,._._._.^.: _ Bild 19 Formför ingjutning av provfrån mjuka broisoleringsmattør.
Runt provbiten (ev. ingjuten i vax) fästes kitt. På FMPA använder man sig av en produkt från Teroson, Sealing Profile med diameter 8 mm. Kittet säkerställer att provbiten fäster i skärmaskinen.
Fästcylindern kyls med kolsyresnö, C02. Den nedkylda fästcylindern kyler sedan provbiten. På provbitens yta påföres lite smörjmedel, levererat av skär-maskinstillverkaren. Efter montering skjuts provet manuellt mot ett skärblad som skalar bort skivor av provet. Tjockleken på skivorna kan varieras, dock max 60 pm. Skärmomentet underlättas om man samtidigt sköljer med destillerat H20. Tack vare att provet är kraftigt nedkylt kladdar inte bitumen och eventuell poly-mer under skärmomentet.
En av fördelarna med denna provberedning är att man lätt kan välja att studera produkten i längd respektive tvärriktning. Man kan också titta på hela tvärsnitt av isoleringsprodukten, från svetsbitumen genom stommen och upp till ytan. För mjuka material där brottytan ofta blir ojämn, kan man med denna metod få ett helt plant snitt. Med VTI's provberedningsteknik studeras brottytor i ej förutbestämd riktning och endast svetsbitumen studeras.
För ett av materialen från Sverige uppstod dock problem när provbiten återgick
till rumstemperatur. Provbiten var ingjuten i vax ochnär temperaturen i provet
steg ändrade den form och blev konvex. Detta resulterade i en yta som inte längre var plan och det var inte möjligt att få en skarp bild i mikroskopet vid högre för-storing. Vi placerade då en av de tunna skivorna som tidigare skurits loss med skärmaskinen på ett objektglas och studerade i mikroskopet vilket gav ett mycket gott resultat.
De avskurna skivorna används annars för att studera eventuella håligheter i strukturen. Man nyttjar då genomfallande ljus underifrån i mikroskopet.
7.2 Asfaltmastix
Försök gjordes även att provbereda asfaltmastix i skärmaskinen. Mastixen var dock alltför hård för att skärmaskinen skulle klara att skära igenom. Vi fick som förslag att prova med diamantskärskiva i kyla.
8 Utvärdering
Besöket upplevde Vi som mycket givande. All personal vi mötte var mycket tillmötesgående. De visade gärna utrustningar och provningsmetoder och delade även med sig av egna erfarenheter.
Helhetsintrycket av laboratorielokalerna är att de storleksmåssigt motsvarar lokalerna på VTI. Vi upplevde det dock som trångt Vilket kan bero på att det överallt fanns mycket prover och Övrigt material på bänkar och golv. Ur arbetsmiljösynpunkt upplevde vi lokalerna sämre än VTI's bl.a. med avseende på ventilationen.
Vad avser utrustningar bedömer vi att VTI har större resurser och även modernare utrustningar för att prova asfalt och bindemedel. På broisoleringssidan år resurserna i stort på samma nivå.
Personalen på laboratoriesidan bedömer vi ha minst lika hög kompetens på VTI som på FMPA. Eventuellt saknar VTI dock motsvarande spjutspets-kompetens med tanke på praktisk utveckling av metoder och utrustningar.
9 Referenser
(1) Vägverket. Projekt Höga Kusten, Tekniska fakta om Högakustenbron. Broschyr.
(2) Colldin Y. Isolering och beläggning på stålbroar. Ett besök vid Otto Graf
4 Institut i Stuttgart i maj 1994. VTI notat 48-1994.
(3) Colldin Y. Isolering och beläggning för Högakustenbron. Uppföljande laboratorieprovning av material för utmattningstest vid Otto Graf Institut. VTI notat 7-1996.
(4) Forschungs- und Materialprüfungsanstalt Baden-Württemberg, Otto-Graf-Institut, Stuttgart. Broschyr.
(5) Colldin Y., Nilsson Ä. Polymerbitumenmattor. Jämförande undersökning av provningsmetodik vid bestämning av lågtemperaturflexibilitet, värme-beständighet och mjukpunkt. VTI notat V179 1992.
Bilaga 1
Forschungs-
und
Materialprüfungsanstalt
Baden-Württemberg (Otto-Graf-Institut)
41)
/ u..
FORSCHUNGS- UND MATERIALPRUFUNGSANSTALT
BADEN-WURTTEMBERG
'
OTTO-GRAF-INSTITUT
Forschungs- und Haterialprüfungsanstalt Baden-Württemberg
(Otto-Graf-Institut) '
The FMPA Stuttgart is the Research and Testing Establishment of the state of Baden-Württemberg. This state is part of the Fede-ral Republic of Germany and is located in the south-west corner of Germany having a common border with Switzerland and France. The tasks and the work are dedicated mainly to the needs of the building and construction industry in the widest sense.
Tasks
Since the founding of the institute in 1884 there have been strong ties with industry. Contacts with industry are not only the main source of income but also the main stimulus for the activities. Since the building and construction industry does not have large research and testing facilities of its own, much of the research is performed in close cooperation with the FMPA
or universities. Another important aspect should bementioned:
products for which safety is relevant and which are not stan-dardized need approval by the German Institute for Building Techniques (DIBt). The approval is assigned to the product after it has been tested by an institute which is accredited by DIBt. Most of such products which are tested in the FMPA are results of joint research and development activities.
Another task is to perform research at a more basic level, which is often funded by various organizations in Germany of by the European Union. The University of Stuttgart is a research partner in many of these cases. Examples are non-destructive testing, long-term behaviour of timber, permeability of concre-te, wear of floor surfaces, and corrosion of steel.
Links between the FMPA and Stuttgart University facilitate the education of the civil engineering students during the first part of their studies in the compulsory course on materials and during diploma thesis and doctoral thesis work.
A few years ago, the German Accreditation system for testing laboratories (DAP) has been created. The FMPA is a founding member and is involved in audits and in the accreditation of
laboratories.
Facilities and organization
All fields of materials, testing and analysis are covered by modern equipment and highly qualified staff. There are a strong floor and testing machines available up to 20 MN in tension and 15 MN in compression, there are modern analytical methods like
NMR, GC-MS, ICP-OES, XFA, XDA, DTA, SEM, thermography, SQUID and
others. There is.a particular knowledge of non-destructive as-sessment of corrosion of prestressing wires in structures. A soil and rock laboratory as well as fire testing devices com-plete the experimental facilities.The personnel consists of 106 academic (engineers, chemists, physisists, mineralogists, metallurgists), 91 technical and 39 administrative persons.
The FMPA has four departments with their special fields:
1 Construction Materials: Inorganic binders, concrete, masonry,
timber, polymers, fire-behaviour of materials and structures
2 Structures: Concrete and steel structures, welding, curtain
walls, fixing technology, structural glazing
3 Chemistry and Building Protection: Chemistry of construction
materials, restauration of historical monuments, paints,
coatings, corrosion protection, environmental impact
4 Geotechnics: Soil mechanics, waste disposal, anchors,
founda-tions, rock:mechanics, geotextiles, sports facilities, water-proofing and asphalt technology
The FMPA is accredited by the building authorities of all states (Lander) of Germany and by the German Organisation for Technical Approvals (Deutsches Institut für Bautechnik in Berlin). Active
participation in RILEM, ACI, ASTM, CEB, EGOLF, EUROLAB, VMPA,
and DAP.
Clients
Most Clients belong to small and middle-size companies which develop new products in the field of building and construction and do not have their own testing facilities or need a certifi-cation of their products from an independent institution for technical approval. Relations exist to all European countries, to the Near and Far East, and to both Americas.
If you need specialised testing and advise in all fields of building and civil engineering you are welcome to contact us. Please contact FMRA BW, Pfaffenwaldring 4, [#70569 Stuttgart,
Bilaga 2
FMPA Organization Chart (June 1996)
F M P A O r g a n i za t i o n C h a r t ( J un e 1 9 9 6 ) C E N T R A L AD MI NI ST RA TI ON A N D C O N T R O L L I N G Fo rs ch un gs -un d Ma te ri al pr üf un gs an st al t c Ba de n Wür tt em be rg (O tt o-Gr af -I ns ti tut ) _ , 'P fa ff en wa ld ri ng 4 P D-70 56 9 St ut tg ar t (V ai hi ng en ) I PU BL IC RE LA TI ON S ' I Te l. : + 49 -7 11 -6 85 33 23 Fa x: -l-49 -7 11 -6 85 68 20 i AC CR ED IT AT IO N OF FI CE FO R || Di re ct or : o. Pr of . Dr .-In g. H. -W . Re in ha rd t 'l TE ST IN G, D A p H De put y: Pr of . Dr .-In g. W . Ma nn s I .ss-:r IN NO VA TI VE R E S E A R C H G R O U P D E P A R T M E N T l BU IL DI NG MA TE RI AL S Pr of . Dr .-ln g. W. Ma nn s D E P A R T M E N T 2 S T R U C T U R E S Dr .-ln g. G. Völ ke l D E P A R T M E N T 3 BU IL DI NG PR OT EC TI ON . BU IL DI NG C H E M I S T R Y Pr of . Dr .-ln g. U. Nür nb er ge r D E P A R T M E N T 4 GE OT EC HN IC S Dr .-In g. . H. Sc ha d 1l Inor ga ni c Bi nd er s, Mo rt ar , Ad di ti ve s 21 Conc re te St ruc tur es 31 Inor ga ni c an d Or ga ni c Ch em is tr y, En vi ro nm en ta l Pr ot ec ti on 41 Soil Me ch an ic s, Wa st e Di sp os al Te ch no lo gy, Ro ad Co ns tr uc ti on 12 Conc re te Te ch no lo gy 22 Meta l St ruc tur es, We ld in g, Te nd on s '3 2 Main te na nc e an d Re st aur at io n of Hi st or ic al Mo num en ts 42 Foun da ti on En gi ne er in g, Si te In ve st ig at io n 13 Cera mi c, Na tur al St on es , Ma so nr y 23 Cur ta in Wa ll s, Li gh twe ig ht St ruc tur es 14 Timb er , Ti mb er St ruc tur es , Ti mb er Pr ot ec ti on 24 Fixi ng an d Co nn ec ti on Te ch no lo gy 33 Bui ld in g Pr ot ec ti on , Or ga ni c Co at in gs , Pl as ti c Pr od uc ts 43 Rock Me ch an ic s, Si te Te st in g, Ca li br at io n 15 Plas ti c Pr od uc ts ,ln sul at io ns 25 Struc tur al Gl azi ng 34 Corr os io n Pr ot ec ti on , Me ta ls Å ' I A . ls ol an on , Bi tum mo us Ma te ri al s, As ph al t Te ch no lo gy 16 Fire -B eh avi our of Ma te ri al s 26 Scaf fo ld in g, Sp ec ia l St ruc tur es 35 Anal yt ic al Ch em is tr y Ce nt re 45 Geot ext il es , Te st in g De vi ce s 17 Fire -B eh avi our of St ruc tur es 27 DK D Ca li br at io n of Le ng th .3 6 Techn ic al Ch em is tr y Of ñc e Ka rl sr uh e 46 Spor ti ng Groun ds , Sp or ts Fa ci li ti es 'l Al so Ch ai r of Co ns tr uc ti on Ma te ri al s In st it ut e, Un ive rs it y of St ut tg ar t
3
.1
.9
63
Bilaga 3
Prüfung des Kaltbiegeverhaltens nach UEAtc 1/84.
Provningsprotokoll
g un g a um -q uL , gl as s t h t r l g , -K = Ra nd zo ne Sc hn it täa nt e 4 Bl /R lÅÃE 0, 5
ge
ra
de
Br
uc
ka
nt
en
Br
uc
h
(B
léB
öI
:
B2
/R
2
0,
5
-1
II I -we i c h , k e i n e d e f i n i e r b a r e D i e D S i s t b i s zur E g e b r o c h e n . B 3 / R 3 ; 1 _ *S tr uk tur ' Ri SS . (R Å-R5 ): * * B4 /R 4 l -ze ili ' üb I IV * '-d i e o b e r e D e c k s c h i c h t (D S) D i e T i e f e d e r B e s c h äd i g un g d e r 3 5 / R 5 m4 2 _ ze i l i å p r ág i i åg åf l ös t s i c h E l n l a ge (E ) D S i s t o p t i s c h n i ch t e r k e n n b a r . B G / R ö _ m ehr -ze i l i g b r e i t e I L L q ue r ä 4 l än g s probe °C 'nach Teil- Temp. Lagerungsdauer _UEAtc 1/84. (rv OberseitePrüfung des Kaltbiegeverhaltens
