Funktionsegenskaper hos dränbeläggning : Undersökning av borrkärnor från väg E20 vid Skara

V T I meddelande

Funktionsegenskaper hos dränbeläggning

Undersökning av borrkärnor från väg E20 vid Skara

Peet Höbeda och Safwat F. Said

Väg-

och transport­

forskningsinstitutet

V T I meddelande

Nr 734 • 1994

Funktionsegenskaper hos dränbeläggning

Undersökning av borrkärnor från väg E20 vid Skara

Peet Höbeda och Safwat F. Said

Väg-och transport-

forskningsinstitutet

Utgivare:

VSg-och

t

forskningsinstitutet

Projektnamn: Funktionsegenskaper hos dränbeläggning - en undersökning av borrkämor från väg E20 vid Skara___

Författare:

Peet Höbeda och Safwat F. Said

Uppdragsgivare:

Vägverket (VV)

Denna publicering innebär inte att VTI har tagit ställning till de åsikter, re

Titel:

Funktionsegenskaper hos dränbeläggning

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

En vägsträcka, 4600 meter lång, bestående av dränbeläggning på väg E20 är objekt för rehabili­ tering. Frågan är om man kan lägga ett nytt slitlager på den befintliga dränbeläggningen utan större risk för allt för tidiga deformationer i lagren. Alternativt finns det möjlighet för remixing av den befintliga dränbeläggningen.

Vid påläggning av nytt slitlager kommer det dränerade lagret att vara mellan två täta belägg­ ningar och några centimeter under vägytan. Risken för vattenansamling och plastiska deforma­ tioner ökar i dränbeläggningen, varför vattenkänslighet och stabilitetsegenskaper har undersökts hos borrkämor från dränbeläggningen. Slutsatsen är att aktuell beläggning inte bör byggas in mellan täta asfaltlager p g a potentiell vattenkänslighet och därefter ökad risk för deformationer. Remixing av beläggningen har visat sig vara ett bra alternativ i det här fallet.

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

ISSN: 0347-6049 Språk: Svenska Antal sidor: 30

Publisher: Publication: y y j MEDDELANDE 734 Published:

1994

Project, code:

60169

Project: Functional Properties o f Porous Asphalt Mixture - Test o f Cores From Highway E20 at Skara__________

Author.

Peet Höbeda and Safwat F. Said

Sponsor.

Swedish National Road Administration

Any views expressed in this report are those of the author/authors and are not necessarily endorsed by the VTI. Title:

Functional Properties o f Porous Asphalt Mixture

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

The object o f the study is the possibility o f rehabilitating a 4,600 m long stretch of road on highway E20, consisting o f a porous asphalt mixture. The question is whether a new wearing course can be applied to the existing porous mixture without the risk o f premature deformation o f layers. As an alternative, the existing porous mixture may be remixed.

When applying a new wearing course, the porous layer will be found between two dense mixlayers, a few centimetres below the road surface. There is a risk o f water saturation of the porous asphaltlayer and thus an increased risk o f failure. Consequently, susceptibility to water and stability characteristics were studied in cores drilled from the porous mixture. The conclusion o f the study is that the mixture in question should not be enclosed between dense asphalt layers because of a potential susceptibility to water and consequently an increased risk o f deformations. In this case, a remixing of the porous mixture proved to be a good alternative.

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

ISSN: 0347-6049 Language: Swedish No. of pages: 30 S-58195 Linköping Sweden

Swedish Road and

FÖRORD

Undersökningen har gjorts på uppdrag av Vägverket, Region Väst och Vägverket, Hk i Borlänge. Kontaktman från Vägverket har varit Rune Langfjell.

Linköping i februari 1994

Peet Höbeda

INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sida SAMMANFATTNING

I

n

1

3.1.2.2 Jämförelse med några utländska undersökningar 8

3.1.3 Bedömning 15 3.2 Provning av stabilitet 15 3.2.1 Provningsmetodik 15 3.2.2 Resultat 18 3.2.2.1 Dynamisk kryptest 18 3.2.2.2 Dynamisk skjuvmodul

19

4

4.1

5

6

I

Funktionsegenskaper hos dränbeläggning

- en undersökning av borrkärnor från väg E20 vid Skara av Peet Höbeda och Safwat F. Said

Statens Väg- och Transportforskningsinstitut (VTI) 581 95 LINKÖPING

SAMMANFATTNING

Det karakteristiska för en dränbeläggning är det höga hålrummet. Den dränerande förmågan hindrar vattenplaning och därmed risk för trafikolyckor. Dränbelägg- ningar har inte någon bärande funktion i vägöverbyggnad. De mekaniska egenska­ perna hos dränbeläggningar är mindre utforskade än hos tät asfaltbetong. Proble­ met är att vid rehabilitering av vägar, utförs normalt nya pålägg på de gamla be­ läggningarna. Risk för vattenansamling är stor om en dränbeläggning byggs in mellan två täta beläggningar, vilket ger upphov till stripping och därefter nedsatt bärighet.

I det här arbetet har undersökningar utförts angående vattenkänslighet och defor- mationsmotstånd hos dränbeläggningen på väg E20 vid Skara. Borrkämor har er­ hållits genom Vägverket och testats vid VTI. För att bedöma motståndskraft mot deformation har ett nyutvecklat skjuvförsök använts. Jämförbara resultat med HABS-referens har erhållits. Vattenkänslighet har testats genom bestämning av styvhetsmodul före och efter vattenmättning. Provkroppen sönderföll dock vid vedertagen lagring vid 40°C, varför en lagringstemperatur på 20°C använts. Resultaten från denna studie tyder på potentiell vattenkänslighet. Dessutom har vissa litteraturstudier gjorts av testning av dränbeläggning och möjligheter att remixa denna.

Slutsatsen är att aktuell beläggning inte bör byggas in mellan täta asfaltlager pga potentiell vattenkänslighet och därefter ökad risk för deformationer. Eftersom rehabilitering av vägsträckan är målsättningen för den här undersökningen, har möjligheten för remixing också studerats, som har visat sig vara ett bra alternativ i det här fallet.

n

Functional Properties of Porous Asphalt Mixture - Test of Cores From Highway E20 at Skara.

by Peet Höbeda and Safwat F. Said

Swedish Road and Traffic Research Institut (VTI) S-581 95 LINKÖPING Sweden

SUMMARY

The characteristic feature of a porous mixture is its high voids ratio. The drainabi- lity prevents aquaplaning and consequently the risk of road accidents. Porous mixtures have no bearing function in the pavement section. The mechanical pro­ perties of porous mixtures are studied to a lesser extent than dense asphalt con­ crete. The problem is that when rehabilitating roads, new overlays are normally applied on the old pavement. The risk of water saturation is considerable if a porous mixture is enclosed between two dense mixtures, giving rise to stripping and reducing bearing capacity.

This study concerns susceptibility to water and deformation resistance of porous mixtures on the E20 roadway at the town of Skara. Cores were obtained through the National Road Administration and were tested at the VTI. In order to judge the resistance to deformations, a newly developed shear test was used. Results com­ parable with the HABS reference (stone-mastic asphalt) were obtained. Suscep­ tibility to water was tested by determining the stiffness modulus before and after water saturation. The test sample decomposed in water conditioning at a temperature of 40°C. Subsequently, a conditioning temperature of 20°C was used. The results of this study indicate a potential susceptibility to water.

A number of literature studies have been carried out concerning the testing of porous mixtures and the possibility of remixing. The conclusion is that the mixture in question must not be enclosed between dense asphalt layers because of its potential susceptibility to water and an increased risk of deformations. Also the aim of this study was the rehabilitation of the stretch of road and the possibility of remixing was studied, which proved to be a good alternative.

1

1 INLEDNING

En vägsträcka bestående av dränbeläggning på väg E20 vid Skara är aktuell för re­ habiliterings åtgärd. Syftet är att undersöka om man kan lägga ett nytt slitlager på den befintliga dränbeläggningen utan någon större risk för alltför snabba defekter i lagren. Om det visar sig att det är riskabelt vid ny påläggning på den gamla be­ läggningen, studeras möjligheten för remixing av den befintliga dränbeläggningen.

2 UNDERSÖKNINGENS UPPLÄGGNING

Vägsträckan är 4600 meter lång och den består av 80 HABD 12 enligt BYA. Den är utlagd 1986 och förseglad 1992. Sträckan är belägen vid Simmatorp på E20 sydväst om Skara. Vid påläggning av nytt slitlager kommer det dränerande lagret att vara mellan två täta beläggningar. Risken för lokala vattenansamlingar i drän­ beläggningen är stor, varför det är viktigt att beläggningen är beständig mot vatten. Vid ny påläggning kommer nuvarande dränbeläggning att vara några centi­ meter under vägytan, de största skjuvpåkänningarna beräknas förekomma. Stabila beläggningar har högt skjuvmotstånd. Normalt är beläggningar av dränmassatyp stabila p g a den höga halten av stenmaterial.

En beläggning bestående av skelettmassa, HABS 12, har tagits som referens i undersökningen. Den är utlagd 1987. Borrplatser från vardera beläggningstypen utsågs för provtagning. 24 borrkärnor med 150 mm i diameter togs från dränbe­ läggningen. Borrplatserna har varit mellan hjulspåren, eftersom den största tjock­ leken hos slitlagret väntas vara där. Sex borrkärnor med 150 mm i diameter togs från referensbeläggningen.

2

3 FUNKTIONSEGENSKAPER

3.1 Provning av vattenbeständighet

En dränbeläggning är höggradigt porös och utsätts därmed också för särskilt stort påfrestning både av vatten och frysning. Samtidigt har porerna grova dimensioner och kommunicerar väl med varandra så att porvattentryck p g a inneslutet vatten eller också hydrauliskt tryck beroende på volymsökning vid frysning inte behöver uppstå. (Dränbeläggningar behöver dessutom särskilt omsorgsfull halkbekämp- ning vintertid). Det finns lite litteratur som behandlar laboratorieprovning av drän­ beläggningar med avseende på beständighet till skillnad från vad som är fallet med tät asfaltbetong (jfr VTI Notat V151). Det provningsförfarande som f n testas vid VTI i samband med vägverksprojekt "Beständighet hos asfaltbeläggning" har i princip tillgripits.

3.1.1 Provningsmetodik

Tjocklekarna hos H AB D-beläggningen var enbart ca 3-4 cm. Normalt bestämmer man vattenkänslighet hos provkroppar av Marshallstorlek, dvs med en tjocklek på ca 60 mm. Borrkärnorna har sågats till så att underliggande tät asfaltbetong av­ lägsnats, med undantag av ett tunt skikt på några mm, för att hålla samman det hålrumsrika lagret. Detta kan ha påverkat styvhetsmodulen något vid försöken. Det observerades för övrigt att överytan hos HABD-beläggningen tätats med försegling.

Eftersom endast ett fåtal borrkärnor stod till förfogande för undersökningen valdes styvhetsmodul, dvs en oförstörande provning, för karakterisering av massakvalitet. På så sätt kunde samma provkroppar användas såväl vid testning i torrt som vått tillstånd. Värden från torra provkroppar (tabell 2) bildar referens och vidhäftnings- talet är kvoten mellan "våta" och "torra" styvhetsmoduler. Provningen gjordes vid 10°C. Normalt används dock indirekt draghållfasthet för bestämning av "vidhäftningstal" (citationstecknen är till för att markera att det inte rör sig om någon entydig materialegenskap).

Vid ett första försök användes ett förfarande som grundar sig på vakuummättning vid rumstemperatur av provkroppen (med påföljande vattenlagring vid rumstem­ peratur, totalt 1 dygn), följd av vattenlagring under 5 dygn vid 40°C.

3

ringsförfarandet liknar det vid "nordiskt vidhäftningstal", där dock en bestämd komstorleksfördelning som ger ett högt, men inte definierat hålrum, används. VTI har på senare år emellertid mestadels bestämt "vidhäftningstalet" vid den massa­ sammansättning och det hålrum som används i vägen. Nyligen har för övrigt ett förslag till en ganska likartad CEN-metod tagits fram av TC 227 (tiden för vatten­ lagring vid 40°C är dock kortare, 60 timmar).

Det visade sig dock att samtliga, först vakuummättade prov, sönderföll under den påföljande vattenlagringen vid 40°C. Orsaken är den ringa tjockleken hos HABD- lagret, det ganska höga hålrummet och de för modulmätningen nödvändiga, på­ limmade metallbalkarna som dessutom utsatte de försvagade provkropparna för en ökad belastning. En borrkärna av HABS av likartad tjocklek, som medtagits som jämförelse, sönderföll inte vid varmvattenlagringen.

Förnyat försök gjordes med nya borrkärnor varvid konditioneringssättet före be­ stämning av styvhetsmodul mildrades. Hälften av provkropparna vakuummättades som tidigare, medan den andra hälften lagrades endast vid atmosfärstryck under 1 dygn. Lagringstemperaturen under ytterligare 5 dygn har sedan varit 20°C. Fort­ farande fanns det vissa problem att få metallbalkarna att sitta fast, men massan sönderföll inte, utan brott skedde i limmet. Efter något experimenterande erhölls dock provningsbara provkroppar.

Som referens har använts en provkropp av laboratorietillverkad HAB 12 som sågats till likartad tjocklek som HABD-proven. Massan hade ganska högt hålrum för att accentuera eventuell vattenkänslighet och stenmaterialet bestod av Skär- lundagranit som ger dåligt värde vid rullflaskeförsök. Påpekas bör också att M arshallprovkroppar vanligen får högre styvhet och hållfasthet än borrkämor.

3.1.2.1 Resultat

Resultatet framgår av tabell 1 och 2. Hålrummet varierar mellan ca 12 och 14 %, dvs det är relativt lågt i förhållande till nylagd HABD. Hålrummet påverkas dock (minskar) genom försegling och underliggande tunna skikt av tät asfaltbetong. Vattenabsorption har bestämts och vattenmättnadsgrad (% vattenfyllnad i porer) uträknats, dels efter vakuumbehandling resp vattenlagring (20°) vid atmosfärs­ tryck under 1 dygn, dels efter ytterligare 5 dygns lagring vid 20°C. Vakuumbe­

4

handling ger väsentligt ökad vattenupptagning enligt tabell 1. Laboratorietill- verkad HAB-referens tar upp litet vatten, speciellt vid atmosfärstryck.

Styvhetsmodulen, bestämd före och efter de två konditioneringsförfarandena, framgår av tabell 2. Efter användning av vakuummättning reduceras styvhetsmo­ dulen till ungefärligen halva värdet av "torrmodulen", medan H AB-referensen inte påverkas. Enligt VTIs erfarenheter kan man dock få missvisande höga "våtmo­ duler" vid täta massatyper p g a det porvattentryck som byggs upp vid den dyna­ miska belastningen som därmed ger ökad "bärighet" vid försöksförhållandena.

Prov, som vattenlagrats vid atmosfärstryck, visar högre "vidhäftningstal" än prov som vakuummättats och vattenlagrats. H AB-referensen har påverkats föga genom vattenlagringen (det lägre värdet kan bero på minskat porvattentryck vid belast­ ning eftersom mindre vatten sugits in).

Det är svårt att jämföra erhållna provningsvärden med tidigare undersökningar, eftersom den sedvanliga lagringstemperaturen, 40°C, inte kunnat användas. En tidigare undersökning har dock gjorts med MAB 12, varvid lagringstemperaturen varierats (figur 1). Inverkan av svag saltlösning har även undersökts och en del prov har dessutom varit utsatta för accelererade åldringsförfaranden. I vissa fall kan åldring ge ökad vattenkänslighet. Negativ inverkan av saltlösning framkom­ mer först efter lagring vid hög temperatur (60°C), i varje fall för provad MAB.

V T I MEDDELANDE 7 3 4

V a tte n m ättn a d sg ra d före la g rin g ^ _{V a tte n m ättn a d sg ra d efter lagring} P rov nr T o rr-vlkt S k ry m ­ dens. H å lru m s ­ halt Vikt V atten a b so rp -tlon V a tte n ­ m ä ttn ad s ­ grad Vikt Vatten ab so rp -tlon V a tte n ­ m ä ttn ad s ­ grad g g/cmA3 % _g % % _{g % %} O) c 1a 693,2 2,0951 13,5 720,0 3,9 60,1 720,8 4,0 61,9 c £ 2a 592,9 2,0941 13,5 616,9 4,0 62,6 617,3 4,1 63,6 E E □ 4a 607,7 2,0784 14,2 630,1 3,7 54,0 631,3 3,9 56,9 03 M edel värde 13,7 3,9 58,9 4,0 60,8 B11 792,9 2,2559 6,3 803,5 _{1,3 43,9 803,7} 1,4 44,7 1b 669,8 2,0974 13,4 679,2 1,4 21,9 682,5 1,9 29,6 E n d a s t v a tt e n m a tt n in c 2b 4b 602,5 590,9 2,0950 2,1316 13,5 12,0 607,9 599,7 0,9 1,5 13,9 26,4 610,2 601,6 1,3 1.8 19,9 32,2 M edel värde 13,0 _{1,3 20,7} 1,7 27,2 B17 764,5 2,2849 5,1 766,4 0,2 9,8 767,8 0,4 17,2 ;

Vakuummättning: 1 tim vid 30 mb + 23 tim vid atm. tryck Testade massans kompaktdensitet = 2,4221 g/cmA3

Vattenmättning: 24 tim vid atmosfäriskt tryck B11, B17 - referensmassa av typ HAB12

y Vattenlagring: 5 dygn / atmosfäriskt tryck / i destvatten.

T ab el l 1 H å lr u m sh a lt oc h vatte nmä ttn ads gra d ho s pr o v k ro p p ar av d rä n e r-an de a sf a lt.

V T I MEDDELANDE 7 3 4 P ro v nr H ålru m s-h alt % R es ilien tm o d u l före v a tte n m ä ttn in g MPa V a tte n - ab s o rp tio n % V atten - m ä ttn ad s g rad % R es ilien tm o d u l efter v atte n m ättn in g MPa V id h ä ftn in g s - tal kvoten efter / före O ) 1a 13,5 5 420 4,0 61,9 2 367 0,44 c c c ’CO 2a 13,5 5 124 4,1 63,6 2 528 0,49 E E 4a 14,2 6 671 3,9 56,9 4 251 0,64 m J 3 03 Medelvärde 13,7 5 738 4,0 60,8 3 049 0,53 | > B11 6,3 10 958 1,4 44,7 11 220 1,02 1b 13,4 5 313 1,9 29,6 3 829 0,72 O ) C —. c 2b 13,5 5 360 1,3 19,9 3 774 0,70 U) C to :(0 ? E 4b 12,0 7 989 1,8 32,2 5 467 0,68 LU £ ... • - - ■ •... --- --- . . . . _--- -i_> Medelvärde 13,0 6 221 1,7 27,2 4 357 0,70 B17 5,1 10 536 0,4 17,2 10 002 0,95 Ta b el l 2 Fö rä nd ri ng ar av re sil ie n tm o d u l ho s p rov kr op par av d rä n e ra n d e a sf a lt.

7

Figur 1 Inverkan av lagringstemperatur i dejoniserat vatten resp 1 % salt­ lösning på "vidhäftningstal" baserat på styvhetsmodul och indirekt draghållfasthet. Provkroppar lagrade i saltlösning har sönderfallit vid 60°C. Provmaterial MAB 12. Från Höbeda 1993.

8

3.1.2.2 Jämförelse med några utländska undersökningar

I USA rekommenderar NCHRP (1978, 1992) att provkroppar av dränerande as­ faltbetong vattenlagras under 4 dygn vid 49°C och hållfasthetsreduktionen be­ stäms i förhållande till torrlagrad referensprovkropp. Hållfasthetsnedsättningen får inte vara större än 50 %. Shuler och Hanson (1990) har i Texas, USA undersökt vattenkänslighet hos dränerande asfaltbetong genom kokförsök på lös asfaltmassa. Man bedömer täckningsgraden på stenarna efter påkänningen genom okulär besiktning. Asfaltmassa blandades förutom av tre bitumen med olika ursprung (två st AC 10 och en pen 85-100) också med tillsatser i form av släckt kalk, poly- mer och amin (PS). Samtliga tillsatser har gett effekt enligt figur 2. Det är dock känt att koktest missgynnar släckt kalk som vidhäftnmgsbefrämjande tillsats. Den typen av koktest har undersökts vid AIL i Norge (Ruud 1991) med massa av tät asfaltbetong varvid också stora effekter av vidhäftningsbefrämjande medel konsta­ terats.

Treatment

Figur 2 Resultat av koktest på lös massa av dränasfalt (Shuler och Hansson

1990).

9

Den test som numera används i många länder, dock inte Sverige, är Cantabrian test (ibland benämnd Cantabrotest). En Marshallprovkropp utsätts då för nötnings- påkänning utan stålkulor och viktförlusten bestäms. Testen kan även utföras med vatten. Ett förslag till CEN-metod föreligger, dock endast för torrnötning.

Bordesi och Tomas (1993) har i Spanien gjort försök enligt Cantabrian test varvid stenmaterialets gradering, bitumensort och bitumenhalt varierats. Hålrummet var i

samtliga fall 20-22 %.Jämförelsebitumen ger i samtliga fall, både vid torr- och

våtnötning sämst resultat. Skillnaderna är som störst vid låg bitumenhalt (figur 3 a). Lämplig modifiering kan ge förbättringar.

Större skillnad mellan torr- och våtnötning redovisas av Pérez-Jimenénez och Recansens (1993) också i Spanien, figur 3 b, men i detta fall kan en olämplig bitu­ men- stenmaterialkombination ha använts. Undersökningens syfte har varit bl a att demonstrera de stora skillnader man kan erhålla med Cantabriantest. Man visar dessutom att vidhäftningsbefrämjande medel har positiv effekt (figur 3 c).

Brule m fl (1993) har i Frankrike undersökt bl a vattenkänslighet hos dränerande asfaltbetong, dels med bitumen pen 40/50, dels med tillsatser som polymerer, fibrer m m. Vattenkänsligheten mättes med hjälp av Duriez test, använd endast i Frankrike, men också genom att Cantabrian test, förutom på torra provkroppar, också utfördes på vattenmättade sådana.

10

~ %ur - Resultat från torr- och våtnötning enligt Cantabrian test enligt a)

Bardesi och Tomas 1993 samt h) Pérez-Jimenénez och Recansens 1993.

VTI MEDDELANDE 734 a)

11

Vid Duriez-försöket tillverkas provkroppar genom statisk tryckning varvid hälften torrlagras och den andra hälften lagras under vatten i 7 dygn vid 18°C. Den en- axiella tryckhållfastheten bestäms senare och "vidhäftningstalet" (våt/torr-hållfast- het) bestäms. Resultatet framgår av tabell 3 och figur 4. Förvånansvärt nog så har flera tillsatser gett försämringar, EV A-modifiering ger dock en tydlig förbättring.

Tabell 3 Resultat av Duriez test för vattenkänslighet ("vidhäftningstal") för

dränmassor med olika tillsatser (Brule m fl 1993).

BINDERS, MODIFIED BINDERS AND MODIFIERS

DURIEZ TEST - Air - DURIEZ TEST Water

-Water/Air Ratio Air Voids (%) Compressive Stress (MPa) Air Voids <%> Compressive Stress (MPa) 4 0 /5 0 23.2 5.45 23.7 4.01 0.74 4 0 /5 0 4- Wastes Wlros 22.4 6.63 23.6 4.33 0.65 4 0 /5 0 -r Mineral Rbora 22.9 5.62 22.9 3.47 0.62 4 0 /5 0 4- Hydratod U m e ♦ Mineral Rbora 22.0 6.05 2 1.2 4.71 0.78 8 0 /1 0 0 4- 3% EVA 24.8 3.73 24.3 3.30 0.88

8 0 /1 0 0 4- 3% EVA 4> Mineral Rbora 21.0 5.20 22J2 4.09 0.79 8 0 /1 0 0 4> 3% EVA 4- Organic Rbora 21.6 4.51 21.6 3.95 0.88

8 0 /1 0 0 ♦ 3% EVA 4- Hydratod Umo 23.2 4.61 23.1 3.61 0.78 8 0 /1 0 0 4» 7% EVA 21.9 3.72 22.5 3.39 0.91 AC 4> 6% SBS 23.1 3.62 22.6 2.75 0.76

Figur 4 Samband mellan Duriez test på torra och våta provkroppar av

drän-asfalt med olika tillsatser (Brule m fl 1993).

12

Vid undersökning enligt Cantabrian test (tabell 4 och figur 5) har samtliga till­ satser gett en förbättring i förhållande till referensbitumen. Även här har EVA- modifieringen gett bäst effekt, speciellt i kombination med mineralfibrer. Det verkar även som inverkan av vattenlagring tenderar att vara mindre än vid Durieztesten.

Tabell 4 Resultat av Cantabrian test på torra och våta provkroppar av drän-

asfalt med olika tillsatser (Brule m fl 1993).

BINDERS» MODIFIED BINDERS AND M00IF1ERS

CANTABRO TEST - Air - CANTABRO TEST Water -Air Void* (%) Weight Loss (%) Air Voids <%) Weight Loa* <%) 4 0 /5 0 26.8 49.4 26.4 45.0 4 0 /5 0 + Waste* Wires 27.9 40.2 26.4 39.4 4 0 /5 0 + Mineral Fibers 25.5 36.3 26.7 37.0 4 0 /5 0 4 Hydrated Lime 4 Mineral Fibers 24.6 22.1 25.3 20.6

8 0 /1 0 0 4 3% EVA 27.8 33.4 27.7 33.0 8 0 /1 0 0 4 3% EVA 4 Mineral Fibers 25.0 17.2 25.0 17.7 8 0 /1 0 0 4 3% EVA 4 Organic Fibers 25.5 26.1 25.0 32.0 8 0 /1 0 0 4 3% EVA 4 Hydrated Lime 26.9 27.1 26.5 25.5 8 0 /1 0 0 4 7% EVA 26.7 17.2 27.0 24.5 . AC 4 6% SBS 27.4 27.6

.

27.9 38.0

Figur 5 Samband mellan Cantabrian test på torra och våta provkroppar av

dränasfalt med olika tillsatser (Brule m fl 1993).

13

Gregori m fl (1992) har i Österrike undersökt borrkärnor från olika vägföretag, bl a med hjälp av Cantabriantest. I vissa fall limmade man ihop två borrkämor för att få tillräcklig tjocklek. Man har dels testat torra prov, dels vattenlagrade sådana som dessutom utsatts för 10 frys-töcykler. Resultatet framgår av figur 6. Det verkar som konditioneringen med frys-töväxling i regel gett ringa effekt. Påpekas bör att dränasfalterna var i regel polymermodifierade eller innehöll fibrer, malt gummipulver m m och vattenkänsligheten torde därmed vara bättre än hos kon­ ventionell HABD. I stort sett överensstämmer erfarenheterna, gjorda med väg- prov, överens med resultaten på laboratorieprovkroppar enligt tidigare diskuterade undersökningar.

Figur 6 Resultat från Cantabrian test på torra och vattenlagrade +

frys-tö-växlade borrkärnor som funktion av hålrumshalt (Gregori m fl 1992). Dränbeläggningarna innehåller olika material.

I det amerikanska SHRP-programmet för asfalt har man framfört en teori om "pessimum void content" och man menar då att god beständighet kan erhållas både vid lågt och högt hålrum, medan man får ett dåligt resultat i ett mellanläge för hålrum (Terrel och Al-Swailimi 1993). Figur 7 visar "vidhäftningstal" från

14

amerikanskt försök, som också grundar sig på styvhetsmodulbestämning, dock efter en ovanlig, cyklisk vattenkonditionering (1-20 cykler, varje cykel bestående av vakuummättning och vattenlagring vid 50°C) för laboratorietillverkad asfaltbe­

tong med 5, 8 och så mycket som 31 % hålrum. (Normalt konditioneras proven

vid 60°C i USA, men det visade sig att den hålrumsrika massan inte tålde denna temperatur. Det senare hålrummet lär för övrigt vara svårt att åstadkomma i prak­ tiken). Veterligen har proven varit inneslutna i gummimembran vid provningen i en specialutrustning (ECS). Praktiska vägerfarenheter talar dock emot att en massa med högt hålrum alltid blir vattenbeständig.

C Y C L E N O . 1 L E G E N D --- * ---t C W< 5 % ) 0 0 0 M E D O J M ( 8 % ) Q J 0 O h O G H ( 3 1 % ) O O I 2 a 4 0 — — & --- « — -1 J 0 O 0 0 6 0 7 0 0 U 6 1 0 8 7 0 8 4 6 U 0 2 1 o i 0 6 3 0 4 7 0 8 5 0 8 4 1 0 2 0 1 J w l 1 J O t 0 4 7 0 8 7

Figur 7 "Vidhäftningstal" (grundad på styvhetsmodul) för asfaltmassa med

tre olika hålrum. Provkropparna har utsatts för cyklisk vattenpåkän- ning (1-20 cykler vakuummättning + 6 timmars lagring under atmo­ sfärstryck vid 50°C). (Terrel och Al-Swailimi, 1993).

15

Det är möjligt att aktuell HABD ligger inom ett "pessimalt" hålrumsinternvall. På­ pekas bör dock att bestämningar av vattenbeständighet är behäftade med stor osäkerhet och vedertagen metod för HABD (men också för HABS) saknas.

Utökade provningar av vattenbeständighet, både av HABD och andra belägg- ningstyper, är motiverade för säkrare bedömningar av vattenkänslighet. Det måste också påpekas att det är lätt att få i jämförelse med verkligheten överdrivna resul­ tat vid laboratorieförsök beroende på vakuummättningen som kan påverka por­ strukturen, alltför hög lagringstemperatur m m.

3.1.3 Bedömning

Aktuell HABD-massa bedöms som potentiellt vattenkänslig och bör inte byggas in mellan täta asfaltlager i lägen där risk för ansamling av vatten inne i belägg­ ningen föreligger, t ex i svackor. Ett eventuellt nytt asfaltlager bör också påföras i samband med en torrperiod och inte under fuktiga väderleksförhållanden för att undvika senare "stripping" p g a instängt vatten i HABD-lagret. Sådana skador är kända från inbyggda AG-lager. En positiv faktor är dock att ytan hos HABD- beläggningen är tätad med försegling. Vid laboratorieförhållanden kan provkropparna vattenmättas från mantelytor och undersida och överdriven vattenupptagning kan erhållas.

3.2 Provning av stabilitet

3.2.1 Provningsmetodik

Spårbildning p g a plastiska deformationer orsakas av lågt skjuvmotstånd hos be­ läggningar. Det finns många faktorer som påverkar skjuvmotståndet hos massabe­ läggningar, t ex kornfördelning och krossytegrad hos stenmaterial, bindemedels- halten och -typ, hålrumshalt och andel immaterial. Även omgivningen har stor betydelse, t ex temperatur, trafikmängd och -hastighet m m.

Stabiliteten hos asfaltbetong undersöks bl a med kryp- och skjuvtest. Vid kryptest belastas provet axialt. Provkroppen utsätts indirekt för skjuvpåkänningar. Vid dy­ namisk kryptest utsätts ett cylindriskt prov för en axial periodiskt återkommande given belastning och därpå följande viloperiod. Deformationen vid vissa perioder

16

mäts och töjningen beräknas. Dynamiskt kryptest har utförts på tre prover från dränbeläggningen och ett prov från skelettbeläggningen. Proverna utsågades från borrkämor. Varje prov bestod av två sågade provkroppar på varandra för att komma upp till rätt provhöjd (60 ± 5 mm). Provets diameter är 150 mm med en stämpeldiameter på 100 mm. Krypförsöken har utförts vid 40°C.

Vid skjuvtestet utsätts provkroppen för renodlade skjuvpåkänningar. Testanord­ ningen i figur 8 har nyligen tagits fram vid VTI. Ett cylinderformat prov limmas fast mellan två stålplattor med epoxylim. Den ena plattan utsätts för sinusformiga belastningar vid olika frekvenser. Deformationen mäts vid provningen. Den dyna­ miska skjuvmodulen beräknas från förhållandet mellan spännings- och töjnings- amplituden. I det här arbetet har prov normalt utsågats från borrkämor. Provets diameter är 150 mm med en tjocklek på ca 30 mm. Prov från drän- och skelettbeläggning har testats med två respektive tre prov från vardera vid två temperaturer, 15°C och 40°C. Fördelen med kryptest är den breda erfarenheten. Den har begagnats under en längre tid inom asfaltområdet medan erfarenheterna är begränsade från skjuvtest.

Efter bestämning av skjuvmodulen vid 40°C har provens skjuvhållfasthet bestämts vid samma temperatur. Provet har belastats med en konstant deformationshastig- het på 10 mm/min. Kraften registreras kontinuerligt. Skjuvhållfastheten beräknas från den största kraften. Resultat från ett HABD-prov utkasserades p g a felinställ­ ningar.

Figur 8 Skjuvtest

18

3.2.2 Resultat

3.2.2.1 Dynamisk kryptest

Figur 9 illustrerar resultat från dynamiska krypförsök hos HABD 12- och HABS 12-beläggningar. Det konstateras att dränbeläggningen är minst lika bra som skelettbeläggningen ur stabilitetssynpunkt. (OBS! Endast en HABS-prov- kropp). Töjningen efter 3600 belastningar hos dränbeläggningen är något lägre än töjningen hos prover från skelettbeläggningen. Lutningen hos HABS-kurvan är också litet större vid jämförelse med lutning hos kurvor från HABD-beläggningen. Detta tyder på att spårdjupet hos skelettbeläggningen ökar snabbare än hos dränbeläggningen. Initialtöjningen hos ett prov från HABD är högre än hos andra prov, den har däremot lägre lutning. Detta kan bero på ojämnheter på provets ytor.

Figur 9 Dynamisk kryptest, 40°C

19

3.2.2.2 Dynamisk skjuvmodul

Skelettbeläggningen har visat lägre dynamisk skjuvmodul än dränbeläggningen vid testtemperaturer 15°C och 40°C, se figur 10 och 11. Skillnaden är större vid lägre frekvenser. HABS-prover är känsligare för frekvensändring än HABD-pro- ver. Låg frekvens motsvarar låg trafikhastighet eller lång belastningstid. Ju högre frekvens desto kortare är belastningstiden. Skelettbeläggningen, enligt den här undersökningen, har större benägenhet till spårbildning än dränbeläggningen, spe­ ciellt vid låga trafikhastigheter (= lågfrekvens). Anledningen är troligen på den höga stenhalten hos dränbeläggningen eller lägre finandel. De grova stenarna kommer i kontakt med varandra och ökar deformationsmotståndet hos dränbelägg- ningar. Det bör påpekas att modulvärdena bedöms ganska låga för båda belägg- ningstypema enligt det här testet.

20

Figur 10 Skjuvmodul. 0 = 150 mm. 15°C.

21

Figur 11 Skjuvmodul. 0 = 150 mm. 40°C.

3.2.2.3 Skjuvhållfasthet

Skjuvhållfastheten hos tre prover från skelettbeläggning och ett prov från dränbe- läggning är 281 kPa respektive 407 kPa. Resultat från ett HABD-prov har strukits p g a felinställning av deformationshastigheten vid provning. Figur 11 visar

22

taten från skjuvhållfasthetsprovning. Prover från skelettbeläggningen har plattare kurva i jämförelse med prover från dränbeläggningen. Troligen är bindemedels- innehållet som gör brottet segt hos HABS-prover. Slutsatsen här stämmer väl öve­ rens med bedömningen från dynamisk skjuvmodul. Dränbeläggningen har större skjuvmotstånd än skelettbeläggningen.

3.2.3 Bedömning

Slutsatserna från undersökningar av stabiliteten hos båda beläggningarna genom dynamiska krypförsök, dynamisk skjuvmodul och skjuvhållfasthet är att dränbe­ läggningen är minst lika bra som referensbeläggningen (HABS-beläggning) ur sta- bilitetssynpunkt. Det är inte riskabelt att pålägga dränbeläggningen under förut­ sättningen att beläggningsegenskapema inte försämras av andra orsaker, t ex strip­ ping p g a vattenansamling.

VTI MEDDELANDE 734

23

4 REMIXING

4.1 Erfarenheter av dränmassa

Föga erfarenheter finns från återvinning av dränasfalt, däremot finns mycket skrivet om tät asfaltbetong. Weyringer (1991) omnämner dock i korthet att en gummimodifierad dränbeläggning återvunnits till dränbeläggning i långsamfilen av väg A l i Frankrike. Efter sex år var hålrummen så tilltäppta att åtgärd erford­ rades. Man tillförde 6-8 % bituminserad sten och 0,3-0,8 % bitumen. Först gjordes prov på en 1 km lång sträcka innan återstående 20 km åtgärdades.

Swart m fl (1993) nämner att återvinning av dränerande asfaltbetong är svårare än av tät variant, men studier har påbörjats i Holland. Problem utgör föroreningarna i porerna, åldrat bitumen och tendenser till "stripping". Man säger att provsträckor, bl a med remixing, planeras till sommaren 1993.

Ett speciellt problem vid återvinning av dränasfalt kan vara ett mer än normalt åldrat bindemedel. Figur 13 ger exempel på schweiziska erfarenheter, men trots starkt förhårdnat bitumen var beläggningarna fortfarande i gott skick. Det måste dock reserveras för bindemedelsförändringar som skett under själva återvinnings- processen. För att en remixing ska lyckas bör man analysera återvunnet bitumen och massan bör proportioneras och testas på laboratorium. Dränerande asfalt kan även vara vattenkänslig och ha börjat "strippa", något som enligt Swart m fl (1993) kan försvåra återvinning. Vid en amerikansk studie av De Kold och Amirkhanian (1993) av vattenkänsligheten hos tät asfaltbetong, tillsatt återvunnen massa, konstaterade man däremot att denna massa hade mindre vattenkänslighet än referensmassa av "fräscha" material. Detta var särskilt påtagligt om man inte använde sig av vidhäftningsbefrämjande tillsatser. Anledningen är troligen den att återanvänt stenmaterial har mer hydrofoba ytor än nykrossat stenmaterial. Det är känt att stenmaterial från vilket bitumen "strippat" ändå har bitumenrester på sten- ytorna vilket befrämjar vidhäftningen.

24

Figur 13 Penetration och Frass brytpunkt hos återvunnet bitumen från drän-

beläggningar som funktion av tid enligt Köster (1991).

4.2 Allmänt om remixing

Vid remixing återvinns den befintliga beläggningen genom uppfräsning av be­ läggningen och sedan blandas tillsammans med ny asfaltmassa. Den blandade massan läggs ut och packas. En likformig sammansättning hos den gamla belägg­ ningen är en förutsättning för lyckad remixing. Det primära vid remixing är

25

portionering av den blandade massan och variationer i dess produktion som ska säkerställa de uppsatta kraven vid proportionering. Flera fall angående remixing har studerats här. Det ena är en undersökning av stabiliteten hos två remixade väg­ avsnitt på väg E4 vid Gränna under 1988 och 1989 (Hultqvist 1992). Den gamla beläggningen värmdes och frästes upp och blandades tillsammans med ca 10 % ny asfaltmassa. Vid det första vägavsnittet varierade massorna längs sträckan. Den befintliga massabeläggningen bestod av HAB 16T, HAB 12T, justeringsmassa, Y2 och spårytebehandling. Kännedom om beläggningstyp vid andra vägavsnittet saknas. Deformationsspår bildades vid båda vägavsnitten efter ett års trafik respektive nästan omgående efter trafikpåsläpp. Efter undersökningar av de remixade beläggningarna, konstaterade Bengt-Åke Hultqvist (1992) att belägg- ningsprover hade höga krypvärden vid statiskt kryptest, låga hålrumshalter och höga bindemedelshalter hos flera borrkämor och bitumenfyllt hålrum hos väg­

avsnitten var 85 % respektive 91 % (BYA 92 rekommenderar högst 85 % bi­

tumenfyllt hålrum vid tät asfaltbetong). Kvaliteten hos de remixade massabelägg- ningama tros ha givit upphov till instabiliteten i lagren. Kvalitetsstyrningen blir komplicerad när flera befintliga lager med olika sammansättningar är inblandade som i det studerade fallet.

Erfarenheterna utomlands t ex i England, (Edward och Mayhen, 1989) visar att re­ mixing kan fungera lika bra som nytillverkad massabeläggning. I undersökningen har jäm förts flera remixade sträckor, totalt 5,3 km med flera konventionella sträckor, totalt 7,9 km med avseende på deformationsspår, längsgående profil, textur, friktion och visuella undersökningar. Uppföljningen pågick under flera år. Det konstaterades också att vägöverbyggnaden måste vara i god kondition och sammansättningen hos den befintliga massabeläggningen som remixas måste vara likformig.

Dubbdäcksslitage är också en viktig parameter i det här sammanhanget. Avnöt- ningsmätningar (Jacobson och Wågberg, 1991) hos remixade beläggningar har visat acceptabla värden vid jämförelse med referensbeläggning.

26

5 SLUTSATSER

Den aktuella dränbeläggningen har visat goda stabilitetsegenskaper vid normala (torra) förhållanden. Däremot har beläggningen bedömts potentiellt vattenkänslig. En vattenkänslig beläggning har stor risk för låg vidhäftning mellan sten- och bindemedel kan orsaka "stripping", vilket ger upphov till försämring av mekaniska egenskaper. Vid en amerikansk undersökning (Krutz och Stroup-Gardiner, 1993) har konstaterats att asfaltprover, utsatta för vattenkonditionering, har visat större permanent deformation än motsvarande prov utan vattenkonditionering. Labora- torieförsöket återspeglar inte helt vägförhållanden, dränbeläggningen är tätad i ytan. Vid laboratorieförsöket har vattenmättningen skett allsidigt. Beroende på risken att bygga in ett potentiellt vattenkänsligt lager mellan täta asfaltlager och risk för ansamling av vatten i beläggningen avrådes från detta förfarande.

Beträffande provningsmetodik, verkar det som den enkla Cantabrian test vinner terräng utomlands. En Los Angelestrumma avsedd för stenmaterialprovning. För denna specialprovning bör dock en specialgjord vattensäker utrustning användas. Peréz-Jimeninéz och Recansens (1993) visar dessutom att metoden kan användas för bedömning av öppna asfaltbeläggningars åldringsresistens och lågtemperatur- egenskaper (figur 14).

M er undersökningar bör göras av sammansättningar hos dränmassa från aktuellt företag, bl a grundläggande studier av ingående material speciellt bitumen och hur dessa förändrats under trafik. Dränmassors funktion under trafik bör studeras mer ingående.

27

a) b)

d) _c)

e)

Figur 14 a) Inverkan av nötningstid och b-c) temperatur på resultat från

Cantabrian test med dränasfalt innehållande olika tillsatser samt d- e) förändringar hos återvunnet bindemedel från olika tid (tempera­ tur ej angiven) åldrade provkroppar (Peréz-Jiminéz och Recansens

1993).

28

Bedömningen är att aktuell dränbeläggning inte bör byggas in mellan täta asfalt­ lager, speciellt i sådana lägen där risk för ansamling av vatten inne i beläggningen föreligger.

Däremot kan återvinning till tätare massa genom remixing vara en lämplig metod för rehabilitering av aktuell dränbeläggning, eftersom överbyggnaden är i god kondition och endast slitlagret är skadat. Bindemedelshalten är relativt låg i en dränbeläggning varför utrymme finns för blandning med nytt bitumen. Slitlagret bedöms likformigt i fråga om sammansättning eftersom den endast består av en enda massabeläggningstyp.

För att en remixad massabeläggning får samma kvalité som en motsvarande kon­ ventionell massabeläggning, bör man ställa högre krav på proportioneringen och produktionen av remixad beläggning.

29

6 REFERENSER

Bardesi, A, Tomas, R; "Porous bituminous mixes with high voids content Design

and experience", 5th Eurobitume Symposium, Stockholm 1993.

Brule, B, m fl; "Optimization of the binders and mastic's composition", 5th Euro­

bitume Congress, Stockholm 1993.

De Kold, S.P, Amirkhanian, S.N; "Reuse of moisture-damaged asphaltic con­

crete pavements". TRB 1337, 1993.

Edwards, AC och Mayhen, HC; "Recycled asphalt wearing course". Transporta­

tion and Road Research Laboratory, England RR 225, 1989.

Gregori, H, m fl; "Praxisberzogene Auswahl von Prtifkriterien für Drainasphalte.

Bundesministerium für Wirtschaftliche Agelegenheiten, Strassenforschung", Heft 413, 1992.

Hultqvist, B-Â; "Undersökning av stabilitetsegenskaper för asfaltbeläggningar pä

väg E4 vid Gränna". VTI Notât V170, 1992.

Höbeda, P; "Beständighet hos asfaltbetong. Notât V151, 1991.

Jacobson, T och Wägberg, Lars-Göran; "Avnötningsmätningar pä beläggnings-

plattor. Vintern 90/91". VTI Notât V I50, 1991.

Krutz, Neil C and Stroup-Gardiner, Mary; "Relationship between permanent

deformation of asphalt concrete and Moisture sensitivity", TRR 1259, 1993.

Köster, H; "Drainasphalt. Beobachtungen des Verhaltens von hohlraumreichen

Verschleissehichten unter Verkehr". Eidgenössisches Verkehrs- und Energiwirt- schaftdepartment. Bundesamt für Strassenbau. Forschungsauftrag 10/82, 1991.

NCHRP; "Performance characteristics of open-graded friction courses". Synthesis

of Highway Practice 180, TRB, 1992.

30

NCHRP; "Open-graded friction courses for highways". Synthesis of Highway

Practice 49, TRB, 1978.

Perez-Jimenenez, F, Recanses, R.M; "Characterization procedure of asphalt

binders with the Cantabro test V.C.L. method". 5th Eurobitume Symposium, Stockholm 1993.

Ruud, O.E; "Vedheftelseunderspkelse". Koktest, AIL, Rapport nr 2, 1991.

Shuler, S, Hanson, D.J; "Improving durability of open-graded friction courses".

Preprint, Paper No 890705, 69th Ann. Meeting TRB, 1990.

Swart, J.H, m fl; Porous asphalt and traffic safety". The East-West European

Road Conference. Proc. Warshaw 1993.

Terrel, R.L, Al-Swailimi, S; "Role of pessimum voids content in understanding

moisture damage to asphalt concrete mixtures". TRR 1386, 1993.

W eyringer, H.W; "Drainasphalt - Ein innovatives products des asphaltstrassen-

baues". Strasse und Autobahn nr 11, 1991.

Väg- och transport-

forskningsinstitutet

Forskar för ett liv i rörelse.

Statens

väg- och

transportforsknm gsinsti har

kompetens och laboratorier för kvalificerade forsknings­

uppdrag inom transporter och samhällsekonomi,

trafiksäkerhet, fordon, miljö samt för byggande, drift och

underhåll av vägar och järnvägar.

Adress Telefon Fax Telex