Funktionsegenskaper hos asfaltbeläggningar : flygfältsbanor vid F21

VTI notat

Nr: 27-1996 Utgivningsår: 1996

Xitel: Funktionsegenskaper hos asfaltbeläggningar, flygfältsbanor vid F21

Författare: Safwat F. Said

Programområde: Vägteknik (Asfaltbeläggning)

Projektnummer: 60364

Projektnamn: Utvärderingssystem för bituminösa banor vid flygfält

Uppdragsgivare: Fortifikationsverket

(Projektledare: Hans-Erik Fredbäck)

Funktionsegenskaper hos asfaltbeläggningar

Flygfältsbanor vid F21

av

Safwat F. Said

Innehållsförteckning Sida 1 Inledning 1 2 Skadekartering 1 2.1 Funktionsegenskaper 2 2.2 Dynamiskt kryptest 4 2.3 Vidhäftning 6 2.4 Styvhetsmodul 7 2.5 Rehabiliteringsåtgärder 7 Bilagor:

Bilaga 1: Lagertjocklekar, sammansättning och hålrum Bilaga 2: Krypresultat

Bilaga 3: Vidhäftningstal

Bilaga 4: Styvhetsmoduler vid 10°C

1 Inledning

Denna undersökning har till syfte att dels belysa betydelsen av funktionsegen- skaper vid utvärdering av asfaltbeläggningars kvalité och dels komma med förslag till reparationsåtgärder hos asfaltbanor vid F21.

Framför allt har spårbildning studerats i det här arbetet. Borrkämor från befint­ liga beläggningar har utsatts för dynamiskt krypförsök. Stensläpp från rullbanan har undersökts genom vidhäftningsbestämningar hos borrkämor. Styvhetsmoduler har också bestämts hos några provkroppar samt att även sammansättning och hålrumshalt bestämdes hos de flesta borrkämoma för identifiering av massan.

2 Skadekartering

Slitlagret på rullbanan och taxibanan består av MAB12TS och utfördes 1993 på tidigare utlagda slitlager (enligt uppgift från beläggningsingenjören). De tidigare utlagda slitlagren (här kallade bindlager) var utlagda vid olika tillfällen, varför kvaliteten kan vara varierande. Under bitumenbundna beläggningar (nya och gamla slitlager) finns en armerad betongbeläggning. Den förekommer vid olika djup från ytan. Man förväntar sig extra påkänningar på asfaltbeläggningar m.a.p. plastiska deformationer, p.g.a. förekomsten av ett styvt lager under asfaltbelägg­ ningen. Ju närmare ytan betongbeläggningen är, desto större är påkänningama på asfaltbeläggningen.

Följande skador har observerats:

• Spårbildning p.g.a. plastiska deformationer på mitten av taxibanan U varierar mellan 2 mm till 12 mm djup. Trafiken är spårbunden och det går samma trafik på hela banan. Av den anledningen måste spårbildningen bero på varierande kvalité hos asfaltbeläggningarna och/eller olika konstruktioner.

Spårdjup vid olika partier (U1 t.o.m. U4) av taxibanan U och asfaltbelägg­ ningarnas tjocklek presenteras i tabell 1. Mät- och borrplatser visas i figur 1. Tabell 1

Partier Spårdjup (mm) Asfaltbeläggningstjock- lek*} (mm) U1 1 0 -1 5 ca 85 U2 0 - 5 85 U3 1 0 -1 5 85 U4 0 - 5 150 Platta 3 — 85 ”R ef’ - 125

) Asfaltbeläggningarnas tjocklek bestämdes från borrkämomas tjocklek, bi­

laga 1.

Stensläpp från rullbanan.

Uppmjukning av slitlagret på vissa ställen p.g.a. bränslespill (den skadan be­ handlas inte här).

2.1 Funktionsegenskaper

Upptagningsplatser för borrkärnor visas i figur 1. Tjocklek hos beläggningslagren, sammansättning och hålrum redovisas i bilaga 1.

Slitlagret består av AB12TS och underliggande skiktet (tidigare utlagt slitlager) är troligen AB12T. Hålrumshalten hos båda lagren är ca 2 % och bindemedels- halten är drygt 6 %. Storleken på dessa två parametrar hos massan tyder på att be­ läggningarna är känsliga för plastiska deformationer.

F/gar 1

2.2 Dynamiskt kryptest

Totalt 31 borrkämor med 0 150 mm är uppborrade från fyra olika ställen på taxi­ banan (U1-U4) och ett ställe i platta 3.

Krypegenskaper genom dynamiskt kryptest (preliminär FAS metod 468-95) har bestämts hos slitlagret och det tidigare utlagda slitlagret, kallat bindlager.

Sammanfattning av krypresultaten presenteras i figur 2 och 3 hos slit- och bind­ lager från taxibanan respektive hos slitlager från platta 3. Enskilda värden presen­ teras i bilaga 2.

Krypresultaten hos slitlagret från olika partier av taxibanan varierar mellan 15000 till 26000 |i£ (figur 2) och resultaten hos bindlagret från motsvarande partier varierar mellan 6000 till 15000 jis (figur 2).

Krypvärden upp till 15000 ji£ tyder på att asfaltbetongen är stabil. Bindlagerbe- läggningen är betydligt stabilare än slitlagret.

Det konstateras också att bindlagret från partiet U2 är mycket stabilt (6000 |i£) och spårbildning förekommer inte i det här partiet, trots att slitlagret har visat sämst stabilitet (ca 27000 |i£) i jämförelse med de andra partierna, som har betyd­ ligt djupare spår. Slutsatsen är (i huvudsak) att spårbildningen beror på otillräcklig stabilitet hos bindlagerbeläggningen vid U l, U3 och U4, trots att krypvärden hos bindlagret inte överstiger 15000 |i£. Upptagning av en balk på tvären skulle kunna verifiera dessa slutsatser. Dock medger omständigheterna inte detta.

Det bör erinras att betongbeläggningen i taxibanan vid U l, U2 och U3 före­ kommer vid ca 85 mm djup under beläggningsytan och vid U4-partiet ligger be­ tongbeläggningen på ca 150 mm djup under beläggningsytan. Detta innebär att asfaltbeläggningarna vid U l, U2 och U3 utsätts för betydligt större påkänningar än asfaltbeläggningen vid U4. Detta kan vara orsaken till att spårdjupen vid Ul och U3 är djupare än vid U4, trots att asfaltbeläggningarna har ungefär samma kryp­ värden.

Ytterligare prov har undersökts från slitlager hos platta 3, se figur 1. Massabe­ läggningen består av MABS11. Resultaten redovisas i figur 3 och enskilda värden i bilaga 2. Den är stabilare än genomsnittet för MAB 12 TS (figur 2).

Fig. 2 Krypresultat hos asfaltbeläggningar från taxibana U

Figur 3 Krypresultat hos slitlager från plattan.

2.3 Vidhäftning

En direkt orsak till stensläpp från beläggningsytor, är nedsatt adhesion mellan sten och bitumen samt nedsatt kohesion hos bitumenet. Stensläpp, s.k. ”stripping” från asfaltbeläggningar påverkas av många faktorer, t.ex. hålrumshalt, fukt, stenmate­ rial, trafik m.m. (Notat V151). Vidhäftningen hos asfaltbeläggningar undersöks bl.a. genom bestämning av draghållfasthet hos asfaltprovkroppar. Vidhäftnings- talet definieras av förhållandet i procent mellan draghållfastheten hos fem stycken vattenkonditionerade prov och draghållfastheten hos fem stycken torrlagrade prov (FAS metod 446-95).

I tabell 2 redovisas vidhäftningstalen hos borrkämor från slitlagret. Totalt 20 prov har undersökts från två olika partier på rullbanan. Enskilda värden redovisas i bilaga 3.

Vidhäftningstalen varierar mellan 55-66 procent (tabell 2). Den här beläggning­ en är ca två år gammal av typ MAB12TS. De nyutlagda slitlagerbeläggningama brukar ha ett vidhäftningstal >80 %. Laboratorietillverkade provkroppar av typ HABT12 och MABT12 har vidhäftningstal på 90 resp 95 procent enligt Höbeda (VTI Notat 15-94).

Hur stor nedsättning av vidhäftningstalet som sker per år är okänt. Uppföljning av nyutlagda beläggningar är nödvändigt.

Tabell 2

Draghållfasthet (kPa) Vidhäftnings­ Torrlagrad

Vattenkondi-tionerad

tal

S-serie 1135 622 55

2.4 Styvhetsm odul

Tre borrkämor från ref-partiet har använts för modulmätningar enligt FAS-metod. Slitlagret har en modul på ca 2500 MPa vid 6°C. Modulen bedöms normal m.h.t. bindemedelshalten 6,2 % och bindemedelstypen B 180. Det andra lagret liknade en AG16 och inte det tidigare utlagda slitlagret. Styvhetsmodulen hos det andra lagret är ca 7700 MPa vid 10°C och hålrummet är ca 7 %. Enskilda resultat presenteras i bilaga 4.

2.5 Rehabiliteringsåtgärder

Spårbildning: Utförda undersökningar tyder på att beläggningarnas egenskaper är

i stort sett normala m.h.t. de massabeläggningstyper som har använts. Dock har de visat sig otillräckligt stabila för det här objektet.

Att lägga på ett nytt slitlager kan, med stor sannolikhet, ge upphov till spårbild­ ning på nytt inom kort tid. Den säkraste åtgärden är att fräsa bort de instabila lagren och ersätta dem med stabila massabeläggningar, dock kan uppfräsning av hela bind- och slitlagret på bredden vara kostsam, eftersom spår endast förekom­ mer i hjulspåren. Av den anledningen rekommenderas lådfräsning i hjulspåret av båda lagren (ca 85 mm djup). Fräsningsbredden kan bestämmas m.h.t. fräs-, lägg- och vältmaskiner. Den nya konstruktionen i lådan kan bestå av två skikt. Ett stabilt bindlager med ca 55 mm tjocklek och ett slitlager med ca 30 mm tjocklek.

Nackdelen med konstruktioner med lådfräsning är att den kan ge upphov till vattensamling i det understa skiktet av lådan och därefter försvagning av hållbar­ heten, speciellt hos hålrumsrika massabeläggningar, typ AG (PM, Wågberg, L-G och Simonsson, B., VTI 1983). Hur mycket vatten från beläggningsytan som kan tränga ned beror på slitlagrets vattengenomsläpplighet. För att minimera risken för skador i beläggningslagren vid rehabilitering, föreslås följande gränsvärden på lagrens egenskaper:

Beläggningslager Krypvärde (ie Vidhäftningstal,

Hålrums-mdv enskilt värde

% halt, %

Bindlager < 12000 < 14000 85">

-Slitlager*J < 15000 < 17000 85 3,0 ± 1

Rekommenderas B 180 för att minimera risken för temperatursprickor. **) Tillsats av vidhäftningsmedel ger en gynnsam effekt.

Bilaga 1 Sid 1 (3) Lagertjocklekar

provet nr 1:a lager 2:a lager 3:e lager 4:e lager total

tjocklek anm. tjocklek anm. tjocklek anm. tjocklek anm. tjocklek anm.

mm mm mm mm mm 1A 29 35 B 64 2A 37 4 7 84 3A 48 45 LB 93 1B 43 39 LB 82 2B 62 32 LB 94 3B 80 30 110 4 47 37 LB 84 5 50 36 LB 86 6 50 LB 38 LB 88 7 48 36 B 84 8 48 43 LB 91 9 48 LB 42 LB 90 OU 10A 49 25-50 MB 74-99 OU 11A 44 45-63 89-107 12A 51 56 LB 107 10B 38 40 78 11B 39 B 42 81 12B 42 LB 45 87 13 45 42 B 28 B 45 LB 160 14 44 LB 40 LB 31 LB 46 161 15 47 35 LB 25 107 16 41 40 MB 25 LB 51 157 17 39 40 MB 20-30 LB 99-109 OU 18 44 42 LB 37 31 154 P1 49 48 97 P2 46 B 50 96 P3 41 LB 35 76 P4 43 44 87 P5 41 44 85 P6 41 LB 49 90 P7 45 45 90 1 54 B 80 134 2 41 82 123 3 30 92 122 N1 60 60 N2 60 60 N3 60 60 N4 59 59 N5 60 60 N6 50 50 N7 57 57 N8 46 46 N9 52 LB 52 N10 62 62 S11 52 52 S12 45 LB 45 S13 53 53 S14 40 40 S15 42 42 S16 42 LB = lätt blödning 42 S17 50 B = blödning 50 S18 53 MB = mycket blödning 53 S19 47 OU = ojämn undersida 47 S20 48 | 48 VTInotat 27-1996

V T I no tâ t 2 7-19 9 6 3 C/Î »5 3 3 D OQ

Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrumshalt B.medeishalt

Tjocklek före

Tjocklek

efter Fas 448-87 Fas 427-92

sågning sågning Diameter (skjutmått) (vattenmetod) Fas 425-91 Fas 448-87

Massatyp Provnr. [mm] [mm] [mm] [g/cm3] [g/cm3] [g/cm3] [vol-%]

1AÖ ######## ######## 2.504 2.574 2.7 5 930 ' 2AÖ ######## ######## 2.520 2.577 2.2 5.660 3AÖ ######## ######## 2.514 2.566 2.0 5.840 10AÖ ######## ######## 2.460 2.508 1.9 6.090 11 AÖ ######## ######## 2.479 2.517 1.5 6.300 12AÖ ######## ######## 2.479 2.515 1.5 6.700 Medelvärde 2.493 2.543 2.0 1BÖ 30.5 152.1 2.494 2.500 3.5 2BÖ 57.4 151.7 2.456 2.472 2.590 4.6 3BÖ || . 60.6 151.9 2.489 2.498 3.6 10BÖ 29.2 152.5 2.350 2.379 6.8 11BÖ 29.6 152.1 2.472 2.488 2.552 2.5 12BÖ 31.7 152.0 2.481 2.489 2.5 Medelvärde 2.457 2.471 2.571 3.9 1 AU I ######## ######## 2.416 2.449 1.3 6.160 2AU | ######## ######## 2.402 2.450 2.0 6.220 3AU ######## ######## 2.396 2.443 1.9 6.200 10AU i ################ 2.404 2.473 2.8 6.170 11 AU ######## ######## 2.408 2.455 1.9 5.920 12AU ######## ######## 2.414 2.472 2.4 5.840 Medelvärde 2.406 2.457 2.1 1BU 31.0 151.6 2.393 2.409 1.4 2BU 26.3 151.6 2.369 2.393 2.443 2.0 3BU ######## ######## #Division/0! 2.359 3.4 10BU 31.8 151.8 2.456 2.454 1.2 11BU 30.6 151.6 2.443 2.453 2.484 1.3 12BU 30.0 151.6 2.458 2.460 1.0 Medelvärde 2.424 2.421 2.464 1.7

V T I no tâ t 2 7 -1 9 9 6

Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrumshalt B.medelshalt

Tjocklek före

Tjocklek

efter Fas 448-87 Fas 427-92

sågning sågning Diameter (skjutmått) (vattenmetod) Fas 425-91 Fas 448-87

Massatyp Provnr. [mm] [mm] [mm] [g/cm3] [g/cm3] [g/cm3] [vol-%]

10 53.6 99.9 2.490 ' 2.516 2.554 1.5 2 0 41.6 99.9 2.458 2.513 2.547 1.3 30 30.5 99.9 2.446 2.498 2.536 1.5 40 32.4 152.0 2.486 2.502 5 0 30.4 151.9 2.486 2.500 60 30.2 151.9 2.476 2.494 70 30.4 151.8 2.469 2.493 80 31.4 151.9 2.463 2.483 90 28.2 152.1 2.469 2.484 Medelvärde 2.472 2.498 2.546 1.5 1U 52.9 99.6 2.548 2.565 2.775 7.5 3.89 2U 61.0 99.7 2.556 2.582 2.791 7.5 3.56 3U 59.7 99.7 2.562 2.578 2.745 6.1 4.20 4U 30.2 152.0 2.398 2.407 5U 30.5 152.0 2.393 2.410 6U ######## ######## #Division/0! #Division/0! 7U 29.7 151.9 2.462 2.472 8U 29.7 152.0 2.414 2.423 9U 30.4 151.9 2.439 2.440

Medelvärde 2.471 2.485 #Division/0! #Division/0!

P1Ö 29.5 2.590 2.614 P2Ö 29.9 152.3 2.585 2.620 P3Ö 29.2 152.1 2.545 2.579 P4Ö 29.5 152.0 2.563 2.588 P5Ö 30.1 152.3 2.407 2.477 P6Ö 30.3 152.2 2.499 2.534 P7Ö 30.3 152.1 2.514 2.547

Medelvärde 2.529 2.566 #Division/0! #Division/0!

B ila ga 1 Sid 3 (3 )

Krypresultat

Bilaga 2 Sid 1 (5)

Fig. 1 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos slitlager, taxibana U

Bilaga 2 Sid 2 (5)

Bilaga 2 Sid 3 (5)

Fig. 3 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos bindlager, taxibana U

Bilaga 2 Sid 4 (5)

Bilaga 2 Sid 5 (5)

Fig. 5 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos slitlager, platta 3

Bilaga 3

Vidhäftningstal

Lab.protokoll

Bestämning av vattenkänslighet genom pressdragprovning FAS 446

0 = Vidhäftiningstalet

Projekt: Luleå Flygfält

Anm:

Datum: Jan.-96 / K-AT Prov nr Höjd (mm) Diamet. (mm) Brottlast ( N ) Dragh. (kPa) Deformat. (mm) Anm. S16 39.2 152.0 5886 629 5.5 17 47.4 152.6 6671 587 5.5 18 48.3 152.3 7063 612 5.4 19 46.6 152.2 7259 652 5.0 "Våta pk." S20 44.3 152.3 6671 630 4.5 Mv: 622 5.2 S11 51.5 151.6 13930 1136 3.6 12 44.7 152.3 12164 1138 4.1 13 47.9 152.0 13342 1167 3.5 "Torra pk." 14 35.8 152.3 9810 1146 4.5 S15 41.5 152.5 10791 1086 3.8 Mv: 1135 O Q 0**7 Q= 55 N1 58.8 151.7 9810 700 4.1 2 62.0 151.6 11772 798 4.5 3 56.2 151.9 9221 688 4.3 4 57.2 152.0 9614 704 4.2 "Våta pk." 5 54.3 152.1 10399 802 4.5 Mv: 739 4.3 N6 48.4 151.5 12361 1074 3.0 7 54.9 152.1 15304 1167 4.2 8 43.7 152.0 11183 1072 3.9 " Torra pk." 9 49.0 151.9 13930 1192 3.5 N10 41.8 151.9 10791 1083 3.1 Mv: 1118 ' 3.5

%

V T I no ta t 2 7 -1 99

6 Joakim W ahlström F21, STYVHETSMODULER VID 10°CBilaga 4

1996-03-04 | 1 0 53.6 99.9 9.8 |2Ö 41.6 99.9 10.4 03Ö 30.5 99.9 10.7 2289 2847 2496 11.23% 3.85% 3.12% 2.490 2.458 2.446 2.516 2.513 2.498 , , • . v ' -i-v-v t m m ] v m M k m r n m - [ % l f a / c m 3 ] [ g / c m 3 ] i % r I å i Me d e l v ä r d e 4 1 . 9 9 9 . 9 1 0 . 3 2 5 4 4 6 . 1 % 2 . 4 6 2 . 5 1 1 . 7 9 % 2 . 5 4 6 S t a n d a r d a v v i k e l s e 1 1 . 6 0 . 0 0 . 5 2 8 2 4 . 5 % 0 . 0 2 0 . 0 1 0 . 3 9 % 0 . 0 0 9 C V % : : 1 2 7 . 6 % 0 . 0 % 4 % 1 1 % 7 4 . 0 % 0 . 9 % 0 . 4 % 2 2 . 0 % 0 . 4 % * ' \ : ' v : 5' t _~ S t ' , v : v * i § L \ r ^ ■/' • > 4 *£« >, v- <■ , B ila ga 4 Sid 1 (2 )

V T I no ta t 2 7-1 9 9 6

Joakim W ahlström Bilaga 4 1996-03-04

F21, STYVHETSMODULER VID 10°C m s u m PC] [MPa] }•’ m m m g/l m [g/cm5] É i K | Igfcmn Medelvärde 57.9 99.7 9.9 7685 11.2% 2.56 2.58 7.20% 2.770 Standardavvikelse 4.4 0.1 0.1 638 5.8% 0.01 0.01 0.33% 0.023 cv%: 7.5% 0.1% 1% 8% 51.2% 0.3% 0.3% 4.5% 0.8% B ila ga 4 Sid 2 (2 )

Väg-och

transport-' forskningsinstitutet

Forskar för ett liv i rörelse.

Statens väg- och transportforskningsinstitut 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.

A W m c c T & lo f n n F a v T n /p v