Bindemedelsförsegling : kvalitetsuppföljning av prov från flygfält

* VTl notat3-199 ' . _ * * ° ' f

indemedelsförseglin_

.

*iKvalitetsuppföljning av rov frå-n flygfält '

Författare

Ylva Edwards och Jane Salomonsson

FoU-enhet

Väg- och banteknik

Projektnummer

60303, 60543

Projektnamn

Förseglingsprodukter

Uppdragsgivare

Fortifikationsverket

Distribution

Fri

db

_{forskningsinstitutet}

Väg- och

FÖRORD

Projektet har utförts på uppdrag av Fortifikationsverket.

Laboratorieprovningen har genomförts Vid VTI's ackrediterade laboratorier. Analyserna har utförts av Ragnhild Pettersson, Helene Wallgren och Jane Salomonsson.

Projektledare Vid VTI har varit Ylva Edwards. Linköping november 1998

Jane Salomonsson

Innehåll

FÖRORD

Sammanfattning

1

2

3

3.1

3.2

4

Orientering

Prov och provtagning

Provning och provningsresultat Provningsresultat

Kommentar till resultat

Referenser

VTI notat 3-1999

10

13

16

Sammanfattning

Kvalitetskontroll enligt Fortifikationsverkets Allmänna tekniska beskrivning för bindemedelsförsegling på flygfält har utförts för totalt 28 förseglingsprov under perioden 1996-1998. I huvudsak har tre produkter ingått från olika objekt och provtagningsplatser. Produkterna benämns Neomex, VT 41 och Nyseal.

Provning har utförts med avseende på bitumenhalt, vattenhalt, viskositet,

fillerbrytindex och syratal. Produkterna har också karaktäriserats kemiskt med hjälp av Iatroscan-analys.

Bitumenhalten varierar mellan 6 och 44 vikt-%. Lägst bitumenhalt har Nyseal. Halten av lättare oljor och/eller lösningsmedel ligger mellan 13 och 20 vol-% för Nyseal, medan Övriga två produkter uppvisar spår eller betydligt lägre halter.

Halten vatten varierar mellan cirka 56 och 82 vikt-%. Nyseal innehåller mest

vatten.

Viskositeten (utrinningstid) är låg för samtliga produkter.

Fillerbrytindex varierar mellan 61 och 263 sekunder. Högst fillerbrytindex har Nyseal.

Syratalet ligger mellan 1,9 och 4,4 mgKOH/g.

Vid Iatroscananalys (på destillationsäterstoden), uppvisar Nyseal mindre mängd mättade oljor respektive aromatiska oljor än VT 41 och NeomeX. Hartshalten är något lägre och asfaltenhalten avsevärt högre för Nyseal än för övriga förseglingsprodukter.

I ett par fall har uttaget prov kunnat kopplas till en misslyckad förseglingsåtgärd i praktiken. Erhållna resultat vid kvalitetsuppföljningen ger emellertid inga indikationer om avvikande kvalitet hos aktuell produkt.

1 Orientering

På asfaltbelagda ytor med låg trafik uppstår med tiden, klimat- och material-betingade problem såsom sprickor och stensläpp i beläggningens ovanyta. Detta åldringsfenomen anses i huvudsak bero på inverkan av luftens syre, UV-ljus, vatten, halkbekämpningsmedel mm. som förändrar bitumenets egenskaper.

Försegling är ett alternativ till andra beläggningsåtgärder och kan i princip utföras på två sätt; som slamförsegling eller som bindemedelsförsegling.

Slamförsegling består av tätt graderat och helt krossat stenmaterial med

maximal stenstorlek 2 mm, bitumenemulsion, cement, vatten och tillsatser. Om

nedbrytningen har gått så långt att stenmaterial börjat släppa från beläggningsytan kan det vara lämpligt att använda en slamförsegling.

Bindemedelsförsegling används i första hand i förebyggande syfte innan för mycket material har släppt från beläggningsytan. Ett tunt lager appliceras och avsandas eventuellt med friktionshöj ande material.

Bindemedelsförsegling anses ha en föryngrande inverkan på bindemedel som har åldrats i ytskiktet. Då en yta åldras blir bitumenet sprött och risken för stensläpp ökar därmed. I och med att en yta förseglas, mjukas befintligt bindemedel upp och vidhäftningen till stenmaterialet ökar, vilket medför att risken för stensläpp minskar. Förseglingen används som nämnts mest på ytor där skador uppkomna genom mekaniskt slitage inte är så stort.

Med bindemedelsförsegling avses applicering av bindemedel, vanligtvis i emulsionsform eller bitumenlösning. Åtgärden utförs på många typer av asfaltbeläggningar. Försegling utförs både som förebyggande och korrigerande åtgärd.

Enligt Fortifikationsverkets uppfattning krävs fortsatt FoU avseende effekter av förseglingar på förseglade beläggningsytors ythållfasthet och friktionsegenskaper. Risken för att beläggningars mikro- och makrotextur försämras efter en försegling är uppenbar. Av flygsäkerhetsskäl råder därför för närvarande (1999-02) stor restriktivitet inom FORTV avseende användningen av förseglingar på flygfältsrullbanor.

Fältförsök

Fältförsök med bindemedelsförsegling har utförts sedan 1992 på bl. a. Strängnäs flygfält. (Centrell 1997). Avsikten har varit att få erfarenhet med olika typer av produkter och underlag, samt att utveckla metodik för kontroll av parametrar som friktionsutvecklingen på åtgärdad yta, täthet och makrostruktur. Erhållna erfarenheter från fältförsöken behandlas inom en branschsammansatt arbetsgrupp och en förseglingshandbok har givits ut. En del utvecklingsarbete återstår dock vad gäller fältmetoder och utförandekrav.

Kvalitetskontroll

Kvalitetskontroll och uppföljning av bindemedelsförseglingars kvalitet utförs sedan 1996 vid VTI. Avsikten är att dokumentera förseglingens kvalitet samt att följa upp och få erfarenhet av de analysmetoder som används. Kvalitetskontrollen sker i enlighet med Fortifikationsverkets Allmänna tekniska beskrivning för bindemedelsförsegling på flygfält 1996:3.

Laboratorieundersökningar inom ett samarbetsprojekt mellan Fortifikations-verket och VTI (Edwards 1996) ligger till grund för specifikationen över provningsparametrar som skall redovisas i arbetsrecept och kvalitetsuppföljning. VTI notat 3- 1999 7

Fördelningen av analyserade förseglingsprov inom kvalitetskontrollen har för

1996, 1997 och 1998 varit tio, tre respektive tolv stycken. Därutöver har

ytterligare tre insända förseglingsprov analyserats. Även dessa redovisas i notatet.

2

Prov och provtagning

Kvalitetskontroll i samband med förseglingsarbete utförs sedan 1996 års utläggningssäsong. Detta sker i enlighet med Fortifikationsverkets Allmänna tekniska beskrivning för bindemedelsförsegling på flygfält 1996:3. Bl. a utförs bestämning av bindemedelshalt, vattenhalt samt olje- och lösningsmedelshalt.

Provningsfrekvensen är ett prov per 25 000 m2, men minst två prov per objekt (i början och slutet av utläggningsarbetet). Provtagningen utförs av entreprenören som skickar en del av proven till VTI för analys.

Under 1996 års säsong har 10 prov av produkterna NeomeX 40RE (5 st) och

VT 41 (5 st) inkommit till VTI för analys.

Under 1997 har 3 prov av produkten VT 41 inkommit till VTI för analys. Utöver kvalitetskontrollen har 1 prov av vardera produkterna VT 41, Nyseal samt Aspen AC analyserats inom projektarbetet.

Under 1998 har 12 prov av produkterna VT 41 (8 st) och Nyseal (4 st)

inkommit för kvalitetsuppföljningsanalys.

Samtliga i kvalitetsuppföljningarna ingående förseglingsprodukter, uppdragsgivare/entreprenörer sarnt provtagningsplatser redovisas i tabell 1.

Provningsrapporterna har tillsänts uppdragsgivaren.

Tabell 1 I undersökningen ingående förseglingsprodukter

1996 / Produkt Uppdragsgivare/entreprenör VTI nr Provtagningsplats Neomex 40RE Charles Krylander 96- 125- 1 Råda A1

Viaflex Vägprodukter AB 96-125-2 Råda A2 Box 9217 96-157-1 Heden A1 200 39 Malmö 96-157-2 Vidsel A1

_______________________________________________________________9.6_-_1_.5_7:_3______Yi.d§91__A2_________---__-VT 41 Mats Furén 96- 156- 1 Jönköping Väg och Trafikarbeten AB 96-156-2 Råda Box 14218 96- 15 6-3 Kallinge

104 40 Stockholm 96-231-1 ARB 9646 Prov 1 96-231-2 ARB 9646 Prov 2

1997/ Produkt Uppdragsgivare/entreprenör VTI nr Provtagningsplats VT 41 Mats Furén 97-672-2 F16 Prov 2

Väg och Trafikarbeten AB 97-672-3 Kallinge 97-672-4 Fällfors

Utöver 1997-års kvalitetskontroll

VT 41 Mats Furén 97-672-1 F16 Prov 1

_____________________

__Yäg_99h_Iraiikarh@PânAB__----___---______-_________---______---__-____-____-Nyseal Hans-Erik Fredbäck 97-564-1 Malmen Fortifikationsverket

631 89 Eskilstuna

Aspen AC 97-798-1 Storbritannien 1998/ Produkt Uppdragsgivare/entreprenör VTI nr Provtagningsplats VT 41 Mats Furén 98-540-1 Moholm lager efter

Väg och Trafikarbeten AB vinterförvaring 98-722-1 Kubbe prov 3 98-722-2 Kubbe prov 4 98-724-1 Bråvalla prov 1 98-724-2 Bråvalla prov 2 98-725-1 Gotland prov 1 98-726-1 Kramfors prov 1 98-726-2 Kramfors prov 2 Nyseal 98-723- 1 Västerås etapp 1

________________________________________________________________ --.9.812.312 ___Yästeråå _etappê_ __ _ _ ___

Nyseal Skanska Anläggning AB 98-727-1 Jokkmokk Box 212 98-728-1 Storuman

142 02 Trångsund

3

Provning och provningsresultat

Samtliga aktuella förseglingsprodukter har analyserats med avseende på:

0 Viktförlust efter upphettning (TFOT) vid 120°C i 5 timmar, enligt ASTM D 1754 (vikt-%).

0 Utrinningstid vid 250C, enligt FAS Metod 345. 0 Fillerbrytindex, enligt FAS Metod 345.

0 Återstod efter destillation 260°C, enligt ASTM D 244 (vikt-%), med

oljedestillat (vol-%).

0 Syratal på återstoden (mg KOH/g).

0 Iatroscan-analys på återstoden (halt bitumenkomponenter).

Viktförlust efter upphettning till 120°C anger ungefär hur mycket vatten förseglingsprodukten innehåller inräknat mer lättflyktiga tillsatser av varierande slag som bortgår vid angiven temperatur.

Utrinningstid är ett mått på förseglingsproduktens viskositet, d. v. s. hur lättflytande materialet är. Bindemedelsförseglingen skall ha låg viskositet för att lättare kunna tränga ner i beläggningen.

Fillerbrytindex utgör ett mått på hur fort förseglingsprodukten bryter. För bitumenemulsioner enligt tabell 6.8-5 i VÄG 94 varierar kravet på fillerbrytindex från lägst 90 till högst 140. Med högre filler-brytindex ges föseglingsprodukten större möjlighet att tränga ner i beläggningens ovanyta för föryngrande inverkan .

Vid destillation till 260°C bestäms bitumenhalt, vattenhalt och oljedestillat.

Ytterligare analyser kan sedan utföras på bitumendestillatet för att karaktärisera detta. Kemisk karaktärisering med syratal och Iatroscan-analys har valts för kvalitetskontrollen.

Syratal bestäms vid titrering med KOH (Kaliumhydroxid) och utgör ett mått på sura beståndsdelar i bitumenet. Erhållna värden ger indikationer om relativa förändringar i bitumenet, som kan variera med bitumenets ursprung, men är inget absolut mått vad gäller dess sura egenskaper. (Bitumen som tillverkats ur råolja från Venezuela eller Mexico har som regel högt syratal, 2-4 mg KOH/g).

Iatroscan-analys innebär uppdelning av bitumen i fyra olika komponenter. Metodiken bygger i princip på att skilja asfaltener och maltener samt att därefter dela upp maltenerna i tre olika faser; mättade oljor, aromatiska oljor och hartser. Härvid utnyttjas tunnskiktskromatografi i kombination med flamjonisering. Erhållet resultat kan betraktas som ett fingeravtryck för produkten.

3.1 Provningsresultat

Erhållna analysresultat framgår av tabellerna 2a och 2b. Iatroscan-anlyserna visas dessutom i diagrammen 1-3. Resultaten kommenteras i avsnittet nedan.

Tabell 2a Analysresultatför samtliga förseglingsprodukter

Uppföljningsår/ Viktförlust Utrinnings- Fillerbryt- Äterstod eft. Dest. Syratal på

provmärkning vid 120°C tid vid 25°C index till 260°C återstod

(vikt-%) (s) bitumen Oljedest( (mgKOH/g)

(Vikt- %) vol- % ). 1996 96-125-1 Neomex 40RE 61,26 6 96 40,3 3,5 3,2 96-125-2 - - 61,31 5 93 39,8 3,0 3,2 96-157-1 - - 59,43 5 61 41,3 2,0 4,2 96-157-2 - - 58,36 5 63 42,2 2,0 4,3 96-157-3 - 58,30 5 61 42,3 1,7 4,4 96-156-1 VT 41 58,78 5 96 41,3 spår 3,4 96-156-2 - 58,51 4 94 40,7 spår 3,6 96-156-3 - - 58,57 5 87 40,8 spår 3,5 96-231-1 - - 55,90 5 84 43,3 spår 3,5 96-231-2 - - 55,67 5 84 44,2 spår 3,5 1997 97-672-2 VT 41 59,80 4 88 39,8 spår 4,0 97-672-3 - - 59,51 4 84 39,7 spår 3,7 97-672-4 - 59,99 4 90 39,8 spår 3,7 Ej kvalitetskontroll 1997 97-672-1 VT 41 59,80 4 88 39,8 spår 4,0 97-564-1 Nyseal 89,55 4 280 10,3 19,7 1,9 97-798-1 Aspen AC 73,54 5 200 26,3 spår 0,7 1998 98-540-1 VT 41 60,04 4 90 39,8 spår 3,1 98-722-1 - - 61,01 5 123 38,8 spår 2,4 98-722-2 - - 59,62 5 108 39,7 spår 2,7 98-724-1 - 59,33 5 121 40,2 spår 2,9 98-724-2 - - 59,29 5 115 40,2 spår 3,0 98-725-1 - 59,41 4 125 40,3 spår 2,4 98-726-1 - - 59,31 5 121 40,2 spår 2,8 98-726-2 - 60,03 5 121 39,2 spår 2,7 98-723-1 Nyseal 94,13 4 259 5,8 12,5 2,3* 98-723-2 - - 94,11 4 258 5,8 12,5 2,14< 98-727-1 - 91,58 4 263 8,2 16,3 3,2 98-728-1 - - 90,52 4 254 9,7 19,3 2,8 >kenkelprov

VTI notat 34999

11

Tabell 2b Resultat vid Iatroscan-analysför samtliga förseglingsproa'akter

Uppföljningsår/ Halt bitumenkomponenter (%)

provmärkning Mättade oljor Aromatiska Hartser Asfaltener oüor 1996 96-125-1 Neomex 40RE 16 55 19 10 96-125-2 - - 15 55 19 11 96-157-1 - - 16 51 20 13 96-157-2 - - 16 50 21 13 96-157-3 - - 15 50 21 14 95-233 Referens B180 14 i2 50 i2 21 i2 14 i2 96-156-1 VT 41 18 51 19 12 96-156-2 - - 19 50 19 12 96-156-3 - - 18 50 19 13 96-231-1 20 50 18 11 96-231-2 20 50 18 12 95-233 Referens B180 14 :2 50 i2 21 i2 14 i2 1997 97-672-2 VT 41 18 50 17 15 97-672-3 - - 18 49 17 16 97-672-4 - - 18 50 17 15 95-233 Referens B180 14 i2 50 i2 21 i2 16 i2 Ej kvalitetskontroll 1997 97-672-1 VT 41 17 50 17 16 97-564-1 Nyseal 11 43 17 29 97-798-1 Aspen AC 11 44 26 19 95-233 Referens B180 14 i2 50 ;l-_2 21 i2 16 i2 1998 98-540-1 VT 41 18 48 18 16 98-722-1 - - 18 48 18 16 98-722-2 18 48 18 16 98-724-1 - - 17 48 19 15 98-724-2 - - 17 48 20 15 98-725-1 - - 18 48 18 16 98-726-1 - - 17 48 17 18 98-726-2 - - 17 48 19 16 98-723-1 Nyseal 13 42 15 30 98-723-2 - - 12 43 16 29 98-727-1 - - 12 39 14 35 98-728-1 - - 13 41 13 33 95-233 Referens 3180 13 i2 50 :2 21 :2 16 i2 12 VTI notat 3-1999

3.2 Kommentar till resultat

Bitumenhalten (bitumenåterstod efter destillation till 260°C) varierar mellan 6

och 44 vikt-%). Lägst bitumenhalt har Nyseal (6-10 vikt-% för 5 olika prov). För VT 41 ligger erhållna värden mellan 39 och 44 vikt-% (17 prov), och för Neomex mellan 40 och 42 vikt-% (5 prov). VT 41 uppvisar endast spår av oljedestillat (som kan utgöras av lättare oljor och/eller lösningsmedel), medan NeomeX innehåller cirka 2-4 vol-% och Nyseal cirka 13-20 vol-% oljedestillat.

Även förseglingsprodukten från Aspen har lägre bitumenhalt (26,3 vikt-%) än VT 41 och Neomex, men uppvisar däremot inget oljedestillat och en mycket hård och ,torn destillationsåterstod jämfört med övriga produkter. (1 tidigare studier har penetrationen vid 5°C på destillationsåterstod från t. ex. VT 41 legat på cirka 40 mm/ 10, och motsvarande provning ej gått att uföra för Nyseal eftersom återstoden varit för mjuk.)

Halten vatten i de olika produkterna varierar mellan cirka 56 och 82 vikt-%. Nyseal innehåller mest vatten.

Utrinningstiden (vid 250C) är låg för samtliga produkter. Den ligger mellan 4 och 6 sekunder.

Fillerbrytindex varierar mellan 61 och 263 sekunder. Nyseal har högre

fillerbrytindex (över 250 i samtliga fall) än VT 41 och Neomex (61 till 125).

Syratal på bitumenåterstoden varierar för de olika produkterna mellan 1,9 och 4,4 mg KOH/g. För produkt Aspen AC ligger dock syratalet lägre. (0,7 mgKOH/g).

3.2.1 Iatroscan-analys

Vid Iatroscan-analys konstateras i stora drag följande beträffande de olika produkternas sammansättning av mättade oljor, aromatiska oljor, hartser och asfaltener:

0 Nyseal har mindre mängd mättade oljor respektive aromatiska oljor än VT 41 och Neomex.

0 Hartshalten är något lägre och asfaltenhalten avsevärt högre för Nyseal än för övriga produkter.

0 Iatroscanresultaten för Aspen AC avviker med högre hartshalt än för övriga produkter.

Neomex 40 RE (5 produkter från 1996)

Den mättade fraktionen ligger i medeltal på 16 % (varierar med -1 enhet) och de aromatiska oljorna på 52% (varierar med i 3 enheter). Hartshalten ligger på 20%

(varierar med _-l; 1 enhet) och asfaltenerna på 12 % (varierar med i 2 enheter).

VT 41 (17 produkter från 1996-1998)

Den mättade fraktionen ligger i medeltal på 18 % (varierar med j; 2 enheter) och de aromatiska oljorna på 49 % (varierar med i 2 enheter). Hartshalten ligger på

18 % (varierar med i 2 enheter) och asfaltenerna på 15 % (varierar med i 4 enheter).

Nyseal (1 produkt från 1997 och 4 produkter från 1998)

Den mättade fraktionen ligger i medeltal på 12 0/0 (varierar med i 1 enhet) och de aromatiska oljorna på 42 % (varierar med i 3 enheter). Hartshalten ligger på 15 %

(varierar med j; 2 enheter) och asfaltenerna på 31 0/0 (varierar med i 4 enheter).

Kvalitetskontroll 1996 60 A A A A A 40 + Mättade oljorr \ +Ar0matiska oljor \ H --0- Hartser g 30 - :o- Asfaltener _ E. 20 4\ Å ___4__ç. _ _ i: v ' / 4 \ v '/ÖAW_ _-_i_-.A ' ' / A \ v v _0---__ .\ vç/øm 10 : /^ ' ° Neomex 40 RE VT 41 0 l l l l l l : l l l Ref B180 96-125-1 96-125-2 96-157-1 96-157-2 96-157-3 96-156-1 96-156-2 96-156-3 96-231-1 96-231-2 VTI nr

Diagram 1 Kemisk karaktärisering med Iatroscanför I 996 års kvalitets-uppföljning avförseglingsprodukter

Kvalitetskontroll 1997

60

-I- Mättade oljor +Aromatiska oljor -O- Hartser 50 i V Å ^ - 1+- Asfaltener _\A//__<k 40 E 8 30 g 2 o. 20 < \ \ ::<

Q

7x/

/

z: V / A \ V / A ' A A 10 ' VT 41 Nyseal Aspen AC 0 l l l l l Ref 8180 97-672-2 97-672-3 97-672-4 97-672-1 97-564.1 97-798-1 VTI nr

Diagram 2 Kemisk karaktärisering med Iatroscan för 1997 års kvalitets-uppföljning (Och övriga prov) av förseglingsprodukter

Kvalitetskontroll 1998 60 i , , \ + Mättade oljor 1+ Aromatiska oljor \ i-O-Hartser 50 \ l -ü- Asfaltener 40 'E 3 30 D. 20 10 VT 41 Nyseal Ref B180 98-540-1 98-722-1 98-722-2 98-724-1 98-724-2 98-725-1 98-726-1 98-726-2 98-723-1 98-723-2 98-727-1 98-728-1 VTl nr

Diagram 3 Kemisk karaktärisering med Iatroscan för 1998 års kvalitets-uppföljning av förseglingsprodukter

4

Referenser

Edwards Y.: Bituminösa bindemedel. Förseglingsprodukters inverkan på en asfaltbeläggningsyta - En laboratoriestudie. VTI notat 63-1996. Bindemedelsförsegling av flygfält. Allmän teknisk beskrivning.

Fortifikations-verket. Rapport 1996:3.

Centrell P.: Bindemedelsförseglingsförsök på Strängnäs flygfält. VTI

meddelande 821. 1997.

Förseglingshandbok. Slam- och bindemedelsförsegling för gator och flygfält. Svenska kommunförbundet 1997.