V Zfnotat
Nummer: 26 Datum: 1987-03-05
Titel: Minnesanteckningar från rundresa i USA hösten 1984
Författare: Ulf Isacsson
Avdelning: ' Vägavdelningen
Projektnummer: 42315-2
Projektnamn: Bituminösa beläggningars vattenkänslighet
Uppdragsgivare: Vägverket
Distribution: fräXKXKYTäXKAINX / begränsad /
Statens väg- och trafikinstitut
w Veät-och Trafik-
Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-115200. Telex 50125 VTISGI S
Minnesanteckrningar från rundresa i USA hösten 1984
av
1 BAKGRUND
Under 4 veckor i september 1984 har jag haft tillfälle att göra en rundresa i USA för att träffa personer aktiva inom området "bituminösa beläggningar". Huvudämnet för min resa har varit "belägg-ningars vattenkänslighet" (eng. stripping) varför urvalet av personer gjorts bland dem som aktivt arbetat med beläggningars "vidhäftnings-egenskaper". Jag har också i vissa fall fått tillfälle att beröra andra ämnen, som bitumens kemiska egenskaper och olika aspekter på emul-sioner.
2 EKONOMI
Resan har samfinansierats av Vägverket och VTI.
3 RESAÄNS OMFATTNING SPOKANE CORVALLIS 1 LÄRANMIG CHICAGO v N V CINCINNATI ATLAÄNTA VICKSBURG Figur 1 NEW YORK WASHINGTON
Av figur 1 framgår vilka platser jag besökt. Under min rundresa har jag träffat följande personer:
Robert Lottman University of Idaho MOSCOW, Idaho Dennis Gilmore Carstab Corporation CINCINNATT, Ohio Richard E Root
Chicago Testing Laboratory NORTHBROOK, Illinois
Conway C Burton
Chicago Testing laboratory NORTHBROOK, Illinois
Jack Dybalski
Akzo Chemie America McCOOK, Illinois
Donald R Gallagher
Gallagher Asphalt Corporation THORNTON, Illinois
Glenn Brooks Jack Winkler Jack Pattullo J-Pat. Inc.
Asphalt Maintenance Systems SPOKANE, Washington
Robert L Dunning:. Petroleum Sciences Inc. SPOKANE, Washington
R Gary Hicks C A Bell O K Kim H Takallou G Thenoux
Oregon State University
Transportation Research Institute CORVALLIS, Oregon
Jim Wilson Glen Boyle
Oregon Department of Transportation SALEM, Oregon
E R Brown
US Army Corps of Engineers Waterways Experimental Station VICKSBURG, Mississippi
Tom Stapler Ronald Collins
Department of Transportation State of Georgia
Office of Materials and Research FOREST PARK (Atlanta), Georgia
Bill Maupin
Highway & Transportation Research Council CHARLOTTESVILLE, Virginia
V P Puzinauskas Robert N Jester The Asphalt Institute
Henry Plancher J Claine Petersen E Keath Ensley
Western Research Institute LÄRAMIE, Wyoming
4 REFERAT AV DISKUSSIONER
4, 1 Carstab Corporation, _ Cincinnati. Bob Lottman och Dennis Gilmore
Lottman, en välkänd person inom området "beläggningars vattenkänslig-het" är professor i vägbyggnad (?) vid University of Idaho, Moscow, Idaho. Höstterminen 1984 är emellertid för honom en sk "sabbatster-min", dvs en termin tri från undervisning. Lottman har valt att använda sin "lediga" tid till forskning tillsammans med Gilmore vid Carstab Corporation i Cincinnati. Av denna anledning träffade jag Lottman i . Cincinnati och ej i Moscow.
Jag fick först tillfälle att göra en
rundvandring tillsammans med
Gilmore i Carstab Corporations laboratorier. Företaget som har ca 240
anställda, tillverkar "tillsatskemikalier" för olika ändamål och kan väl
närmast jämföras med Keno Gard. Den stora "biten" i produktionen är
kemikalier för PVC -produkter (plaster) medan vidhäftningsmedel och
andra tillsatsmedel för bitumen utgör en mindre del av verksamheten.
Laboratorielokalerna gav ett modernt intryck, liksom utrustningen.
Speciellt imponerande var utrustningen som användes för kemisk analys.
Jag kan nämna att moderna analystekniker som NMR-spektrometri
(kärnmagnetisk resonansspektrometri) och HPLC-kromatografi
(hög-trycksvätskekromatografi) regelbundet används bl a vid studier av
vid-häftningsmedel.
Större delen av dagen ägnades åt diskussioner med Lottman rörande
beläggningars vattenkänslighet. Vi diskuterade olika komponenter
(bin-demedel, stenmaterial) i beläggningen och deras relativa betydelse för
vattenkänsligheten. Lottman menade att det fanns exempel på
binde-medel som orsakat "strippingskador" men han ansåg ändå att stenmate-rialet hade än större betydelse. Lottman betonade särskilt att man inte får glömma finmaterialet i detta sammanhang. Vid diskussion av fillrets betydelse kom vi in på begreppen adhesion och kohesion i en beläggning. När man talar om vattenskador i en beläggning tänker man normalt på "stripping"', dvs den process vid vilken vattnet tränger under bindemed-let från stenytan. Denna process innebär alltså att adhesionen (vidhäft-ningen) mellan bindemedel och sten upphör, vilket kan leda till att beläggningen går sönder. Lottman menade emellertid att vattnet också kan ge upphov till kohesionsskador i bruket (med kohesion hos en vätska avses den resulterande kraften av de molekylära attraktions- och repulsionskrafter som verkar i vätskan. Kohesionen "håller ihop" vätskan.) När jag frågade om man genom mätningar kunde skilja på "adhesions- och kohesionsbiten" svarade han:; "Ja, indirekt". Han be-skrev hur man ur pressdragprovning och visuell bedömning av täcknings-graden i provkroppens brottyta kunde beräkna vad han kallade "adhesion change parameter" (ACP) respektive "cohesion change parameter (CCCP). Värdena på dessa parametrar gav en uppfattning om vattnet inverkat menligt på kohesionen eller adhesionen eller bådadera.
Bland de frågor jag ställde till Lottman var: "Finns det något lägsta gräns för hålrumshalt under vilken vattenskador ej kan uppkomma?". Lottman skisserade då ett diagram (figur 2) som visar risken för vattenskador (stripping potential) som funktion av hålrumshalten. I figuren finns också mängden absorberat vatten (permeabiliteten) an-given. Lottman menar, som figuren anger, att risken för skador är störst någonstans i området 5-10 vol-% hålrum men avtar vid högre hålrumshalter. Anledningen är att vatten kan penetrera beläggningen om hålrumshalten ligger ungefär i angivet område och sedan bli kvar i beläggningen. Genom yttre krafter (trafiken) kan sedan strippingpro-cessen accelereras. I en öppen eller dränerande asfaltbetong avleds normalt vattnet, varför risken för vattenskador är mindre. Detta förutsätter dock effektiv dränering. Att lägga en dränasfalt på en tät beläggning som omöjliggör avrinning av vattnet leder med stor sannolik-het till vattenskador i dränasfalten.
i trumblandningsverk då stenmaterialet i detta fall ej är helt torrt. Jag fick ej tillfälle att fråga om man normalt använde vidhäftningsmedel i detta sammanhang. A "Stripping potential" resp.
..
Mi' g
äng
ggågd
ads. vatten
vatten
e
"Stripping
//
potentiel"
*
T
T
-01
5 .
10 Hålrumshalt vol-%
Figur 2
Lottman menade också att det var skadligt att använda nykrossat
material. Hur lång den nödvändiga lagringstiden var kunde kan dock ej
ge besked om.
Jag frågade Lottman varför han använde frost-tö-cykling i sin
press-dragprovningsmetodik. Han menade att skälen var två. För det första
utsätts provkroppen för en tryckpåkänning (både vid nedfrysning och vid
uppvärmning till 60CC) som kan påverka strippingprocessen. (Huruvida
denna tryckpåkänning är realistisk kan diskuteras.) För det andra, och
detta är kanske ur praktisk synvinkel intressantare, har Lottman med
frost-tö-cykling funnit ett redskap för studier av långtidseffekten av
vidhäftningsmedel. Enligt Lottman minskar nämligen i många fall
vidhäftningstalet (förhållandet mellan draghållfastheten hos våta
res-pektive torra provkroppar) markant med antalet frost-tö-cykler för
provkroppar tillverkade av massor som innehåller "konventionella"
vidhäftningsmedel. Metodiken med frosttöcykling skulle alltså kunna -användas för att karaktärisera ett vidhäftningsmedels effekt på "lång sikt".
Jag bad Lottman om förslag på utrustning för simulering av trafikens inverkan på strippingprocessen. Tyvärr blev resultatet i detta fall klent.
Jag frågade också Lottman vilket förfarande han föredrog när det gällde tillsättandet av vidhäftningsmedlet. Han menade att förbehand-ling av stenmaterialet ur teoretisk synvinkel var intressant men ur praktisk synvinkel kanske förknippat med svårigheter. Dessutom kom-mer man med detta förfarande endast åt adhesionsproblematiken (jäm-för ovan).
Lottman beskrev ett dataprogram (ACMODAS, se bilaga 1) som han tagit fram för att prediktera nyttan av en viss åtgärd, t ex tillsats av vidhäftningsmedel. ACMODAS står för för Asphalt Concrete MOisture Damage Analysis System. Utgående från laboratorieundersökningar . (draghållfasthet eller resilient modul hos våta och torra provkroppar av den aktuella sammansättningen) och vissa ingångsparametrar (förväntad livslängd hos "torr" beläggning, tillåten reduktion i livslängd innan åtgärd vidtas, regionala faktorer som trafik och antal frost-tö-väx-lingar) kan nyttan av en åtgärd beräknas ("cost-benefit-ratio"'). ACMODAS är tillgängligt för allmänheten från University of Idaho. Priset är $295 (hösten 1984).
Lottman gav till slut en allmän information om vissa utmattningsförsök som pågår vid University of Idaho och Carstab Corporation.
4 2 Chicago Testing Laboratory (CTL). Richard E Root och Conway Burton
Mina planer i Chicago fick ändras en del. Min värd Richard ("Dick") Root var tvungen att lämna Chicago söndag förmiddag (16/9) för fältförsök i Wyoming. Fältförsöken går ut på att studera effekten av
olika sätt att tillsätta släckt kalk i asfaltmassor. Av denna anledning fick jag endast tillfälle att träffa Dick ett par timmar på söndag morgon. Mötet ägde rum på CTL och Dick visade mig CTLs utrustning för pressdragprovning. Ingenting speciellt nytt framkom. Man använder samma utrustning som i de nordiska länderna men procedurerna för vattenmättning och konditionering skiljer sig något från de nordiska (ref 1).
Jag frågade honom om han kunde föreslå något bra sätt att simulera trafikens inverkan på strippingprocessen. Han berättade då att man tidigare haft frågan uppe och att man också gjort vissa "tryckförsök". Vid dessa försök placerade man vattenmättade provkroppar i behållare under vatten och utsatte systemet för upprepad tryck-avlastning, som skulle svara mot den påverkan trafiken åstadkommer. Resultaten var negativa så tillvida att man ej kunde uppmäta någon minskning i draghållfasthet orsakad av denna behandling. Roots personliga uppfatt-ning var att trafiken hade relativt liten betydelse för strippingproces-sen. I varje fall var trafiken en faktor av betydligt lägre dignitet än t ex stenmaterialets egenskaper.
Root visade mig resultat (ur ref l) som pekar på att bindemedlets kemiska egenskaper kan ha betydelse för beläggningens vattenkänslig-het. Skillnaden mellan de bägge bindemedlen kommer fram först i kombination med vidhäftningsmedel. Root menade därför att man alltid måste undersöka den aktuella sten-bindemedel-vidhäftningsmedelkom-binationen. Man kan alltså med t ex ett stenmaterial och två olika bindemedel erhålla samma resultat utan vidhäftningsmedel men signifi-kant skilda resultat om vidhäftningsmedel tillsatts. Att arbeta t ex med ett referensbindemedel kan leda till felaktiga slutsatser.
Vi pratade också om släckt kalk som vidhäftningsmedel och Root menade att intresset ökat i USA under de senaste åren. I någon stat, jag tror det var Georgia, hade man kommit fram till att de flytande vidhäftningsmedel man använt inte fungerat tillfredsställande. Däremot var erfarenheten av släckt kalk mer positiv, speciellt om halten sätts till stenmaterialet i slurry-form. Jag frågade hur mycket massapriset stiger om vidhäftningsmedel används och Root gissade att flytande
vidhäftningsmedel av amintyp höjer priset med ca 1 % medan motsva-rande siffra för släckt kalk är ca 3 %.
Jag frågade om vattnet kan orsaka kohesionsskador (jfr 4.1) och Root menade att så var fallet. Både i fält och i laboratoriet hade han iakttagit provkroppar där stenarna var till synes täckta av bindemedel men vars draghållfasthet markant minskat. Detta måste bero på förlust i kohesion.
Dagen efter mitt möte med Root var jag åter på CTL och fick nu träffa Conway C Burton, som är "president" för CTL. Han visade mig runt på laboratoriet, där man utför rutinanalyser av pappersprodukter samt asfaltprodukter för såväl vägbyggnad som takpapp. Så gott som all utrustning på asfaltsidan var välkänd för mig, med ett undantag: "Skakapparaten" för siktning av stenmaterial. Apparaten som går under smeknamnet "Mary Ann" (en välkänd folkvisa i USA?) fungerar ej som en skakapparat av typ "Pascall". Beskrivning, se bilaga 2.
Man var mycket nöjd med Abson-metoden för återvinning av bindeme-del. En komplett återvinning tar enligt Burton ca 3 timmar. Motsva-rande enligt IP 105 tar minst dubbla tiden. Jag var frapperad av arbetsdisciplinen på laboratoriet. Jag var inne flera gånger på laborato-riet och alltid var aktiviteten hög. Samtliga, chefer som laboranter, menade också att atmosfären på arbetsplatsen var mycket god; man arbetade för varandra som i en stor familj. Endast 12 personer var anställda på CTL.
Vad gäller arbetsmiljön ligger emellertid USA, åtminstone i vissa avseenden, efter Skandinavien. Extraktionsutrustningen var placerad öppet på arbetsbänken (inga dragskåp alltså). Som lösningsmedel an-vände man trikloretylen. Utrustningen var av typ filtercentrifug ("soil test") men betydligt mindre i storlek än den som är normerad i Sverige (MBB 5). Provmängden var normalt 1.2 kg.
4 3 Akzo Chemie America. Jack Dybalski
emulgato-10
rer och vidhäftningsmedel för agfaltbranschen. Jack Dybalski är sedan lång tid tillbaka (han har 1984 arbetat 32 år åt företaget) företagets ansikte utåt vad gäller forskning och utveckling inom "svartkonsten".
Jag började med att fråga honom om den nuvarande statusen vad gäller bitumenemulsion i USA. Han menade att intresset ökat kraftigt under de senaste åren. Under 1982-1984 har användningen ökat med 20-25 % varje år. Huvuddelen av emulsionerna går till enkel ytbehandling (chip seal), Andelen emulsioner för kallblandade massor för lågtrafikerade vägar kommer enligt Dybalski att öka kraftigt under de närmaste åren.
Har Akzo fått fram någon bra emulgator för långsambrytande emulsio-ner lämpliga för tät emulsionsbetong? Svaret är obetingat ja! Produkten i fråga benämns REDICOTE E-4868 (ref 2a). När jag frågade hur mycket finmaterial (filler) aggregatet kunde innehålla innan problem uppstod svarade Dybalski: "Upp till 20 %". Han gav dock ett förbehåll; finmaterialet fick inte innehålla lera. E-4868 har varit kommersiellt tillgänglig i USA under ca 4 år.
Min nästa fråga gällde om Akzo fått fram en emulgator lämplig för emulsioner till öppen emulsionsbetong och som möjliggör tillverkning av lösningsmedelsfria emulsioner. Svaret var även här ja. Produkterna (ref 2b respektive 2 c) benämndes REDICOTE E-5126 (för basiska sten-material) respektive REDICOTE E-5127 (för sura stensten-material). Even-tuellt (beroende på stenmaterialet) skulle dessa produkter blandas med ovannämnda REDICOTE E-4868 (t ex 75 vikt-% E-5127 och 25 vikt-% E-4868). Jag frågade honom om han kunde föreslå
lämpligå metoder för
studier av brytningen av emulsioner. Han nämnde då att man för "slurry
seal" använder ASTM D 3910-830 (metod 5). För ytbehandling hade han
ingen bra metod att föreslå.
Dybalski överlämnade 3 rapporter presenterade vid AEMA-möten
1982-1984. Rapporterna mynnade ut i ett förslag till
proportionerings-metod för kallblandad emulsionsbetong (ref 3-5). Metoden kommer
sannolikt att bli en ASTM -metod.
11
Dybalski i AAPT-1982 (ref 6) framförda "pånyttfödda" förslaget att förbehandla stenmaterialet med vidhäftningsmedel i stället för att sätta överskott av vidhäftningsmedel till bindemedlet. Dybalski menade att det här handlar om utbildning. Att införa ett extra steg i massatill-verkningen stöter på motstånd hos tillverkaren. Även asfaltfolk är konservativa. Tekniskt sett finns inga problem med förbehandlingen. Bristen på vilja att prova någonting nytt är det stora problemet. Dybalski menade att den intressantaste tillämpningen i detta fall är varmblandade massor. När bindemedlet svalnar ökar viskositeten och vidhäftningsmedlets vandring mot stenytan bromsas kraftigt upp. Där-emot existerar numera inga större problem med vidhäftningsmedlets värmestabilitet. Genom förbehandling av stenmaterialet i stället för tillsats till bindemedlet kan enligt Dybalski mängden vidhäftningsmedel per ton massa minskas med en faktor 53-10. I Amerika används idag ca 1-1.5 vikt-% vidhäftningsmedel i varmblandade massor räknat på binde-medlet. Denna hait skulle kanske kunna sänkas till 0.1-0.3 vikt-%.
Jag frågade honom om han tyckte att halten amin i vägolja i Sverige . (1.2 vikt-% räknat på bindemedlet) var onödigt hög och på den frågan svarade han jakande. Han trodde att 0.3-0.5 vikt-% skulle räcka till ett normalt stenmaterial. Han berättade att man i något återvinningsförsök funnit ca 70 % av vidhäftningsmedlet i bindemedlet och resten på stenytan.
Vi pratade om olika typer av vidhäftningsmedel. Jag frågade vad han ansåg om metallnaftenater (t ex Fe?+-naftenat) som vidhäftningsmedel. Svaret var kort och gott att det inte fanns några fördelar med denna typ av
vidhåftningsmedel jämfört med katjoniska medel t ex aminer.
Han erkände att intresset ökat kraftigt för släckt kalk beroende på att
flera positiva resultat uppnåtts. Detta menade han berodde på att man
förbehandlade stenmaterialet. Att "slurry" fungerar bättre än "pulver"
beror på att man i första fallet får stenytan väl täckt med CaZ+-joner,
som sedan möjliggör bindning av syror i asfalten till stenytan. Den
senaste nyheten vad gäller vidhäftningsmedel är silaner. Dow Corning
marknadsför en produkt "Dow Corning 990 Asphalt Additive" som
kemiskt är
gsm
.
12
NHz-C2H4-NH-C3Hg-Si(OCH3)3 aminoetylaminopropyltrimetoxysilan
Dybalski påpekade nogsamt att produkten innehöll aminer men medgav samtidigt att produkten gentemot vissa stenmaterial skulle kunna fungera extra bra genom den bindning som uppkommer mellan kisel och / syre (Si-0O). Vilka dessa stenmaterial skulle kunna vara kunde han ej säga. Dybalski ansåg silaner dubbelt så dyra som "konventionella" aminer.
Anjoniska vidhäftningsmedel används numera ej som vidhäftningsmedel enligt Dybalski.
Oorganiska salter som FeCl3 är ej intressanta enligt Dybalsky då de ej ger en bestående adhesion.
4 l Gallagher Asphalt Corporation. Donald R Gallagher
, P g a ändrade planer (jfr avsnitt 4.2) fick jag tillfälle att besöka en av de största entreprenörerna i Illinois, Gallagher Asphalt Corporation och där träffa chefen ("vice president") själv, Don Gallagher. Hans far startade företaget 1929(7?) och själv övertog han det omkring 1960, endast ca 25 år gammal.
Det var speciellt två tekniska spörsmål vi diskuterade, ett speciellt blandningsförfarande vid tillverkning av varmblandade massor samt erfarenheter av återanvändning av massor.
Blandningsförfarandet är en "KGO-variant" som GÅC är ensam om i USA. I en tank blandas bitumen och filler och denna "mastik" blandas sedan med det grövre materialet. Erfarenheten hittills var enbart god. Upp till 10 % filler (räknat på massan?) kunde blandas med bindemedel utan att viskositetshöjningen inverkade menligt på slutresultatet.
Som stenmaterial använder GAÄC kalksten (dolomit) som bryts i en jättestor gruva alldeles i närheten av asfaltverket. Enligt Don G. var gruvan kommersiellt sett världens största och en riktig "guldgruva" (det
13
skall kanske tilläggas att Gallagher inte ägde gruvan). Jag fick tillfälle att åka bil ned i gruvan och bese den tillsammans med Don. GÄC tillverkar också "slurry" av flygaska och kalk som används med gott resultat för stabilisering av bärlager.
Don G. tog mig också ut på ett vägarbete där man höll på att plocka upp gammal asfalt- och cementbetong. Cementbetongen tippar man bara på "lämpligt" ställe medan asfalten tas tillvara och transporteras till asfaltverket för återanvändning. Mellan 30 och 50 % av den nya massan innehåller "gammal" asfaltbetong. Mest frapperande var för mig de tjocka asfaltlagren. Ett av dessa som man plockade upp var 9' (mer än 20 cm) tjockt.
&, 5 J-Pat Inc. Asphalt Maintenance Systems. Glenn Brooks, Jack Winkler, Jack Pattullo
Då jag fick en dag över i Spokane, använde jag den för besök hos en liten entreprenör, J-Pat Inc., som hade 6 heltidsanställda och under . säsongen ytterligare ett 10-tal. J-Pat Inc. ägnade sig i huvudsak åt tre
aktiviteter:
1. Tillverkning av slurry seal
2. Lagning av sprickor med SBR-modifierat bitumen
3. Fuktisolering av betongbroar med SBR-modifierat bitumen.
Vad gäller slurry seal var dess popularitet i stigande i USA. Under de senaste 4 åren hade J-Pat Inc. "omsättning" ökat med en faktor 3.
Erfarenheten av SBR -modifierat bitumen för spricklagning och fuktiso-lering av betongbroar var utan undantag positiva. En state-of-the-art rapport rörande "gummibitumen" som kan vara av värde inom VV-pro-jektet "Fuktisolering av betongbroar", erhölls. Rapporten var skriven av en australiensare, John Yearman (ref 7).
14
4.6 Petroleum Sciences Inc. Robert L Dunning
Petroleum Sciences Inc. låter finare än det är. Hela företaget består av 5 personer, Bob Dunning själv, 3 laboranter varav en är Dunnings dotter samt Dunnings fru, som skriver ut utlåtanden och fakturor. Fastän jag hade korrekt adress var det svårt att hitta PS]; någon skylt .med företagets namn fanns inte vid ingången.
Laboratoriet bestod av två mindre rum med diverse utrustning för rutinanalyser. Ordningen på laboratoriet tydde inte på att Dunning och hans medarbetare var pedanter. Två anläggningar för tillverkning av emulsioner i laboratorieskala dominerade det ena rummet. Ett dragskåp fanns för extraktionsutrustningen.
Dunning och hans medarbetare sysslar med uppdragsverksamhet, ofta av typ "mixdesign". uppdrag på emulsionssidan är relativt vanliga. Åt t ex J-Pat Inc. (avsnitt 4.6) utför man "proportioneringsförsök" för slurry seal; för ett givet stenmaterial bestämmer man antingen lämplig , bindemedelshalt om emulsionen är given, eller lämplig emulsion om bindemedelshalten är given (normalt ca 16 vikt-%). Jag frågade om man tillverkade tät
emulsioflsbetong och Dunning svarade då att så var fallet
men endast i "skogsområdena". I dessa områden var det långt till ett
asfaltverk för varmblandade massor och dessutom fick man inte placera
sådana verk i "skogen" p g a brandrisken. Denna täta emulsionsbetong
användes normalt endast som "bärlager" för ytbehandling. Vid
tillverk-ning av tät AEB bör man använda samma emulsioner, som används för
slurry seal.
Dunning menade att det fanns lösningsmedelsfria emulsioner för öppen
emulsionsbetong. Det var emellertid viktigt, menade Dunning, att man
gjorde proportioneringsstudier med det aktuella stenmaterialet. Man
fick inte tro att det gick att generalisera genom att använda samma
recept varje gång; då kom snart problemen.
Jag frågade om han kunde föreslå någon laboratoriemetod för
bestäm-ning av emulsioners stabilitet vid olika tillämpbestäm-ningar. Han berättade då
att han varit med att utveckla en metod för "slurry seal". Metoden gick
15
ut på att mäta "vridmotståndet" i en "slurry" som funktion av tiden (ref 8). Jag kom snart underfund om att samma metodik tidigare lanserats i Tyskland (ref 9).
Vad gäller nya tekniska tillämpningar med emulsioner nämnde Dunning att "High-Float"-emulsioner åter kommit på modet och nu i Kanada.
Dunning ansåg att släckt kalk ur teknisk synvinkel fungerar bra som vidhäftningsmedel. Han pekade dock på vissa nackdelar, framför allt "hälsoaspekterna". Allergiker kan inte arbeta med släckt kalk, åtmin-stone inte Dunnings egen son. Enligt Dunning borde det gå lika bra att använda portlandcement under förutsättning att CaO-halten är tillräck-ligt hög (normalt utgörs ca 60-65 % av
portlandgémenten av
Återstoden är framför-allt SiOz, Al203, Fe203 och MgO.) Med
port-landcement liksom flygaska som vidhäftningsmedel hade man emellertid
ingen praktisk erfarenhet i Washington.
Vad gäller förbehandling av aggregat med vidhäftningsmedel var
Dunning tveksam utifrån ett par aspekter. Dels kunde
vidhäftningsmed-let vara svårt att sprida jämnt över alla aggregatytor och dessutom,
menade Dunning, förstördes antagligen vidhäftningsmdlet vid
tork-ningen av stenmaterialet p ga de mycket höga yttemperaturer som
kunde förekomma. För att sprida vidhäftningsmedlet effektivt på
stenarna måste detta sannolikt föreligga i form av en emulsion.
Dunning trodde inte att man inom överskådlig framtid skulle kunna
införa "kemiska" krav på bitumen i specifikationerna. Han nämnde dock
samtidigt att det föreligger krav på bitumen som används vid
"recyk-ling"; paraffinhalten får ej överstiga 25 %.
När jag frågade honom vilken eller vilka metoder han använder i sitt
laboratorium för bestämning av beläggningars vattenkänslighet svarade
han: "Det bestämmer kunden". Han nämnde Lottmans metod, Marshall-.
metoden och "Immersion compression test" (båda ASTM-normerade)
samt enkla indränkningstester på grovt stenmaterial. Enligt Dunning är
Jimenez' metod för bestämning av hållfastheten hos våta och torra
provkroppar, "the double plunch method", mycket ovanlig i USA (han
16
var själv inte på det klara med vilken metod jag pratade om förrän vi plockat fram litteratur som beskriver metoden i fråga).
Jag bad om förslag på metod för simulering av trafikens inverkan på "stripping-processen" men fick bara ett svävande svar om att "någon mekanisk belastning måste man väl använda".
4,7 Oregon State University
Transportation Research Institute:
R Gary Hicks C A Bell O K Kim H Takallou G Thenoux
Oregon Department of transportation, Salem, Oregon:
Jim Wilson Glen Boyle
Jag blev mycket väl mottagen av Gary Hicks och hans medarbetare. När jag kom till institutionen möttes jag av C A Bell, till USA inflyttad engelsman, ass. professor och Hicks "högra hand". Bell berättade om det program man lagt upp för mig och gav en kort presentation av de personer jag skulle få möta under dagen.
Först fick jag träffa en korean, Kim, som bott 3 år i USA och under ett par år arbetat vid Hicks! institution med "beläggningars vattenkänslig-het". Han har utfört laboratorieundersökningar av provkroppar som tillverkats av 2 olika stenmaterial, ett "bra" och ett "dåligt". Stenmate-rialet har innehållit olika halter vatten (0, 1 och 3 %) vid blandningen med bindemedlet. Effekten av två olika vidhäftningsmedel (släckt kalk och ett flytande aminpreparat från Carstab Corporation) har också undersökts. Provkropparna har konditionerats enligt Lottmans metodik. De parametrar som uppmätts är "resilient module" och antalet
belast-17
ningar till utmattning. Resultatbilden får anses vara mycket splittrad. Ibland har den bästa effekten uppnåtts med släckt kalk, ibland med "flytande amin'". Ibland har en effekt påvisats med "resilient module" men ej med utmattningsförsök.
Jag fick sedan träffa en iranier, Hossein Takallou, sedan 9 år bosatt i USA. Han har kartlagt beläggningsskador i staten Oregon orsakade av vatten och skrivit en avhandling om detta (ref 10). Takallou visade med några diabilder vad "stripping" i praktiken innebär.
Takallou berättade också att han nu kommit in på "rubitasfalt" (gummi-granulat)-området och jag lovade att förmedla kontakt med Anders Björklund. Handelsnamnet i USA för rubitbeläggning är Plusride.
Nästa person jag fick möta var G Thenoux, som kommer från Chile, och som före sin anställning vid OSU arbetat i England under ett par år. Thenoux har arbetat med undersökningar på bitumen, främst viskosi-tetsmätningar med "cone-plate-viscometer" samt brytpunktsmätningar _ enligt Fraass. Speciellt det sistnämnda tyckte jag var intressant efter-som vi själva haft ganska stora problem med repeterbarheten vid
beåtämning av brytpunkt. Thenoux har modifierat metodiken enligt
brittisk standard (IP 80), främst vad gäller preparering av prov, och
därmed uppnått ökad noggrannhet. Han har ocks funnit att den
tempe-ratur man uppmäter med standardiserad utrustning är långt ifrån den
riktiga. Normalt är avvikelsen ca 59C vid brytpunkten. Detta beror
enligt Thenoux framför allt på att termometern är för "trög" (Thenoux
har i stället använt termoelement). Enligt Thenoux är denna felaktiga
temperatur för brytpunkten anledningen till att van der Poel inte fick
"brytpunkt enligt Fraass" att passa in i sitt diagram.
Thenoux har vid OSU gett sig in på den omöjliga (?) uppgiften att
karaktärisera bindemedlets kemiska egenskaper och ställa dessa i
relation till de fysikaliska egenskaperna. Vid bestämning av bitumenets
kemiska sammansättning, kommer man att använda sig av en förenklad
variant av ASTM D 4124-82.
18
ASTM D 4124 och är nu fullt på det klara med att kemisk analys enligt denna metodik är dyrbar. Jag vill bara nämna ett exempel på detta. Den kolonn man använder vid uppdelning av bindemedlet i olika komponenter är 1 m lång och 1 tum i diameter. För varje analysprov måste man byta kolonnmaterial (aluminiumoxid) och detta är säkerligen inte billigt. Dessutom är tid pengar. Att packa en sådan lång kolonn som det här är fråga om är inte gjort i en handvändning.
Efter lunch fick jag så träffa Gary Hicks samt Jim Wilson och Glen Boyle från ODOT. Wilson (?) gav mig en bakgrund till "stripping-proble-met" i Oregon. Enligt hans uppfattning var 1974 ett intressant år i detta sammanhang. I början av 70-talet hade man iakttagit problem med spårbildning (permanent deformation). För att komma till rätta med detta problem föreslog en kommitté att man skulle sänka bindemedels-halten med 0.5 vikt-% (från 5.5 till 5.0 vikt-% i en "normal" belägg-ning). I och med detta fick man emellertid i stället strippingproblem enligt Wilson (och också enligt Takallou). Den sänkta bindemedelshalten (och därmed den högre hålrumshalten) var säkert inte den enda förkla-ringen till att man började observera "vattenskador". Andra förklaringar kan t ex vara ökad användning av trumblandningsverk samt ökad trafik-belastning på vägarna. Wilson nämnde också som tänkbar orsak de "låga" krav man tidigare haft på kornkurvan. Vid tillverkning i trum-blandningsverk tilläts entreprenören använda en enda fraktion, vilket ledde till inhomogena massor. Idag krävs 3 olika stenfraktioner. Den iakttagna ökningen av antalet vattenskadade beläggningar har lett till ökad användning av vidhäftningsmedel. 1976 vidtogs enligt Wilson för ca 16 % av beläggningsobjekten någon form av vidhäftningsbefrämjande åtgärd. Idag är motsvarande siffra 22%. Släckt kalk har rönt ökat intresse under de senaste åren i Oregon. Enligt Wilson kan man "tillsätta" kalken på 4 olika sätt:
1. Som filler i stenmaterialet som sedan blandas på "vanligt" sätt med bitumen.
2. Som filler i stenmaterialet, som sedan behandlas med vatten. Det fuktiga stenmaterialet konditioneras en viss tid (normalt 4 dygn) innan det torkas (?) och blandas med bitumen.
19
3. Som filler, vilket blandas med bitumen innan resten av stenmate-rialet tillsätts.
4, Som "slurry" (normalt 1 dygns behandling).
Enligt Wilson har man i Oregon sedan 50-talet undersökt vidhäftningen med "Immersion compression test" enligt ASTM D 1075. Normalt har kravet varit att de "våta" provkropparnas mekaniska "styrka" skall vara minst 75 % av de torra provkropparnas.
Vi diskuterade också emulsioner. Bruket av emulsioner ökar något i Oregon och då framför allt för "chip seal" och öppen emulsionsbetong. Erfarenheten av tät emulsionsbetong är negativ. Man har också enligt Hicks ibland haft problem med brytningen av emulsionen i öppen emulsionsbetong. Hicks trodde att det var nödvändigt med en viss halt lösningsmedel i emulsionen för AEBÖ (normalt 83-12 vol-%X). När jag frågade om nya applikationer med emulsioner nämnde Hicks polymer-modifierade bindemedel för "chip seal".
- 4.3 U S Army Corps of Engineers, Waterways Experimental Station. E R Brown
Avsikten med mitt besök i Vicksburg var att träffa Tim White, en välkänd person i USA bland beläggningsfolk. När jag kom till WES visade det sig att White lämnat Vicksburg för en professur vid Univer-sity of Purdue, Indiana. Jag fick i stället prata med E R Brown, som för några år sedan disputerade på en avhandling rörande "Återanvändning av asfaltbetong".
Vi började med att diskutera mitt huvudämne "Beläggningars vatten-känslighet" man det visade sig snart att Brown inte hade speciellt mycket att tillföra inom detta område. Han berättade att man vid WES undersökts beläggningsmaterials. "strippingegenskaper" med "marshall-metoden", dvs genom bestämning av marshallstabiliteten hos torra och "vattenkonditionerade" prov (24 h vid 609(?)).
20
diskussion av de utrustningar och metodiker som användes vid WES.
Laboratorieblandning av bituminösa massor utförs normalt i en Hubbardblandare ("degknådare"'). 1 varje omgång blandas massa till endast en provkropp. Brown påpekade själv att blandning av massa till en provkropp i taget ej betyder att provkroppen för den skull behöver bli homogen. Provkroppen instampas vid rutinanalyser normalt i en manuellt driven marshallfallhammare. En automatiserad fallhammare används aldrig vid WES. Skälet är enligt Brown att man i det "manuella" fallet får en packning som bättre efterliknar verkligheten. Detta skulle kunna bero på att laboranten aldrig släpper tyngden från exakt samma punkt (samma höjd varje gång men ej samma läge i horisontalled). Härigenom skulle en bättre "knådning" av massan åstadkommas än i en "automatisk" fallhammare där fallvikten startar från samma punkt varje gång.
Det som intresserade mig mest i WES! beläggningslaboratorium var utan tvekan den gyratoriska packningsutrustningen. WES har i detta fall varit pionjärer. Den första utrustningen av detta slag togs nämligen fram i ' detta laboratorium på 50-talet. Den drivande kraften bakom arbetet var John McRae, som numera har ett eget företag, vilket bl a tillverkar modern utrustning för "gyratorisk" packning. Vid denna form av pack-ning utsätts provet för en "gyratorisk" rörelse som medför att provet "knådas" på ett sätt som bättre än t ex marshallpackning efterliknar vad som händer under välten på vägen. I den senaste varianten av gyratorisk packningsmaskin kan såväl 4 tum som 6 tum provkroppar tillverkas. Brown gissade att en sådan utrustning idag kostar ca 35000 dollar, dvs ca 300 000 Skr. En annan fördel med den gyratoriska utrustningen är att man under packningens gång "registrerar" pack-ningsförloppet. Ur detta kan man t ex få upplysningar om den aktuella massans packnings- och deformationsegenskaper.
En annan intressant apparat jag fick se vid WES var en enkel utrustning för bestämning av "skjuvhållfastheten" hos asfaltprovkroppar. Appara-ten bestod av en metallcylinder i vars mitt uttag gjorts för provkrop-pen. Metallcylindern var delad i två block. Vid monteringen av prov-kroppen kommer denna mitt för "skarven" mellan blocken. Ett visst
21
tryck appliceras mot provkroppens "basyta" varefter ett av blocken sätts i rörelse. Den kraft som erfordras för att "skära" provkroppen i två lika stora delar längs ett plan parallellt med basytan registreras. En liknande apparat används inom geotekniken för bestämning av skärhåll-fastheten hos jordartsmaterial. Metoden var så "färsk" att dess "an-vändbarhet" inom det "svarta" området ännu ej utvärderats.
49 Georgia Department of Transportation. Tom Stapler, Ronald Collins
Jag fick först träffa Tom Stapler ("State Materials and Research Engineer") som gav en översikt av utvecklingen i Georgia vad gäller strippingproblemet. Han konstaterade först att man sedan slutet av 60-talet iakttagit "vattenskador" på beläggningar runt om i Georgia och att man sedan dess använt vidhäftningsmedel i massorna. Till en början användes endast flytande aminpreparat men sedan ca 10 år tillbaka också släckt kalk. Stapler var inte nöjd med flytande vidhäftningsmedel, som han påstod endast hade korttidseffekt och ibland t om negativ effekt. Däremot hade man med åren blivit mer och mer övertygad om den släckta kalkens förträfflighet och idag (1984) måste alla bituminösa konstruktioner på "State Highway System" eller "Interstate System" innehålla släckt kalk. På övriga vägar, dvs de lågtrafikerade, får man använda flytande vidhäftningsmedel. Detta innebär att man idag i Georgia använder släckt kalk i 92 % av nytillverkad beläggning och aminpreparat i resten. Stapler berättade också att man tillsätter kalken i pulverform till stenmaterialet och att kalken utgör 1 vikt-% av stenmaterialet. Släckt kalk i slurryform hade man ingen praktisk erfarenhet av i Georgia men Stapler menade att "slurryvarianten" måste bli betydligt dyrare än "pulvervarianten" framför allt beroende på lägre produktionshastighet. Senare "pressade" jag Collins (se nedan) i denna fråga och fick honom till följande gissning vad gäller prisök-ningen:
1. Tillsats av amin (0.5 vikt-% av bindemedlet) höjer massapriset med ca 1 %.
22
priset med ca 3 %.
3. "Slurrybehandling" (1 vikt-%) medför en ca 7 %-ig prishöjning.
Stapler trodde inte på varianten med tillsats av släckt kalk i bindemed-let då, enligt hans mening, kalken (kalciumjonerna) inte i detta fall i tillräckligt hög grad når stenytan. Jag frågade honom om "hälsoaspek-ter" vid användning av släckt kalk. Han menade att det inte existerade några problem om man behandlade kalken i ett "slutet system" som är fallet i Georgia. "Inga arbetare har klagat".
Att man tillåter flytande vidhäftningsmedel på lågtrafikerade vägar beror naturligtvis på att man anser att dessa tillsatsmedel fungerar i detta fall och just på grund av den låga trafikbelastningen. Stapler betonade med kraft den stora betydelse han tillmäter trafiken när det gäller stripping. Jag passade då på att fråga honom om han kunde föreslå ett förfarande i laboratoriet som simulerade trafikens inverkan men tyvärr, ingen utdelning denna gång heller!
De aggregat som är mest "strippingsbenägna" i Georgia är enligt Stapler kvartsiter, graniter eller granitgnejser samt åsgrus (river gravel). Man har även observerat stripping i massor tillverkade av kalksten. Ca 90 % av Georgias stenmaterial är "surt". Endast längst i nordväst finns ett mindre bälte av kalksten.
Sedan 60-talet har man i laboratoriet provat "vattenkänsligheten" dels genom "Boiling test" dels genom "Immersion Compression test" (jämför avsnitt 4.7). Den förstnämnda innebär att man kokar massan i vatten en bestämd tid och sedan visuellt bedömer täckningsgraden. Enligt den senare metoden tillverkas provkroppar av vilka hälften vattenkonditio-neras. Provkropparnas tryckhållfasthet bestäms och förhållande mellan de våta och torra provkropparnas hållfasthet bestäms. Detta förhål-lande skall i Georgia vara 270 % för att massan i fråga skall anses ha acceptabel "vattenresistens". Sedan 4-5 år har "Immersion
corripression
test" ersatts med Lottmans procedur (vakuummättning,
frost-tö-cyk-ling, konditionering 24 h vid 609C, bestämning av indirekt
draghållfast-het). Erfarenheten av den sistnämnda metoden är hittills i huvudsak
23
positiv.
En tät asfaltbetong har i Georgia i praktiken en hålrumshalt på ca 7 %, vilket ju är tillräckligt för att vatten skall kunna komma in och orsaka stripping.
Under 70-talet och början av 80-talet var öppen asfaltbetong (hålrums-halt 10-15 vol-%) populär i Georgia. Man använde denna beläggningstyp främst för att eliminera vattenplaning och öka friktionen. Idag tillver-kar man ingen "open-graded friction course". Anledningen till denna plötsliga "kovändning" är strippingproblem. Problemen uppkommer oftast ej i ABÖOn själv utan i det underliggande bitumenbundna lagret.
Jag fick sedan också träffa Ronald Collins ("State Bituminous Construc-tion Engineer"). Förutom stripping diskuterade vi emulsioner, återan-vändning av asfaltmassor och filler.
Intresset för emulsioner har i Georgia minskat under de senaste åren. Emulsioner används främst till ytbehandling och "slurry seal" man ej längre till t ex öppen emulsionsbetong och klistring.
Återanvändningen av asfaltmassor i Georgia är nästan obefintlig. I grannstaten Florida är emellertid intresset för återanvändning stort. Detta beror åtminstone till en del på bristen på stenmaterial i Florida. Collins nämnde också Wisconsin. I denna stat "återanvänder" man ca 30 % av beläggningarna.
Vi kom också in på filler och Collins berättade att man skärpt kraven på tillåten fillerhalt (endast egenfiller används). Numera skall tät asfalt-betong innehålla 4-7 vikt-% filler. Förhållandet filler:bitumen skall "normalt" vara ca 1. Detta innebär att fillerhalten i bitumenstabiliserat bärlager är ca 5 vikt-% (eftersom bindemedelshalten är 5 vikt-%) och i slitlager 6 vikt-%
Jag fick också tillfälle att bese laboratorierna. Det mesta var välbe-kant. En "cone-plate-viskosimeter" fanns på bindemedelslabbet. I nor-merna finns krav på viskositet vid 250C och denna parameter bestäms
24
med nämnda viskosimetertyp. Jag blev också angenämt överraskad av att se en "rotavaporutrustning" för återvinning av bindemedel. Erfaren-heten av Abson-metoden var negativ och man sökte efter en ny metodik. Liksom vid VTI (och många andra laboratorier också förresten) / hoppas man i detta fall på "rotavaporteknik". Till slut vill jag också nämna att man vid GDOT arbetar med ett relativt omfattande projekt, vars syfte är att utveckla en metod för kemisk analys av bitumen. Metoden bygger på HPLC -teknik (HPLC = High Pressure Liquid Chro-matography).
4 10 Commonwealth of Virginia, Highway & Transportation Re-search Council, Charlottesville. Bill Maupin
Bill Maupin började med att berätta att man i "hans" laboratorium använder en "modifierad Lottman-metod". Modifieringen består av föl-jande punkter:
1. Deformationshastigheten är 2 tum/min, dvs som vid bestämning av marshallstabilitet.
2. Temperaturen är 250C.
Man utsätter provkroppen för en fost-tö-cykling. Detta är det enda som skiljer den från "Dick Roots" metod (ref 1). Man tycker att metoden är den bästa som kan "uppbringas" för närvarande. Vid deras "fältlaborato-rier" användes ibland "Boiling Test" ("hela kornkurvan"') som "screening test". Maupin menade att man fick ta resultaten av denna test med en "nypa salt" - korrelationen med "verkligheten" är inte alltid god. Han påpekade att det är viktigt att ha tillräckligt hög hålrumshalt i provkropparna. Lottmans metod "misslyckades" i ett fall att förutsäga "strippingproblem" på vägen. En dålig sten-bindemedelkombination på vägen gav bra resultat, dvs högt vidhäftningstal, i laboratoriet. När man tittade på provkropparnas hålrumshalt visade att denna var mycket låg (ca 3 vol-%). När systemet undersöktes vid "normal" hål-rumshalt (6-8 vol-%) påvisades systemets dåliga "vattenresistens". De provkroppar som idag undersöks har hålrumshalter i området 6-8 vol-%, dvs de hålrumshalter borrkärnor från vägen normalt har.
25
Strippingproblematiken har länge varit uppenbar i Virginia. Sedan 1974 tillsätts flytande vidhäftningsmedel till alla slitlager, sedan 1980 även till bärlager. Ett undantag har dock existerat. Till massor tillverkade av kalksten har inte vidhäftningsmedel använts, förrän för ca 2-3 år sedan, då man började förstå att även kalksten kan ge "vattenskador".
Erfarenheten av släckt kalk är hittills begränsad i Virginia. Sedan 1982 har ett antal projekt genomförts och erfarenheten hittills är positiv men "långtidseffekten" är naturligtvis ännu ej utredd.
I huvuddelen av alla bituminösa massor i Virginia idag används granit. Tidigare har också kvartsit använts men på grund av "strippingproblem" har man beslutat att inte använda kvartsit i fortsättningen. I ca 1/3 av alla massor används kalksten. Ett problem med beläggningar tillverkade av kalksten är enligt Maupin den dåliga friktionen.
Emuisioner är ej speciellt populära i Virginia. De används framför allt
till ytbehandling. Erfarenheten av emulsioner till öppen
emulsionsbe-tong är begränsad och till tät emulsionsbeemulsionsbe-tong i stort sett obefintlig.
"Ermulsionsbetong är bara aktuell till lågtrafikerade vägar i Virginia där
högre flexibilitet erfordras.
Jag tog upp frågan om specifikationer för bitumen baserade på kemisk
sammansättning. Maupin log och menade att frågan debatterats livligt i
USA. "När något går på tok vill man först skylla på bindemedlet". Han
nämnde att man startat ett stort projekt (ref 11) i USA, ett nytt
"STINA-projekt"', i vilket bl a bitumens kemiska struktur är en väsentlig
del. Det var inget litet projekt. Maupin gissade att budgeten löd på ca
50 miljoner dollar (för 5 år).
Jag fick också tillfälle att vandra genom laboratoriet. Ingenting nytt
framkom. En MTS-utrustning fanns som man tidigare använt för
ut-mattningsförsök. Sådana försök var dock tills vidare "lagda på is".
Jag visste att Maupin var ordförande (chairman) i ASTM-kommitteén D4
"Road and Paving Materials". Jag bad därför honom om en lista på de
aktuella arbetsgrupper (subcommittees). Ur denna lista kunde jag utläsa
26
flera grupper som arbetar med ämnen intressanta för Vägverket och VTI. Några exempel är:
- Mechanical tests of bituminous mixes.
=- Effect of water and other elements on bituminous coated aggre-gates.
=- Bituminous macadams and surface treatments.
- Analysis of bituminous mixtures.
- Methods
O_f sampling.
-
Bridge deck protective systems.
200 Modified agents for binders in bituminous mixtures.
-
Asphalt specifications.
=-
Emulsified asphalt specifications. :
=-
Emulsified asphalt tests.
-
Rheological tests.
=
Chemistry of asphalt and additives.
-
Aggregate specifications.
=-
Aggregate tests.
Kanske kunde VV och VTI ha nytta av en viss kontakt med dessa och
andra arbetsgrupper inom ASTM och andra
"standardiseringsorganisatio-ner".
27
4.1 1 The Asphalt Institute, College Park (Washington). Vyt Pu-zinauskas, Robert N Jester
Det skulle bli intressant, tyckte jag, att få träffa Puzinanskas, som ju är en välkänd profil inom asfaltbranschen världen över sedan många år.
Jag bad först Puzinauskas orientera mig om Asfaltinstitutet (TA]D). Han berättade då att institutet har ca 60 medlemmar från hela världen. För att få bli medlem måste man vara asfaltproducent, entreprenörer t ex göre sig alltså inte besvär. TÄls verksamhet finansieras av medlem-marna på grundval av deras produktionsvolym. Medlemmedlem-marna betalar ca 0.20 dollar per ton producerad asfalt. Årsbudgeten för TAI är fn ca 2 miljoner dollar. En av medlemmarna i TAI är Nynäs Petroleum. I USA är TAI indelat i 20 distrikt och 2 regioner. TAI sysslar med FoU-arbete och utbildning inom asfaltområdet samt inte minst med "konsultverk-samhet" till medlemmarna. TAI skall bistå medlemmarna med all slags information inom det aktuella området.
Puzinauskas berättade sedan att han sommaren som varit besökt Europa under 64 vecka och bl a Sovjetunionen under 4 av dessa veckor (Puzi-nauskas talar ryska och tyska; han är född i Litauen). Jag passade på att fråga honom om möjligheter till utbyte av personer mellan USA och Sverige inom det "svarta" området. Hur mycket skulle det kosta t ex VTI eller VV att få över en intressant person till Sverige under en bestämd tid?
Han menade att man får här skilja mellan två kategorier:
1. Personer av "konsulttyp som lever på sitt företag".
2. Personer vid "officiella" institutioner som universitet (hit räknas även TAD.
"Konsulter" blir dyra att ta över. Här måste man betala såväl resa, uppehålle och arvode, den sista delen är den klart dyraste. När det gäller personer under punkt 2 är dessa ofta intresserade att "offra" sin semester för en resa till Europa. I detta fall behöver man normalt ej
23
betala arvoden till personen i fråga.
Puzinauskas kom så in på läget i USA vad gäller "asfaltkonsumtion". Trenden är positiv, dvs omsättningen av asfalt ökar. Under 1983 förbrukades ca 30 miljoner ton asfalt (bindemedel). Under 1984 kommer denna siffra att vara ca 32 och 1988 (underskattning enligt Puzinauskas) 35 miljoner ton.
Vi kom så in på huvudämnet "stripping". Puzinauskas menade att "strippingproblem" i hög grad existerar i USA men att problemen är mycket ojämnt fördelade. Som ett "värsta fall exempel" nämnde han en väg i västra Virginia som byggs under 1984 (?) och som efter 3 månader var totalt "sönderstrippad".
Enligt Puzinauskas var stenmaterial som innehåller glimmer extremt vattenkänsliga. "Sura" material (hög halt SiOz) kan ge problem om stenytan har Na*- eller K*+-joner i överskott. Däremot är basaltmate-rial (mer "basiskt"') bättre ur "strippingsynvinkel". Kvartsit är svår att "väta" med bindemedel enligt Puzinauskas och därför strippingbenäget. Jag visade honom en figur som illustrerade våra försök av olika stenmaterials vattenkänslighet. I figuren var koncentrationen av järnjo-ner i stenen avsatt mot vidhäftningstalet uppmätt med pressdragprov-ning. Figuren visar på en mycket påtaglig korrelation mellan järnhalt och vattenresistens. Resultaten var helt i överensstämmelse med Puzi-nauskas uppfattning.
Jag frågade Puzinauskas om hans uppfattning om filler och dess betydelse för beläggningens vattenkänslighet. Först hade han ingen uppfattning att torgföra men sedan menade han at "beläggningen nog blir mer vattenresistent om man ersätter surt (granit) filler med kalkstensfiller. Vi kom så in på frågan om man i allmänhet kunde förvänta sig mer strippingproblem med en beläggning vars massa tillverkats i ett trumblandningsverk än med en beläggning gjord av varmblandad massa. Han svarade jakande på denna fråga och gav sedan litet statistik. I USA finns ca 4500 asfaltverk. 25-30 % av dessa är trumblandningsverk, som dock svarar för ca 50 % av den totala mäng-den tillverkad massa. Puzinauskas berättade sedan att bindemedlet
29
enligt hans personliga uppfattning (entreprenörerna hade en annan) ofta "krackas", dvs bryts ned i mindre komponenter, när massan blandas i ett trumblandningsverk. Orsaken är enligt Puzinauskas den ångdestillation som förekommer i ett trumblandningsverk (ångan härrör från det våta stenmaterialet). Puzinauskas menar sig ha bevis för denna "nedbrytning" av asfalten från viskositetsstudier av det återvunna bindemedlet och komponenter av detta. Viskositetsstegringen är mer omfattande än vad som svarar mot normal destillation, vid vilken oxidation och förångning av lätta komponenter sker. Beläggningen fungerar enligt Puzinauskas på kort men ej på lång sikt p g a denna "krackning" av bindemedlet, vilket gör beläggningen "sprödare". Huruvida denna förändring också leder till sämre vattenresistens framkom emellertid ej av vår diskussion.
Jag frågade Puzinauskas om hans uppfattning vad gäller nykrossat respektive lagrat stenmaterial när det gäller strippingbenägenhet. Han hade ingen bestämd uppfattning i denna fråga.
Vad gäller bindemedlet tyckte Puzinauskas att detta var mindre bety-delsefullt än stenmaterialet för beläggningens vattenkänslighet men dock inte utan betydelse. Asfalten kan komma från kanske hundratals olika källor i USA och eftersom detta antagligen kan innebära mycket skilda kemiska sammansättningar är det rimligt att anta att olika asfalter kan vara olika "vattenkänsliga" i en beläggning. Puzinauskas menade att bitumen med höga syratal bör fungera sämre med "sura" stenmaterial än bitumen med låga halter av syror. Bitumen med höga halter av kväveföreningar kan i stället fungera bra med "sura" stenma-terial. Han betonade dock att dessa synpunkter är "hypoteser" och ingalunda bevisade påståenden.
Vad gäller vidhäftningsmedel menade Puzinauskas att användningen av "släckt kalk" ökar och organiska aminer minskar i USA just nu. Puzinauskas var "måttligt" förtjust i tillsatsmedel av typ aminer och menade att sådana medel ibland är till skada för beläggningen. Varför framkom ej. Han varnade bestämt för att använda sådana tillsatsmedel generellt. Puzinauskas ansåg också att aminen förstörs vid lagring av bindemedlet. Asfaltproducenten vill därför ej tillsätta sådana ämnen till bindemedlet. Av olika sätt att tillsätta släckt kalk trodde Puzinauskas
30
mest på "slurry-varianten". Jag frågade om man använder portlandce-ment eller flygaska i USA som vidhäftningsbefrämjande medel. "Varför skulle man använda portlandcement?" blev då direkt Puzinauskas mot-fråga. Portlandcement är ju mycket dyrare än släckt kalk och kan inte vara bättre (innehåller endast ca 60-70 % Ca0O, jfr avsnitt 4.6). Flyg-aska används på flera håll i USA enligt Puzinauskas men då som filler. Att flygaska skulle förbättra vattenresistensen trodde han inte. Som filler var flygaska "normalt", dvs den förstyvade bindemedlet ungefär som ett "normalt" granitfiller. "Bästa" fillret i detta avseende var enligt Puzinauskas asbest, som dock av hälsoskäl ej används längre.
Vägsalt borde enligt Puzinauskas innebära ökad risk för stripping. I varje fall var det lätt att i laboratoriet indikera detta.
Vad gäller laboratoriemetoder för provning av beläggningars vatten-känslighet använde TAI "Boiling Test", "Marshalltest"', "Immersion Com-pression Test" och vid "anfordran" "Indirekt draghållfasthet". När det gäller "Boiling Test" hade TAI en egen variant. Man använde ensartat stenmaterial som kläds med bindemedel och därefter placeras i en bägare med vatten. Vattnet uppvärms och 3 värden på vattenkänslig-heten registreras; den temperatur vid vilken stripping första gången observeras, den temperatur vid vilken 50 % av stenarna är avklädda samt täckningsgraden när vattnet börjar koka. "Boiling Test" skall enligt Puzinauskas endast användas som "screening test".
Puzinauskas ansåg, liksom de flesta jag tidigare mött, att trafiken hade ett väsentligt inflytande på strippingprocessen men kunde inte ange någon lämplig laboratoriemetod för simulering av trafikens inverkan.
Puzinauskas var relativt negativ till "Dick Roots metod", dvs den variant av pressdragprovning som finns beskriven i AAPT 1983 (jfr avsnitt 4.2). Han menade bl a att det var svårt att packa en provkropp till en viss hålrumshalt (6-8 vol-%).
Angående det aktuella läget i USA vad gäller emulsioner menade Puzinauskas att den under de senaste åren ständigt stigande produktio-nen av emulsioner nu stagnerat. Endast projekt med sk "High
31
Float"-emulsioner var f n aktuella för TAI (4 olika fältprojekt).
Jag frågade till slut Puzinauskas, som är ordförande i en arbetsgrupp inom ASTM som arbetar med asfaltspecifikationer, om hans syn på specifikationer baserade på bindemedlets kemiska sammansättning. Som väntat ansåg han detta orealistiskt. Det undslapp dock honom att han gärna såg att specifikationerna innehöll krav på paraffinhalt.
Jag fick också tillfälle att bese TAls laboratorium tillsammans med Robert Jester. 1 "kemiska" delen av laboratoriet (bindemedelslab.) hittade jag idel bekant apparatur. Av den utrustning jag hann "regist-rera" är det endast Cone-plate-viskosimetern vi inte använder vid VTI. Inte heller "massalabbet" bjöd på några överraskningar.
4. 12 Western Research Institute (WRI), Asfaltgruppen, Laramie. Henry Plancher, J Claine Petersen, E Keath Ensley
I Laramie stannade jag två dagar och dessa dagar blev väl utnyttjade. För en kemist fanns nämligen många intressanta frågor att diskutera. * Utanför oljebolagen är sannolikt Laramiegruppen med J Claine Petersen
i spetsen den grupp som kan mest om asfaltens kemi.
Min värd var Henry Plancher och han ägnade sig "100 %-igt" åt mig under de bägge dagarna. Vi började med en snabbvandring genom WRIs laboratorielokaler. Det mesta av modern kemisk analysutrustning fanns tillgänglig, t ex gas- och vätskekromatografer samt olika slag av spektrometrar (synligt, UV, IR, NMR, Mass-). I asfaltlaboratoriet fäste jag mig speciellt vid en helautomatisk utrustning för reologiska studier av asfalt. Man placerade ett litet asfaltprov, kanske 1 g, i en "belast-ningscell", "talade om" för den mekaniska spektrometern hur den skulle temperera provet (hur snabbt, till vilken temperatur och hur länge vid denna temperatur), vilka parametrar (t ex komplexa viskositeten och dynamiska skärmodulen) den skulle uppmäta och hur resultatet skulle presenteras (diagram, dataremsa) och lagras. "Spektrometern" talade också om när något var galet, t ex om provet innehöll en luftblåsa. Apparaten kostade 1979 ca 1 miljon kronor. Plancher planerade att köpa in en ny "reologiutrustning" under 1984-85. Priset blir ca 300 000 dollar,
32
dvs 2.5 miljoner svenska kronor.
Plancher "föreläste" sedan för mig rörande "Bitumenets kemi och dess relationer till bindningen mellan asfalt och stenmaterial". Han var just hemkommen från Italien där han rest runt några veckor och delat med sig av sina kunskaper. De egenskaper hos bindemedlet som är väsentliga att känna till är:
Kemisk sammansättning.
Kompatibilitet, dvs hur olika komponenter i asfalten "trivs" med varandra. De handlar här om asfaltens kolloidala egenskaper.
Åldringsegenskaper, som beror av 3 faktorer: Andelen flyktiga ämnen, benägenhet för oxidation samt "strukturell förhårdning" (eng. molecular hardening eller steric hardening).
Hållbarhet (durability), som i sin tur beror på de ursprungliga egenskaperna hos bindemedlet och deras resistens mot föränd-ringar med tiden.
Plancher summerade sin framställning i följande punkter:
Den kemiska sammansättningen bestämmer bindemedlets fysika-liska egenskaper.
Bindemedlets polaritet bestämmer i hög grad dess viskositet.
En av de faktorer som påverkar "hållbarheten" (durability) är komponenternas kompatibilitet.
Polära grupper som bildats under åldringsprocessen orsakar för-härdning av bindemedlet.
Viskositetens beroende av polära grupper kan variera avsevärt.
33
är synergistiska ("förstärker varandra") processer.
Plancher betonade sedan betydelsen av bindemedlets adsorption på stenytan. Adsorption av en eller flera komponenter kan leda till:
- negativa effekter vad gäller "stripping" och åldring.
- att bindemedlets kemiska och därmed fysikaliska egenskaper förändras.
Därefter kom Plancher in på ämnet "kemiska aspakter på stripping". "Laramiegruppen" har bla fastlagt den relativa "känsligheten" för "stripping" hos några funktionella grupper i bindemedlet (dvs hur lätt substanser med den funktionella gruppen i fråga "tvättas" bort från stenytan). Resultat (karboxylsyror mest strippingbenägna):
1. - Karboxylsyror 7.5 2. Anhydrider 3.0 3, Sulfoxider 1.7 - 4, Kväveföreningar 0.7 3. 2-kinolonföreningar 0.7 Ketoner 0.2
Man har också i
Laramie studerat mekanismen för släckt kalks inverkan
på bindemedlet. Resultaten kan sammanfattas på följande sätt:
=-
Släckt kalk reducerar bildning av oxidationsprodukter genom att
"bortskaffa" substanser som påskyndar oxidationen.
-
Släckt kalk reducerar bitumenets känslighet för
oxidationsproduk-ter genom att bortskaffa reaktiva molekyler som annars skulle
samverka med oxidationsprodukter och orsaka ökning i viskositet.
Vid WRI har man utvecklat några laboratoriemetoder som här förtjänar
att omnämnas. En av metoderna bestämmer "The asphaltene settling
time", dvs den tid som erfordras för att asfaltenerna i ett
bitumen-hexanprov skall sedimentera till en given nivå. Sedimentationstiden är
34
ett mått på bindemedlets kolloidala stabilitet. Metoden kan användas bla för studier av komponentblandningars kompatibilitet. Ett par exempel skall nämnas:
- Blandning av två bitumen från olika källor. Blir blandningen stabil, dvs "trivs" de bägge komponenterna tillsammans?
en Inblandning av "föryngringsmedel" i en "återanvänd" massa. Passar bindemedlet och föryngringsmedlet ihop?
Metoden är vad gäller utrustning mycket enkel men kräver stor noggrannhet av laboranten för att resultaten skall vara tillförlitliga.
En annan metod som Plancher et al är upphov till kallas i engelskspråkig litteratur "Water damage susceptibility test of asphalt aggregate paving mixtures" och är alltså en "vidhäftningsmetod". Kortfattat innebär metoden att man blandar ensartat stenmaterial (0.18-0.25 mm) med bitumen. "Massan" pressas till en liten cylindrisk provkropp (diameter 41 mm, höjd 19 mm) som placeras under vatten på en "stresspiedestal". , . Provkroppen utsätts för frys-tö-cykler tills en spricka uppstår i prov-kroppen. Antalet cykler till brott (spricka) registreras. Metoden kom-mer inom 1-2 år att bli tentativ ASTM-metod. Erfarenheten av meto-den i Wyoming och Texas är positiva.
Till sist vill jag nämna en teknik som använts i Laramie för karaktärise-ring av bindningen mellan stenmaterial och bitumen. Tekniken bygger på analys av en kväveförening (pyridin) som fått reagera med stenytan. Provet upphettas i en ugn och mängden "frigjort" kväve registreras som funktion av temperaturen. Ju högre temperatur som krävs ju starkare är bindningen. Pyridin är den enklaste N-föreningen som påvisats i bitu-men och starkt polär och har av dessa skäl valts som modellsubstans.
5 NÅGRA ALLMÄNNA SLUTSATSER
- "Bituminösa beläggningars vattenkänslighet" är ett mycket ak- : tuellt ämne i USA idag (1984). Samtliga personer jag mött menar
35
att vatten (i vätske- eller ångform) orsakar skador på belägg-ningar, vilket medför stora kostnader för samhället. Någon kalkyl över dessa kostnader har emellertid ej påträffats.
När man talar om beläggningars vattenkänslighet bör man vara observant på att inte bara adhesionen mellan bindemedel och sten utan också kohesionen i bindemedlet kan påverkas.
En utbredd uppfattning var att stenmaterialet betydde mer för beläggningens vattenkänslighet än bindemedlet. Det fanns dock personer som ville varna för en alltför "lättsinnig" syn på binde-medlet i detta avseende. Det framkom t ex resultat som visade att ett stenmaterial gav samma resultat med två olika bindemedel utan vidhäftningsmedel, men signifikant olika resultat när binde-medlen innehöll vidhäftningsmedel. Att arbeta med ett referens-bindemedel kan därför leda till felaktiga slutsatser.
Uppfattningen om nyttan av flytande vidhäftningsmedel av typ aminer är delad. Flera personer ifrågasätter nyttan av sådana tillsatsmedel, speciellt den långsiktiga nyttan. Uppfattningen att dessa tillsatser t o m kan vara skadliga för beläggningen har också framförts. I Georgia tillåts vidhäftningsmedel av denna typ endast i beläggningar på lågtrafikerade vägar (8 % av nyproduktionen).
Intresset för släckt kalk som vidhäftningsmedel i asfaltmassor är idag mycket stort i USA. I flera stater ökar användningen av detta tillsatsmedel. Under hösten 1984 genomförs i ett antal (77?) stater i USA fältförsök med släckt kalk. Försöken syftar till att finna lämpligaste sättet för tillsats av kalken (som filler, som "slurry", tillsats direkt till bindemedlet osv).
Samtliga tillfrågade personer menar att trafiken har betydelse för "stripping-processen" i beläggningar, en stor majoritet menar att den har avgörande betydelse. Beviset för detta ansåg man vara det faktum att strippingproblemen i allmänhet observerats på högtrafikerade vägar. Ingen person kunde emellertid rapportera resultat av laboratorieundersökningar där trafikens inverkan
simu-2a.
2b.
2C.
36
lerats och ännu mindre någon metod för sådana studier.
Den av Plancher och Petersen i Laramie utvecklade "Water damage susceptibility test of asphalt - aggregate paving mix-tures" kommer inom ett par år att bli ASTM-metod. Metoden borde utvärderas vid VTI.
"The asphaltene settling test" utvecklad av bla Plancher och Petersen i Laramie är avsedd för utvärdering av kompatibiliteten för olika asfaltkomponenter. Metoden kan tex användas för studier av kolloidala egenskaper hos bitumen, som framställts genom blandning av 2 eller flera bitumen från olika källor. Metoden kan också vara användbar vid studier av olika "föryng-ringsmedels" funktion vid "recycling" av asfaltbetong. Metoden borde utvärderas vid VTI.
För grundläggande studier av vidhäftningen mellan bitumen och sten i närvaro av vatten är den metod som framtagits vid Western Research Center i Laramie och som bygger på pyrolys av kvävefö-reningar (jfr avsnitt 4.12) intressant. Ett problem kan bli kostna-den för anskaffandet av utrustningen (ca 250-300 kkr, 1984).
REFERENSER
David D Tunnicliff and Richard E Root "Testing asphalt concrete for effectiveness of antistripping additives" AAPT 52 (1983) 535.
"Redicote E-4868 Cationic Slow Emulsifier", Armak High-way Chemicals Department, Bulletin 78-14.
"Redicote E-5126 Cationic Asphalt Emulsifier" Armak Highway Chemicals Department, Bulletin 31 -4.
"Redicote E-5127 Cationic Asphalt Emulsifier", Armak Highway Chemicals Department, Bulletin 31-5.
10.
11.
37
emulsified and hot mixed asphalt mixtures. Phase ]". A paper prepared for presentation at the 9Ith annual meeting of the AEMA (1982).
Jack N Dybalski "A comparison of laboratory prepared cold mixed emulsified and hot mixed asphalt mixtures. Phase II". A paper prepared for presentation at the lOth annual meeting of the AEMA (1983).
Jack N Dybalski "Proposed mix design methods for asphalt emul-sion cold mixes" Ilth annual meeting of the AEMA (1984).
Jack N Dybalski "Cationic Surfactants in Asphalt Adhesion" 51 (1982) 293.
John Yearman "Rubberised Bitumen - A "State of the Art" prepared for Pavement Management Services on behalf of S.A.M.I. Pty. Limited (1981).
Robert L Dunning. Personlig kommunikation.
E-J Vater BTAP (1970) 47.
Hossein B Takallou "Stripping of asphalt pavements: Art" TRR:84-6 (1984).
TRB, NRC Special Report 202 "America's Highways Accelerating the Search for Innovation" (1984).
Morrill Hall Gniversity of idaho Moscow Idaho 83843 A C M O D A S * A M i c r o c o m p u t e rp r o g r a m o n so ftwa re di sk et te from th e Id ah o R e sea r c h Fo un da ti on . B % 2 S 0 %
Idaho Research Foundation, inc.
*A s p h u l t C o nc r e t e M o l s t u r e D a m a g eA n a l y s i s Sy s t e m PAiD Permit # 120 Moscow |D 83843 Non Profit Org U S Postage Bilaga 1
