VTI notat 22-1999
Varm återvinning av
asfaltbeläggning i verk
E4, Märsta-Upplands Väsby, Uppland
Väg 40, Göteborg-Borås, Västergötland
Väg 42, Fristad-Vänga, Västergötland
Väg 841, Stäket, Uppland
Lägesrapport 1999
Författare
FoU-enhet
Projektnummer
Projektnamn
Uppdragsgivare
Distribution
Torbjörn Jacobson och
Fredrik Hornwall
Väg- och banteknik
60407
Varm återvinning vid verk
Vägverket
Förord
Intresset för asfaltåtervinning har ökat markant på senare år och mot den bakgrunden har flera provvägsförsök utförts under perioden 1996-98. Vid försöken har dels kallt och dels uppvärmt granulat blandats in i varma massor som använts till bindlager och slitlager. Försöken har initierats av Vägverket i region Väst och Stockholm men även representanter från Vägverket Produktion, Vägverkets huvudkontor i Borlänge, Skanska och VTI har deltagit i delar av projektet. Uppföljningen av provvägsförsöken har bedrivits av VTI inom ett av Vägverket finansierat FoU-projekt rörande varm återvinning vid verk.
Från Vägverkets sida har Hans Stjernberg och Hans Petterson från region Väst medverkat medan Sven Eliasson varit kontaktman i Stockholm. Svante Johansson och Bengt Krigsman har varit kontaktmän på Vägverket (huvudkontoret) i Borlänge. Från Vägverket Produktion har Nils-Olof Nilsson och Bo Simonsson deltagit medan Kenneth Ohlsson varit Skanskas representant. Projektledare på VTI har varit Torbjörn Jacobson medan Fredrik Hornwall och Karl-Axel Thörnström ansvarat för labundersökningarna och medverkat med sammanställningen av rapporten.
Linköping i januari 2000,
Innehåll
SAM M ANFATTNING____________________________________________________________ 5
BAKGRUND _____________________________________________________________________ 9
ÅTERVINNING AV ASFALT - ALLM ÄNT________________________________________ 10
VARM ÅTERVINNING I VERK___________________________________________________ 11
PROVSTRÄCKOR PÅ E4 MELLAN MÄRSTA OCH UPPLANDS-VÄSBY___________ 14
In l e d n in g o c hb a k g r u n d__________________________________________________________________14 Ut f ö r a n d e_________________________________________________________________________________ 14 Pr o v n i n g s p r o g r a m_______________________________________________________________________16 Re s u l t a tf r å n l a b o r a t o r i e p r o v n i n g a r n a_____________________________________________ 18 Un d e r s ö k n in g a r a vb o r r k ä r n o r_______________________________________________________ 25 R S T -m ä t n i n g______________________________________________________________________________ 27 Ko m m e n t a r e rt il lu p p f ö l j n i n g e n_______________________________________________________ 30 PROVSTRÄCKOR, VÄG 40, RYA- GRANDALEN__________________________________33
Ba k g r u n do c h p r o v s t r ä c k o r____________________________________________________________ 33 Un d e r s ö k n in g a r a vb o r r k ä r n o r_______________________________________________________ 34 Be s i k t n i n g_________________________________________________________________________________ 37 R S T -m ä t n i n g______________________________________________________________________________ 39 PROVSTRÄCKOR, VÄG 42, FRISTAD (BORÅS)___________________________________ 43
Ba k g r u n d_________________________________________________________________________________43 Pr o v s t r ä c k o ro c hu p p f ö l j n i n g__________________________________________________________ 43 Un d e r s ö k n in g a r a vb o r r k ä r n o r_______________________________________________________ 4 4 R S T -m ä t n i n g______________________________________________________________________________ 47 Be s i k t n i n g_________________________________________________________________________________48 VÄG 841, STÄ K ET ______________________________________________________________ 51 Al l m ä n to m p r o v v ä g e n_________________________________________________________________ 51 Up p f ö l j n i n g a r_____________________________________________________________________________ 53 Un d e r s ö k n in g a vb o r r k ä r n o r___________________________________________________________ 5 4 Be s i k t n i n g_________________________________________________________________________________55 SAMMANFATTANDE KOMMENTARER_________________________________________ 56 LITTERATUR___________________________________________________________________ 59 Bilagor:
1. Dynamisk kryptest - massaprov, E4, Märsta 2. Analysresultat på borrkärnor 1999, E4, Märsta 3. RST-mätningar hösten 1998 och 1999, E4, Märsta 4. Analysresultat på borrkärnor 1998 och 1999, väg 40
5. RST-mätningar maj 1998, oktober 1998 och hösten 1999, väg 40 6. Analysresultat på borrkärnor 1998 och 1999, väg 42
Sammanfattning
Inledning och bakgrund
Intresset för asfaltåtervinning har ökat markant på senare år och mot den bakgrunden genomfördes höstarna 1996 och 1997 samt sommaren 1998 fyra provvägsförsök med varm återvinning i asfaltverk. Vid tre av försöken inblandades kallt granulat i varm, nytill verkad asfaltmassa. I det fjärde fallet uppvärmdes granulatet genom en parallelltrumma innan det inblandades i massan. Atervinningsmassorna användes som slitlager, typ ABS eller ABT, samt som bindlager (ABb) på högtrafikerade vägar. Sammanlagt ingår 17 sträckor i provvägarna varav 7 utgörs av referenser med konventionell, nytillverkad massa och 10 är provsträckor med granulatinblandning.
Vid försöken har mellan 10-40 % granulat (returasfalt, gammal asfaltbeläggning) inblandats i ny asfaltmassa. De gamla asfaltmaterialen sönderdelades och sorterades innan återvinningen. Följande provvägar behandlas i rapporten:
• Väg 841, Stäket, Uppland. ABT- och ABS-massor, 1996 • Väg 40, Göteborg - Borås, Västergötland. ABb-massor, 1997 • Väg 42, Fristad - Vänga, Västergötland. ABS-massor, 1997
• E4, Märsta - Upplands-Väsby, Uppland. ABS- och ABb-massor, 1998
Syfte med provvägarna
Syftet med försöken var främst att studera om varma återvinningsmassor skiljer sig från nytillverkade massor och hur mycket asfaltgranulat som kan blandas in utan att egenskaperna försämras. Eftersom varma återvinningsmassor i första hand riktar sig till det högtrafikerade vägnätet är målsättningen att den här typen av massor skall uppfylla de krav som ställs för nytillverkade massor i VÄG 94 (Allmän Teknisk Beskrivning för Vägkonstruktioner) och TBV-beläggning (Teknisk Beskrivning Väg, Beläggningsarbeten). I den senare anvisningen finns också krav på gammalt asfaltmaterial för återvinning. Det är dock möjligt att kravspecifikationerna kan behöva ändras eller kompletteras med inriktning på varm återvinning. En viktig del i undersökningen var att studera återvinning av skelettasfalt (ABS) som är den dominerande beläggningstypen på det högtrafikerade vägnätet, och som innehåller högkvalitativa, slitstarka stenmaterial vilka bör tas till vara på bästa sätt. Skelettasfalt kräver dock extra noggrann proportionering och ett kvalificerat utförande för att ett bra resultat skall uppnås vilket även måste beaktas vid återvinning av dessa beläggningar.
Tillverkning och utläggning av massa
Asfaltmassorna tillverkades i satsblandnings- eller trumblandningsverk. Vid satsblandningsverken tillsattes upp mot 25 % granulat medan det i trumblandningsverket inblandades även högre halt granulat (40% inblandning). För att kompensera värmeförlusterna från de kalla granulatet och torka ur fukten överhettas stenmaterialet vid den typen av processer. I ett av försöken uppvärmdes granulatet separat genom en parallelltrumma. Vid den typen av process kan högre andel granulat inblandas men i det aktuella försöket kunde endast 10 % respektive 20 % granulat tillsättas för att massorna skulle klara kraven på kornstorleksfördelning enligt VÄG 94 för de aktuella massatyperna. Förutom det gamla bindemedlets egenskaper (krav finns i TBV) måste även stenmaterialets
sammansättning och bindemedelshalten i granulatet beaktas vid proportioneringen av återvinningsmassan.
Återvinningsmassorna upplevdes i samtliga fall som smidiga och lätthanterliga samt mycket lättpackade vid utläggningen. Även resultaten från provningarna på laboratoriet pekade i samma riktning, med för återvinningsmassor i allmänhet, högre skrymdensitet och lägre hålrumshalt på laboratoriepackade massaprov eller borrkärnor från vägen jämfört med nytill verkade massor.
Mät- och provningsmetoder
Uppföljningen och kontrollen av asfaltmassorna och provsträckorna omfattar följande områden:
• karakterisering av ingående material; stenmaterial, granulat, bindemedel • massans sammansättning
• förändring av bindemedlets egenskaper
• pressdraghållfasthet och styvhetsmodul hos massa och borrkärnor • utmattningstest av borrkärnor (i ett fall)
• beständighet hos instampade massaprov och borrkärnor • vägytans tillstånd (spår, jämnhet, makrotextur)
• skadeutveckling genom okulär besiktning
Eftersom referenssträckor av konventionell asfalt förekommer i provvägarna är undersökningen till vissa delar upplagd som en jämförande, relativ provning mellan konventionell massa och återvinningsmassa med varierande granulatinnehåll. Den långsiktiga uppföljningen, som omfattar regelbundet återkommande vägytemätningar, provtagningar och besiktningar, skall ge svar på hur tillståndet i beläggningen med tiden förändras under inverkan av trafikarbetet och klimatet. En del av de tidigare resultaten redovisas i VTI notat 22-1998.
De viktigaste resultaten hittills
Ingenting i undersökningarna från provvägarna visar hittills att en måttlig inblandning (<25 %) av granulat i varm massa skulle medföra försämrade eller i hög grad påverkade egenskaper hos beläggningen. Vid högre inblandning (40 %) påverkas t ex mjukpunktsförändringen mera och det kan i detta avseende vara svårt att klara kraven i VÄG 94 (max 8°C höjning). De mekaniska egenskaperna hos massan påverkas också mera vid högre granulatinblandning och beläggningen riskerar att få styvare egenskaper som kan påverka sprickkänslighet och utmattningshållfasthet hos materialet. Effekten av granulatet blir tydligare för en beläggningstyp innehållande mjukare bindemedel, t ex ABb/B 180 jämfört med ABb/B 85, eftersom det gamla bindemedlet ofta till viss del är förhårdnat och därför kan skillnaden mot det nya bindemedlet bli stor.
De stabilitetsprovningar som gjorts visar att granulatet förbättrat stabiliteten hos beläggningen enligt dynamisk kryptest på borrkärnor från vägen eller tillverkade plattor av massa. Spårdjupsmätningarna från vägen verkar bekräfta detta och det finns en tendens till mindre spårbildning för återvinningssträckorna jämfört med referenserna av nytillverkad massa. Styvhetsmodulerna och pressdraghållfastheten påverkas i de flesta fall av granulatinblandningen men effekten blir mindre vid
lägre granulattillsats och är beroende av hur åldrat det gamla bindemedlet är samt hur mycket nytt bindemedel som inblandats i asfaltmassan.
Inblandningen av granulat har i de flesta fall förbättrat massans beständighet mot vatten enligt tester av både labtillverkade prov (se även VTI notat 22-1998) och borrkärnor tagna 1-2 år efter det beläggningen lades. Ibland har vidhäftningstalet påverkats markant av granulatinblandningen och effekten har varit tydlig både på bindlager och slitlager samt även vid relativt måttlig tillsats av granulat i massan (15-20 %). Anledningen till att granulatet förbättrar materialets resistens mot vatten är att partiklarna till större delen är täckta med bitumen, något som förbättrar vidhäftningen mellan stenmaterialet och det nya bindemedlet. Ytterligare en faktor som har betydelse för beständigheten är att återvinningsmassor lättare tar packning än konventionella massor och därigenom blir tätare och homogenare.
De resultat som erhölls vid provningen av laboratorietillverkade provkroppar (plattor eller Marshallpackning) stämmer väl överens med resultaten från borrkärnorna även om nivån på pressdraghållfastheten och styvhetsmodulen ligger betydligt högre för laboratorietillverkade prov. Den inverkan av granulatet som konstaterades på labproven har i de flesta fall även erhållits vid provningen av borrkärnorna från vägen. Det är viktigt att påpeka att det är fler faktorer än halten granulat som kan ha påverkat resultaten i undersökningarna, till exempel varierande bindemedelsinnehåll eller hålrumshalter mellan de olika provblandningarna. Även om detta beaktas så verkar granulatet ha en inverkan på både massans och den nya beläggningens egenskaper, särskilt vid högre granulatinblandning.
RST-mätningarna visar att återvinningsbeläggningarna under det första året erhållit något mindre spårbildning, sannlikt beroende på att massan blivit bättre packad och samtidigt stabilare genom tillsatsen av granulat. På en av provvägarna har ABS-beläggningarna innehållande 20 %, resp. 40 % granulat erhållit något mer stenlossning än referensen. Det gamla granulatet var på denna väg relativt åldrat (penetrationsvärde 20) samtidigt som hålrumshalterna överlag hamnade högt, 5-7 vol-%, enligt borrkärnorna som togs samma höst som provvägen lades. Höga hålrumshalter har enligt skadeutredningar visat sig mycket kritiska för skelettasfalt och har i många fall orsakat stenlossning i ett tidigt skede. Samtliga provsträckor med återvinningsbeläggning har erhållit något högre makrotextur i hjulspåren jämfört med referenserna. Orsaken till att vägytan blivit något skrovligare genom granulatinblandningen kan vara att en större andel grövre stenmaterial förekommer i granulatet. Makrotexturen ökar med större stenstorlek.
Fortsatt uppföljning
Provvägarna planeras att följas upp under kommande år men det behövs flera försök för att framför allt studera skelettmassornas lämplighet för varm återvinning (remixing, repaving och varm återvinning i verk). Behovet av att återvinna skelettasfalt kommer att öka markant när alla de slitlagerbeläggningar som lagts under 90-talet skall fräsas bort och tas till vara på bästa sätt. Även kall återvinning av stenrika massor bör studeras eftersom varm återvinning sannolikt inte passar för alla typer av objekt. Ytterligare ett område som bör belysas är granulatinblandning i bärlagermassor (AG, ingår ej i dessa försök). Effekten av
granulatinblandning kan för den typen av massor (magra och relativt öppna massor) vara ännu större än för bind- och slitlagermassor (förbättrar sannolikt massorna). Förutom provvägsförsök kan också renodlade labförsök ge viktig information om hur olika massor påverkas av till exempel halten granulat i massan med hänsyn till förhårdningen av det gamla bindemedlet, halten nytt bindemedel och tillsats av ett mjukare bindemedel. De krav som finns i TBV- beläggning på maximal inblandning av 20 % granulat i slitlager och 30 % i bind- och bärlager samt att penetrationen på det gamla bindemedlet skall överstiga 30 verkar vara relevanta enligt resultaten från provvägarna. Kraven bör dock ses över och kanske mer noggrant anpassas för det aktuella objektet (med hänsyn till beläggningstyp, lager, bindemedelshalt, åldring, trafikvolym och det geografiska läget). Möjligheterna till kompensation för åldrade massor genom tillsats av mjukare bindemedel och/eller högre bindemedelshalt bör också studeras. Om målsättningen är att i stort sett alla gamla asfaltbeläggningar skall återvinnas på ett högvärdigt sätt i framtiden måste samtliga möjligheter prövas, vilket innebär att behovet av FoU är och kommer att vara stort inom detta område.
Bakgrund
Intresset för varm asfaltåtervinning i verk har ökat markant på senare år och mot den bakgrunden genomfördes flera försök i slutet av 90-talet. Det handlade om slit-, bind-, och bärlager på relativt högtrafikerade vägar och återvinningsmassorna tillverkades i flera typer av verk och genom olika processer. I dessa sammanhang har VTI följt upp ett antal provsträckor i södra Sverige. Provvägarna utfördes mellan 1996 och 1998 och har, i varierande omfattning, följts upp sedan dess. Granulatinblandningen varierade mellan 10-40 % och de blandningsprocesser som förekom innebar att antingen förvärmt eller kallt granulat blandades in i massan.
Erfarenheterna från utförandet var överlag positiva, bland annat var massorna smidiga och tog packning lätt. De inledande undersökningarna visade också att massornas egenskaper i varierande grad påverkades av granulatinblandningen, både till det positiva och negativa. Beroende på hur åldrat granulatet (det gamla bindemedlet) var, hur mycket granulat som tillsattes och om stenmaterialet hade behövt överhettas påverkades de mekaniska egenskaperna och beständigheten hos massan samtidigt som mjukpunktsförhöjningen hos bindemedlet påverkades. I en del fall erhöll återvinningsmassorna något styvare egenskaper men också förbättrad vattenkänslighet. I de fall lämpligt granulat (ej alltför åldrat) i måttlig mängd inblandades blev effekten på massan förhållandevis liten och jämförbar med nytillverkad massa.
I denna rapport beskrivs följande fyra försök: • Väg 40, Rya - Grandalen, Västergötland • Väg 42, Fristad, Västergötland
• E4, Arlanda - Märsta, Uppland
• Gamla Stäketvägen (väg 841), Uppland
Återvinning av asfalt - allmänt
Vid asfaltåtervinning brukar upprivna, uppgrävda eller uppfrästa asfalt beläggningar kallas för returasfalt. Efter sönderdelning (försiktig krossning eller målning) och sortering brukar materialet benämnas asfaltgranulat.
Asfaltbeläggningar kan återvinnas genom kalla, halvvarma och varma produktionsmetoder och inblandning av nytt bindemedel/stenmaterial i det gamla asfaltmaterialet kan ske i verk eller på vägen (kall och varm remixing). Återvinningsmassor kan användas till slit-, bind- eller bärlager. Kalla och halvvarma metoder lämpar sig bäst för vägar med låg trafikintensitet medan varm återvinning är en teknik även för det högtrafikerade vägnätet. Vid kall- och halvvarm återvinning kan andelen returasfalt vara upp mot 100 % i asfaltmassan medan inblandningsgraden vid varm återvinning i verk är lägre och vanligtvis ligger mellan 10-40 %. Varm asfaltåtervinning har sedan årtionden förekommit i de flesta länder och ett stort antal olika metoder finns utvecklade, bland annat olika varianter på varm återvinning i stationära asfaltverk.
Det är dock viktigt att påpeka att tillståndet och egenskaperna hos gamla asfaltlager kan vara mycket skiftande, bland annat i fråga om bindemedelsinnehåll och egenskaper och det är inte alltid säkert att borttagna asfaltmaterial lämpar sig för varm återvinning. Innehåller asfalten tjära bör den inte återvinnas varmt utan kalla eller halvvarma metoder är att föredra i detta fall. I Vägverkets TBVbel99 behandlas varm återvinning i verk och bland annat får max 20 % asfaltgranulat inblandas i slitlager och max 30 % i bind- och bärlager. Krav ställs också på bindemedlet i asfaltgranulatet (returasfalten) där penetrationen skall vara högre än 30. Det innebär att alltför åldrad asfalt inte får användas för varm återvinning i verk. Mot den bakgrunden är det viktigt att prov tas och analyseras innan valet av produktionsmetod görs. Andra viktiga materialparametrar som bör ingå i en förprovning är bindemedelshalt, kornstorleksfördelning på extraherat material, vatteninnehåll och stenmaterialegenskaper.
Varm återvinning i verk
I många länder är varm återvinning i verk en etablerad teknik sedan länge och ett antal olika produktionsmetoder har utvecklats. I Sverige har intresset ökat markant för denna teknik och en rad nyinvesteringar vid asfaltverken har gjorts på senare år. Många av de tekniker som använts utomlands finns tillgängliga i Sverige men ännu så länge i begränsad skala. Ökad tillgång av högvärdig returasfalt (t ex ABS med kvalitetssten) kommer att ytterligare bidra till ett växande intresse för denna teknik.
Tekniken innebär att asfaltgranulat, uppvärmt eller kallt, inblandas i nytillverkad massa. Inblandningshalter mindre än 20 % rekommenderas för tillverkning i satsblandningsverk och mindre än 50 % vid tillverkning i trumblandningsverk. När granulatet uppvärms i parallelltrumma kan högre halter granulat inblandas och det finns exempel på upp mot 100 % återvinningsgrad enligt denna metod. Inblandningshalten påverkas bland annat av granulatets sammansättning, fuktinnehåll och massatypen som skall tillverkas. Förvärmning av granulatet (varm metod) möjliggör högre inblandning jämfört med tillsats av kallt granulat (kall metod).
Till både satsblandnings- och kontinuerliga asfaltverk finns manualer som beskriver förhållandet mellan stenmaterialets temperatur, vattenhalten i granulatet och möjlig halt inblandat asfaltgranulat. Blandningstiden brukar också anpassas till mängden inblandat granulat.
Satsblandningsverk
Asfaltgranulat kan tillsättas på följande sätt:
1. direkt i biandaren - granulatet uppvärms i massan
2. till torkat och uppvärmt stenmaterial vid varmtransportören innan varmsikten - granulatet uppvärms av det varma stenmaterialet
3. i huvudtorktrumman, vanligtvis en bit in i trumman, granulatet uppvärms av stenmaterialet
4. i separat torktrumma ”parallelltrumma”, granulatet uppvärms i torktrumman De tre första metoderna innebär att stenmaterialet, i varierande grad, måste överhettas för att massan skall få tillräckligt hög temperatur. Överhettning av stenmaterial medför en viss extra förhårdning (åldring) av det nya bindemedlet och i viss mån av det gamla. När parallelltrumma används behöver inte stenmaterialet överhettas. Rökgaserna från parallelltrumman förbränns i den ordinarie trumman, vilket innebär att metoden är mindre känslig för t ex tjärprodukter eller andra föroreningar.
2) Inblandning i elevatom
4) Inblandning genom parallelltrumma
Figur 1 Schematisk skiss över verk för satsvis tillverkning av varm massa. Blåfärgade ytor markerar var granulatet tillsätts i processen (källa: Asfaltnytt).
Kontinuerliga blandningsverk
Uppvärmningen av granulatet sker antingen tillsammans med stenmaterialet i en kombinerad tork- och blandningstrumma eller i en parallelltrumma. Denna typ av verk är att föredra vid stora volymer med få sortbyten av massor, t ex vid stora vägbyggen. Kontinuerliga asfaltverk har kapaciteter från 40 till 600 ton/tim.
Trumblandningsverken är anpassade för asfaltåtervinning och det finns flera varianter utvecklade för detta ändamål. I princip finns det tre olika metoder för att värma upp granulatet i trumman; direkt upphettning vid öppen eld, indirekt upphettning vid öppen eld samt överhettat stenmaterial. Ibland används trumblandningsverk med dubbla trummor (inre och yttre trumma) där granulatet förvärms separat i den yttre trumman. I trumblandningsverk kan upp mot 50 % granulat återvinnas.
1) Inblandning direkt i Mandaren
F i l t e r k a m m a r e F i ll e r s i lo r B i t u m e n -b e h å l l a r e Å t e r v u n n e n a s f a l t
wwii
F ö r s t o r in g av t r u m b l a n d a r eFigur 2 Schematisk skiss över verk fö r kontinuerlig tillverkning av varm massa (källa: Asfalt och miljö, FAS-handbok).
Provsträckor på E4 mellan Märsta och Upplands-Väsby
Inledning och bakgrund
VTI har på uppdrag av Vägverket, Region Stockholm och huvudkontoret i Borlänge följt upp fyra provsträckor belägna på E4 söder om Märsta. Provsträckorna, som ligger i långsamkörfältet mot Stockholm, består av slitlager och bindlager med inblandning av asfaltgranulat samt referenser med konventionell asfaltmassa (ej inblandning av granulat). Asfaltgranulatet härstammade från E4 (Arlanda - Upplands-Väsby) och bestod av uppfrästa ABS- och ABT-massor. ÅDTt för vägen var ca 30000 fordon per dygn.
Proportionering och tillverkning av massorna samt utförande av provsträckorna har Sandahls Grus och Asfalt AB ansvarat för. VTI har följt upp sträckorna dels genom laboratorieanalyser på massa, granulat och bindemedelsprov tagna från verket och vägen, dels genom vägytemätningar (Laser-RST). Försöket genomfördes den 12-13/6-1998. Vädret var soligt och torrt under arbetet.
Utförande
Asfaltverket
Tillverkningen av massa skedde i ett AMMANN-verk vid Hakungekrossen i Stockholm. Verket var försett med parallelltrumma (2 torktrummor), där granulatet uppvärmdes i den övre trumman. Vid försöken tillverkades 2,5 ton massa per sats. I slitlagermassan utgjordes stenmaterialet större än 4 mm av porfyr från Älvdalen (kulkvarnsvärde 5). Övrigt material i slitlagret samt även stenmaterialet till bindlagret var ortens sten från Hakungekrossen.
Bild 1 AMMANN-verk utrustat med parallelltrumma (den övre används fö r uppvärmning av granulat).
Provsträckor och utläggning av massa
Provsträckorna (4st) är belägna i långsamkörfältet (K l) i riktning mot Stockholm. Beläggningsåtgärden var en lådfräsning där två lager ny asfalt lades, nämligen bind- och slitlager. Fräsdjupet var ca 80-90 mm. Två av provsträckorna utgjordes av slitlager (90 kg/m2 ABS16/B85, porfyr) med tillsats av 10 % resp. inget granulat. De andra två provsträckorna bestod av bindlager (100 kg/m2 ABb 16/B 85) med tillsats av 20 % resp. inget granulat. Sträckornas placering på vägen framgår av figur 3.
BRO 169m Bind 190m Bind +0% ~1800m 171m A B S 155m A B S ~250m Arlanda stad (Märsta) T Uppsala
Bild 2 Utläggning av slitlagermassa ABS 16.
Asfaltmassorna lades ut med en ABG 415 asfaltläggare. Vältarna som användes var en statisk stålvalsvält (vält 1) som efterföljdes av en vibrerande stålvalsvält av märket Hamm DV8 (vält 2). Vädret var vid utförandet soligt med temperaturen +16°C. Massaproven togs ur skruven på läggaren. Prov på bindemedel, granulat och stenmaterial togs vid asfaltverket. Bild 2 visar utläggning av slitlagermassa (ABS 16).
Provningsprogram
Allmänt
De massaprover som togs vid försöket analyserades enligt nedanstående provningsprogram. Provkroppar till de mekaniska provningarna borrades ur asfaltplattor som tillverkades vid VTI. Totalt tillverkades 8 plattor, 2 av varje massatyp, med tjocklekarna 40 resp. 60 mm. Ur plattorna med tjockleken 60 mm borrades 6 st prover med diametern 150 mm. Ur de tunnare plattorna (40mm) borrades 15 st prover med diametern 100 mm.
Massaprov/granulat
• Tvättsiktning av granulat (granulatkurva)
• Bindemedelshalt + kornkurva (extraherad kurva) • Marshallhålrum
• Återvinning av bindemedel på massa och granulat: -Mjukpunkt (KoR)
-Penetration
Provkroppar 100 mm
• Håirumshalt (samtliga) • Vidhäftningstal, 2x3 prov • Styvhetsmodul vid 10°C, 5 prov
Provkroppar 150 mm
• Håirumshalt (samtliga) • Dynamisk kryptest, 5 prov
Stenmaterial
• Petrografisk bedömning, ortens mtrl och specialsten, 11-16 mm • Kulkvarnsvärde på ortens mtrl och specialsten, 11-16 mm • Korndensitet, ortens mtrl och specialsten, 8-11 mm • Sprödhetstal, ortens mtrl och specialsten, 8-11 mm • Flisighetstal, ortens mtrl och specialsten, 8-11 mm
Tillverkning av provplattor
Beläggningsplattor av asfalt tillverkades enligt ett förfarande som genom åren utvecklats på VTI. Tillverkningen gick till på följande sätt:
1. Asfaltmassan värmdes till föreskriven packningstemperatur i värmeskåp.
2. För att plattorna skulle erhålla nominell tjocklek (40 eller 60 mm) beräknades erforderlig mängd massa per platta med utgångspunkt från skrymdensiteten enligt Marshall och plattans volym. Asfaltmassan, som delades upp i mindre satser på ca 16 kg, fördelades med hjälp av ett löst plåtkors ut i olika fack i formen (2 satser per form). Förfarandet syftar till att minimera risken för separationer i samband med tömningen och fördelningen av massan i vältformen som har formatet 48*75 cm och höjden 40 eller 60 mm. 3. Asfaltmassan vältades med en vält typ DYNAPAC CG11, en
"gångbanevält" på ca 1700 kg med vibro. För att förhindra att stenmaterial fastnade på valsen lades en tunn masonitskiva på asfaltytan under packningen. Följande vältschema användes:
12 överfarter utan vibro 4 överfarter med vibro
12 överfarter utan vibro
Plattornas skrymdensitet undersöktes genom vägning i luft och vatten. Packningsgraden beräknades som förhållandet i procent av skrymdensiteten mellan plattan och Marshallprovet.
Resultat från laboratorieprovningarna
Bindemedelshalt, kornkurva och granulatkurva
För att få en uppfattning om hur massorna var proportionerade utfördes på samtliga massatyper och granulat analys med avseende på bindemedelshalt och kornkurva. På granulatet utfördes dessutom tvättsiktning för att erhålla granulatkurvan. Resultaten redovisas tabell 1 och figurerna 4-7.
Figur 4 Granulatkurvan till beläggningsmassa på E4, Märsta efter tvättsiktning.
Figur 5 Kornkurva och bindemedelshalt fö r det inblandade granulatet vid provsträckorna vid E4, Märsta.
Figur 6 Kornkurva och bindemedelshalt fö r slitlagermassan vid E4, Märsta (ABS 16).
Figur 7 Komkurva och bindemedelshalt fö r bindlagermassan vid E4, Märsta.
Tabell 1 Bindemedelshalt på granulat och massaprov från E4, Märsta. Massatyp Bindemedelshalt (vikt-%) Granulat 6,0 ABS16+0% 6,4 (5,7) ABS16+10% 5,6 (5,6) Bindlager+0% 5,8 (5,4) Bindlager+20% 5,0 (5,5)
(Värden inom parantes anger kompletterande mätning på borrprov från plattor)
Marshallhålrum
Marshallhålrummet bestämdes inför plattillverkningen genom instampning av två till tre provkroppar av varje massatyp. Medelvärdet av hålrumshalten redovisas i tabell 2.
Tabell 2 Hålrumshalt enligt Marshallprovkroppar fö r beläggningsmassa från E4, Märsta.
Massatyp Hålrumshalt enligt Marshall (vol-%) ABS16+0% 3,1 ABS16+10% 2,4 Bindlager+0% 3,7 Bindlager+20% 2,6
Analyser på återvunnet bindemedel samt bindemedelsprov från tank
Bindemedel har återvunnits ur massaproverna genom kallextraktion med diklormetan och rotationsindunstare enligt FAS Metod 419. Bindemedelsprov togs också vid asfaltverket i samband med utförandet. Dessa prover har analyserats med avseende på:
• Penetration vid 25°C enl. FAS Metod 337 • Mjukpunkt, KoR, enl. FAS Metod 338 • Duktilitet vid 25°C enl. ASTM D l 13 • Brytpunkt enl. Fraass IP 80
Fullständig analys enligt ovanstående utfördes endast på bindemedelsåterstoden för granulatet. För massaproverna och tankprovet bestämdes bara mjukpunkt och penetration. Resultaten från bindemedelsanalyserna redovisas i tabell 3 och figurerna 8 och 9.
Tabell 3 Resultat från bindemedelsanaE4, Märsta. Bindemedel Penetration vid 25° C 0,1 mm Mjukpunkt °C Duktilitet vid 25° C Fraass brytpunkt °C Granulat 57 52,5 >100 -16 B85 från tank 96 45,5 - ; ABS16+0% 71 50,0 - -ABS16+10% 58 52,5 - -Bindlager+0% 56 52,5 - -Bindlager+20% 59 52,0 -
-Figur 8 Penetrationen på bindemedelsprov från tank, granulat och massa från E4, Märsta.
Figur 9 Mjukpunkt, KoR, och mjukpunktsförändring på bindemedelsprov från tank, granulat och massa från E4, Märsta.
Hålrumshalt på borrprov från plattor
Hålrumshalten undersöktes för de prov som borrades ur plattorna. Borrproven var 100 mm respektive 150 mm i diameter. Beräkningen av hålrumshalterna utfördes enligt FAS Metod 413 och kompaktdensiteten för massorna undersöktes enligt FAS Metod 425. Resultaten framgår av nedanstående tabell.
Tabell 4 Kompaktdensitet och hålrum på borrprov från plattor.
Massatyp Kompaktdensitet g/cm3 Hålrum 100 mm ishalt (%) 150 mm AB S 16+0% 2,460 1,6 1,5 ABS16+10% 2,440 0,5 1,0 Bindlager+0% 2,507 3,4 2,0 Bindlager+20% 2,475 1,2 1,3
Styvhetsmodul, pressdraghållfasthet och beständighet från plattor)
Styvhetsmodulen, pressdraghållfastheten och vattenkänsligheten för de olika massatyperna undersöktes på borrkärnor (100 mm) från de plattor som tillverkades av massaprovema från vägen. Styvhetsmodulen beräknades som ett medelvärde av fem testade provkroppar för varje massatyp medan pressdraghållfastheten har bestämts på tre prov per massatyp. Beständighetstesten (vidhäftningstalet) utfördes med tre torra och tre våta prover. Resultaten av undersökningarna redovisas i figurerna 10-12 samt i tabell 5.
Figur 10 Pressdraghållfasthet på torra resp. våtlagrade prov. Borrkämor från plattor tillverkade av massa från E4, Märsta.
Figur 11 Vidhäftningstal på borrprov från plattor tillverkade av massa från E4, Märsta.
Figur 12 Styvhetsmodul vid 10°C. Borrkärnor från plattor tillverkade av massa från E4, Märsta.
Tabell 5 Hållfasthet och beständighet på provkroppar från plattor tillverkade av massa från E4, Märsta.
Massatyp S-modul vid HPC MPa Pressdraghållfasthet vid 10°C kPa Vidhäftnings tal % Vatten-mättnadsgrad % AB S 16+0% 10341 2673 79 85 ABS16+10% 9986 3004 76 87 Bindlager+0% 9179 2427 76 100 Bindlager+20% 10740 2666 80 100
Dynamisk kryptest
För att få en uppfattning om massornas deformationsegenskaper genomfördes dynamisk kryptest på borrprov från provplattorna. Fem provkroppar av varje massatyp undersöktes i VTIs MTS-utrustning. Resultaten från undersökningen redovisas i figurerna 13 och 14. Enskilda mätvärden redovisas i bilaga 1.
Figur 13 Medelkurvan fö r töjningen på de olika massatyperna. Borrkärnor från provplattor tillverkade av massa från E4, Märsta.
Figur 14 Töjningen (permanent deformation) fö r de olika massatyperna. Provkroppar från provplattor tillverkade av massa från E4, Märsta.
Stenmaterialanalyser
Proven av ortens material samt specialstenen (porfyr) togs i asfaltverkets upplag. Prov av fraktionerna 8-11 mm och 11-16 mm togs. Av stenmaterialen analyserades fraktionen 11-16 mm med avseende på kulkvarnsvärde och petrografiskt innehåll. Fraktionen 8-11 mm analyserades med avseende på korndensitet, sprödhetstal och flisighetstal. Resultaten redovisas i tabell 6.
Enligt den okulära petrografiska bedömningen bestod ortens material av grå, medelkornig gnejs. Gnejsen bestod främst av ljus fältspat, kvarts och biotit. Specialstenen bestod till största delen (65%) av röd porfyr med tät mellanmassa och fältspatsströkorn som var ett par millimeter stora. Dessutom innehöll provet ca 20 % röd, medelkornig granit, 5 % ljus, kvartsitisk sandsten och mindre än 5 % vardera av följande bergarter; mörk finkornig amfibolit, röd sandsten, porfyrit, leptit, och sprickfyllnadsmaterial.
Tabell 6 Kvalitet på stenmaterialet till beläggningsmassan vid E4, Märsta.
Massatyp Korndensitet g/cm3
Flisighet Sprödhet Kulkvarnsvärde
Ortens material 2,73 1,30 40 12,0
Specialsten 2,66 1,34 38 5,1
Undersökningar av borrkärnor
Under hösten 1999 genomfördes en provtagning på provsträckorna. Totalt erhölls 10 st prov med diametern 100 mm från varje sträcka (8 st i hjulspår och 2 st mellan hjulspår). Proven analyserades med avseende på:
• Hålrumshalt
• Pressdraghållfasthet • Vidhäftningstal
• Styvhetsmodul vid 10°C
Resultaten finns redovisade i figurerna 15-18. Som jämförelse har resultaten från den första provningen (plattor, 1998) tagits med. Enskilda resultat redovisas i bilaga 2.
Figur 15 Jämförelse av hålrumshalt mellan provkroppar från plattor och borrkärnor från vägen (E4, Märsta).
Figur 16 Jämförelse av pressdraghållfasthet mellan provkroppar från plattor och borrkärnor från vägen (E4, Märsta).
Figur 17 Jämförelse av vidhäftningstal mellan provkroppar från plattor och borrkärnor från vägen (E4, Märsta).
Figur 18 Jämförelse av styvhetsmodul (+10°C) mellan provkroppar från plattor och borrkärnor från vägen (E4, Märsta).
RST-mätning
Vid mätning med Laser-RST-bil erhålls mått på vägens spårdjup (maximalt spårdjup), längsojämnhet (IRI) och makrotextur (ytskrovlighet uttryckt som RRMS, Rough Root Mean Square). IRI-värdena mäts i båda hjulspåren (med två
kameror). Makrotexturen mäts dels i högra hjulspåret, dels på vägytan mellan hjulspåren. Den bil som användes vid mätningarna höstarna 1998 och 1999 var utrustad med 17 kameror.
Resultaten i figurerna 19-23 avser medelvärden av samtliga 20: meters sträckor som ingår i respektive sträcka. Enskilda mätvärden samt spridningsmått och medelvärden framgår av bilaga 3. Mätningarna är i samtliga fall gjorda på slitlagret av ABS och på de sträckor som valdes ut för uppföljning.
Figur 19 Utveckling av IRI-värden. E4, Märsta
Figur 21 Makrotexturen (ytskrovligheten, RRMS) enligt RST-mätning från hösten 1998. E4, Märsta - Upplands- Väsby.
Figur 22 Makrotexturen (ytskrovligheten, RRMS) enligt RST-mätning från
Figur 23 Utveckling av makrotextur i höger hjulspår. E4, Märsta - Upplands- Väsby.
Kommentarer till uppföljningen
Granulatet som användes visade på relativt bra egenskaper enligt tester av bindemedelsåterstoden (penetration 57 och mjukpunkt på 52,5°C) och verkade inte vara alltför åldrat. Materialet var också välgraderat enligt granulatkurvan. Bindemedelsinnehållet låg relativt högt, 6,0 %. Den extraherade kornkurvan uppvisade ovanligt hög fillerhalt (13%), vilket tyder på att stenmaterialet krossats ned i den gamla beläggningen. Granulatet kom både från fräsarbeten på E4:an och mindre vägar i trakten. De ursprungliga beläggningstyperna var enligt uppgift från asfaltverket ABT- och ABS-massor.
Kornkurvorna hos de undersökta proverna (både massa och borrkärnor) låg inom gränsvärdena i VÄG 94 för ABS 16 resp. ABb 16. Kornkurvan för ABS 16 låg nära den undre gränsen vid fillerhalten. Bindemedelshalterna låg dock i tre av fyra fall förhållandevis lågt för ABS 16 (5,6-5,7%). På ett av proven erhölls bindemedelshalten 6,4 %. För bindlagren låg bindemedelshalten mellan 5,0-5,8 %, dvs. spridningen var relativt stor. Massorna med granulatinblandning innehöll överlag något mindre med bindemedel än de utan granulat.
Mjukpunktsförändringen (förhårdningen av bindemedlet i massorna under tillverkning + transport) låg mellan 4,5-7,0°C med det lägsta värdet för ABS utan granulatinblandning. Även penetrationen hade förändrats och hamnade enligt undersökningen från massorna tagna på vägen på 57-71, med det högsta värdet för ABS 16 utan granulatinblandning. Observera att granulatets penetration låg på 57 medan bindemedlet i tanken hade en penetration av 96. Det bör påpekas att massorna klarade kravet i VÄG 94, där mjukpunktsförändringen högst får vara 8°C.
Hålrumshalterna bestämda enligt Marshallpackning hamnade för ABS-massorna mellan 2,4-3,1 vol-% och för bindlagren mellan 2,6-3,7 vol-%. I båda fallen erhöll massorna med inblandning av granulat lägre hålrumshalter än de utan granulatinblandning trots att bindemedelshalterna var lägre i massorna med granulatinblandning. Även tidigare försök har givit liknande resultat, vilket pekar mot att en tillsats av granulat kan underlätta packningen av asfaltmassor.
Om resultaten från provplattorna studeras hamnade hålrumshalterna i allmänhet på lägre värden men fortfarande uppvisade massorna med granulatinblandning lägre hålrumshalter jämfört med de jungfruliga massorna. De låga hålrumshalterna påverkar till viss del provningsresultaten och försvårar därför utvärderingen av undersökningen. ABS-beläggningarna erhöll dock låga hålrumshalter enligt de borrkärnor som togs drygt ett år efter det beläggningen lades. Borrkärnorna från bindlagren erhöll dock något högre hålrumshalter än de prov som tillverkades av massa. Hålrumshalten har bestämts på samtliga provkroppar i undersökningen.
Pressdraghållfastheten hos borrproverna från provplattor av massa låg mellan 2400-3000 kPa med de högre värdena för massorna med granulatinblandning. Förutom tillsats av granulat kan resultaten ha påverkats av bindemedelsinnehållet och hålrumshalterna som var högre resp. lägre för massorna med tillsats av granulat. Vidhäftningstalen låg för samtliga sträckor mellan 76-80 %. Styvhetsmodulerna hamnade ungefär på samma värden för samtliga sträckor oberoende av massatyp och granulatinblandning (9200-10700 MPa). Massorna med granulatinblandning erhöll bättre resistensen mot deformationer enligt dynamisk kryptest än massorna utan granulat. Framför allt ABS 16 påverkades positivt av den 10 % granulatinblandningen men samtidigt var bindemedelshalten betydligt lägre i denna massa, vilket sannolikt förklarar skillnaden i deformation. Även bindlagret med 20 % tillsats av granulat uppvisade lägre töjning än den jungfruliga massan men orsaken är troligen densamma som för ABS-massorna, dvs. bindemedelshalten låg lägre i massorna med granulattillsats. Töjningarna låg mellan 14000-16000 mikrostrain för bindlagret och mellan 17 000-27000 mikrostrain för slitlagret. Det är viktigt att påpeka att hålrumshalterna låg lägre för massorna med tillsats av granulat. Hålrumshalten är en faktor som visat sig påverka resultatet vid dynamisk kryptest.
De borrkärnor som togs efter drygt ett års trafik (i hjulspår) gav ungefär liknande resultat som provningen av massaprov men resultatnivån hamnade som väntat lägre för pressdraghållfastheten och styvhetsmodulen. Beläggningarna med tillsats av granulat uppvisade överlag något högre värden än de utan tillsats av granulat. Samtidigt var också bindemedelshalterna något lägre för dessa beläggningar varför skillnaden inte enbart beror på effekter av granulatet. Åldrat, förstyvat granulat har vid andra försök givit beläggningen ”hårdare” egenskaper men i detta fall är orsaken troligen skillnader i bindemedelsinnehåll och i viss mån hålrumshalter. ABS erhöll i de flesta fall litet högre värden än bindlager enligt de borrkärnor som testades. I tre fall av fyra erhöll borrkärnorna från vägen lägre vidhäftningstal (ca 10 enheter) än de labtillverkade proven av massa. Här har sannolikt de högre hålrumshalterna hos borrkärnorna haft en viss inverkan, framför allt för bindlagren.
Vägytemätningar med Laser-RST visade på jämnhetsvärden (IRI) på 1,0-1,1 mm/m för samtliga sträckor. Förändringen var liten mellan 1998 och 1999 och även skillnaden mellan sträckorna. Den första mätningen av spårdjupet, som kan sägas beskriva efterpackningen från trafiken, gav värden mellan drygt 1-2 mm, dvs. en måttlig efterpackning. Hösten 1999 låg spårdjupen mellan ca 2-3 mm. En tendens finns att sträckorna med granulatinblandning erhållit litet mindre spårbildning än sträckorna med jungfruliga massor. Vägbanan var förhållandevis skrovlig enligt makrotexturen som i hjulspåret låg mellan 0,6-0,8 mm första hösten. Genom nötning från dubbtrafiken minskade makrotexturen till drygt 0,4- 0,7 mm hösten 1999. Spridningen är oväntad stor mellan den ordinarie referensen och övriga sträckorna som både utgörs av ABS + 10 % granulat (1 sträcka) och ABS utan granulatinblandning (2 sträckor).
Provsträckor, väg 40, Rya- Grandalen
Bakgrund och provsträckor
Provvägen byggdes under sensommaren 1997 och trafikpåsläppet skedde under hösten. Försöken och uppföljningar hösten 1997 finns redovisade i VTI Notat 22-
1998.
Provsträckorna är belägna i både långsam- och snabbkörfälten (Kl och K2) på motorvägen i riktningen mot Borås och på delen mellan Grandalsmotet och Ryamotet. Sammanlagt ingår sex sträckor i provvägen, fyra med granulatinblandning och två referenser med ordinarie beläggning. Provsträckorna innehåller 0, 20 respektive 40 % granulat och bindemedlet utgörs av B85 i K l:an och B 180 i K2:an. Sträckorna är drygt 300 m långa vardera.
ÅDTtotait är ca 16000 fordon per dygn med 12 % andel tung trafik. Skyltad hastighet är 110 km/h. Huvuddelen av trafiken (ca 80 %) bedöms gå i Kl:an. Provsträckorna ligger ca 1500 m efter trafikmotet vid Rya.
Grandalsmotet ABb22/B180 0 % granulat Referens 2 ABÖ22/B85 0 % granu Referens 1 ABÖ22/B180 ABÖ22/B85 40 % granulat 40 Provsträcka 4 Provsträcka 2 A Bb22/B 180 A Bb22/B85 20 % granulat 20 % granulat Provsträcka 3 Provsträcka 1
Under 1998 och 1999 har provvägen följts upp genom: • Laboratorieprovning av borrkärnor
• RST-mätningar • Besiktningar
Undersökningar av borrkärnor
För att studera materialets egenskaper i beläggningen (bindlagret) togs i maj 1998 och november 1999 ett antal borrkärnor med diametern 100 mm. Vid den första provtagningen borrades tio prov per sträcka, varav 8 togs i hjulspåret och 2 mellan hjulspåren. Vid 1999 års provtagning togs 6 prov i spår och 2 mellan spår på varje delsträcka. Samtliga prov från bindlagret var i gott skick vid borrningen och hela, provningsbara prov erhölls. I tabell 7 redovisas de bindlagertjocklekar (mätt med linjal) som uppmättes vid den okulära besiktningen av borrproverna. Slitlagrets tjocklek låg vid provtagningen 1999 mellan 40 och 45 mm. Efter sågning av ändytorna undersöktes borrkärnorna med avseende på hålrumshalt, styvhetsmodul, pressdraghållfasthet samt vattenkänslighet (vidhäftningstal). Resultaten från labprovningen redovisas i figurerna 25-28 och enskilda mätresultat framgår av bilaga 4.
Tabell 7 Tjocklek (medelvärden) på borrkärnor från riksväe 40, 1998 och 1999.
1998 1999
Massatyp 1 spår Mellan I spår Mellan
spår spår mm mm mm mm ABb22/B85 +0% 60 63 50 50 ABb22/B85 +20% 60 65 45 50 ABb22/B85 +40% 52 57 50 45 ABb22/ B180 +0% 62 62 45 45 ABb22/ B 180 +20% 60 60 50 50 ABb22/ B180 +40% 58 56 50 50
Figur 25 Utvecklingen av hålrumshalt på borrkärnor från 1997, 1998 och hösten 1999. Prov tagna i hjulspår på väg 40.
Figur 26 Utveckling av styvhetsmodul (vid 10°C) på borrkärnor från väg 40 tagna våren 1998 och hösten 1999. Ingen provning gjordes 1997.
Figur 27 Utveckling av pressdraghållfasthet på borrkärnor från 1997, 1998 och 1999 på väg 40.
Figur 28 Jämförelse av vidhäftningstal på borrkärnor från 1997, 1998 och 1999 på väg 40.
Kommentarer
Av figur 25 framgår att hålrumshalterna hos bindlagret i de flesta fall har sjunkit sedan den första provtagningen 1997. I två fall, ABb22/B180 med 0 % och 20 % granulatinblandning, har hålrummet sjunkit med ca 2,5 procentenheter, vilket är en halvering av hålrumshalten sedan 1997. I övriga fall är minskningen mindre. Hålrumsförändringen beror till större delen på efterpackning från trafikarbetet som också innebär några millimeter i spårbildning. Den mesta efterpackningen erhölls efter det första året. Om massorna innehållande det hårdare bindemedlet, B85, studeras så minskar hålrummet med ökad andel granulat. Denna effekt föreligger inte för massorna innehållande det mjukare bindemedlet, B 180, där ökande granulatinblandning verkar ha en hämmande effekt på efterpackningens storlek. Resultaten verkar logiska eftersom granulatet (som innehåller förhårdnat bindemedel) bör ha en större inverkan på en mjukare massa än en hårdare.
Undersökningen av styvhetsmodulen visar att massorna i de flesta fall blir något styvare med ökad granulatinblandning. Skillnaden i resultat mellan provtagningarna från 1998 och 1999 är relativt liten. Även pressdraghållfastheten verkar öka något med högre tillsats av granulat även om några av provblandningarna vid enstaka provtagningar ligger nära varandra. I de flesta fall har pressdraghållfastheten också ökat med tiden (dock ej markant). Om en jämförelse görs med labprovningen av massatillverkade provkroppar (VTInotat22-1998) och borrkärnorna från vägen så ligger fortfarande hållfastheterna betydligt lägre för borrkärnorna tagna 1999. Borrkärnorna erhåller i genomsnitt ca 39 % lägre styvhetsmodul och 23 % lägre pressdraghållfasthet än labprovningen som gjordes på Marshalltillverkade provkroppar av asfaltmassa. Beständigheten mot vatten är fortfarande relativt bra (med något undantag) även om vidhäftningstalet med tiden har blivit lägre i de flesta fall (samma utveckling har konstaterats i andra undersökningar). Granulatinblandningen har en positiv effekt på vidhäftningstalet och de bästa resultaten erhålls vid 40 % tillsats av granulat. Om borrkärnorna från hösten 1999 studeras erhöll referenserna vidhäftningstal på 54 resp. 67 % medan massorna med 40 % granulatinblandning uppvisade värden på 66 resp. 88 %, dvs. mer än 10 procentenheter högre vidhäftningstal. Det är förvånande att referensen för bindlager erhållit ett så pass lågt värde som 54 % enligt den senaste provtagningen. ABb- beläggningarna med bindemedlet B 180 ligger också överlag lägre än motsvarande beläggningar med B85. Det kan vara så att bindlager med B 180 eller mjukare bindemedel kan behöva en tillsats av vidhäftningsmedel eftersom mjukare bitumen (typ B 180) innehåller förhållandevis lägre halter av asfaltener och hartser (jämfört med B85), vilka är grupper av kemiska föreningar i bitumen som är viktiga för vidhäftningsegenskaperna.
Besiktning
Efter vintern 1997/98 hade provytorna ändrat karaktär och påminde våren 1998 mer om en insliten ABS- än en ABT-beläggning. Det innebär att bindlagerytan till större delen var täckt med grövre stenmaterial. Provytorna i K2 var fortfarande något fetare än de i K l. Ingen synbar skillnad förelåg mellan referenserna och provytorna med granulatinblandning. Sträckorna såg överlag bra och homogena ut (ej lastbyteszoner eller feta fläckar). Under försommaren 1998 lades ytorna över
med slitlager av ABS. Vid den senaste besiktningen från 1999 observerades inga skillnader mellan sträckorna.
Bild 3 Bindlager på väg 40, våren 1998.
RST-mätning
I mitten av maj 1998 gjordes en RST-mätning på provvägen. Mätningen stördes något av att koner var utplacerade mellan körfälten (Kl och K2) på grund av att trafiken gick i båda riktningarna på provvägen. Vägbanan mot Göteborg var avstängd vid mättillfället. Det innebar att mätbilens sidoläge fick flyttas närmare vägrenarna jämfört med den tidigare mätningen från hösten 1997. Under hösten 1998 och hösten 1999 gjordes ytterligare mätning av sträckorna. Slitlagret påfördes mellan mätningen våren 1998 och hösten 1998. Resultatet från mätningarna framgår av figurerna 29-32. I bilaga 5 finns mätningarna redovisade utförligare.
Figur 29 Spårdjupsutveckling enligt RST-mätningar på väg 40 från 1997-99. Observera att slitlager lades efter vårmätningen 1998.
Figur 30 IR1 mätt med RST på väg 40 från 1997-99. Observera att slitlager lades efter vårmätningen 1998.
Figur 31 Makrotextur i och mellan hjulspår på väg 40 enligt RST-mätning från hösten 1997.
Figur 32 Makrotexturen på väg 40 (både i och mellan hjulspår) under 1997-99. Observera att slitlager lades efter vårmätningen 1998.
Kommentarer
Provsträckoma i K l uppvisade ca 1,0 mm större spårdjup våren 1998 jämfört med hösten 1997.1 K2 låg spårdjupet på en oförändrad nivå, vilket tyder på att trafiken varit ringa på detta körfält. Den första tiden efter trafikpåsläppet gick all trafik på väg 40 på provsträckorna (båda körfälten) eftersom den andra körbanan var avstängd. Det innebär att båda körfälten initialt fick mycket trafikarbete med några millimeters efterpackning och nötning som följd fram till våren 1998.
Provsträckorna med tillsats av granulat har hittills erhållit något mindre spårbildning än referenserna och tendensen var densamma för mätningarna på bindlagret 1997-98 och på slitlagret 1998-99. K l erhöll det senaste året ca 2 mm i spårtillväxt medan K2 har erhållit betydligt mindre spårbildning.
IRI-värdena för bindlagret var i stort sett oförändrade vid de två första mätningarna från 1997-98 och låg mellan 1,4-1,7 mm/m med de lägsta värdena för sträckorna med 40 % tillsats av granulat. Efter det slitlagret lades hamnade IRI-värdena på ca 1,0 mm/m med liten skillnad mellan de två mätningarna från 1998 och 1999 och mellan de olika sträckorna.
Granulatinblandningen medförde att makrotexturen på dessa sträckor blev högre enligt mätningarna från hösten 1997. De lägsta värdena uppvisade den mjukare ABb/B180 med t ex ett RRMS-mått på 0,43 mm i hjulspår för referenssträckan jämfört med 0,68 mm för sträckan med ABb/B85 innehållande 40 % granulat. Efter vinterns dubbtrafik ökade ytskrovligheten och RRMS hamnade på betydligt högre värden, framför allt för sträckorna med ABb/B180 som erhöll texturmått över 1,0 mm (normalt för dränbeläggning). Orsaken till texturförändringen var att det grövre stenmaterialet (22 mm) nöttes fram av dubbtrafiken men att ABb/B180 påverkades markant mer än ABb/B85 är förvånande. Enligt testerna av borrkärnor
erhöll ABb/B180 sämre beständighet än ABb/B85 och det är möjligt att slitaget (kanske främst av bruket) blivit större på dessa sträckor beroende på sämre vattenresistens hos materialet. Det är svårt att göra en korrekt jämförelse mellan sträckorna eftersom de erhållit varierande trafik. Enligt spårdjupsmätningarna erhöll inte sträckorna i K2 någon större spårbildning under första vintern.
Mätningarna på ABS-slitlagret visade på makrotexturer mellan 0,6-1,0 mm med de högsta värdena i K2:an där också trafikarbetet varit lägre.
Provsträckor, väg 42, Fristad (Borås)
Bakgrund
Behovet av varma återvinningsmetoder kommer att öka i takt med att det blir dags att ta hand om uppgrävda eller främst bortfrästa ABS-beläggningar. Större delen av det högtrafikerade vägnätet har idag slitlager av skelettasfalt som i de flesta fall innehåller 60-75 % av högkvalitativa stenmaterial, typ kvartsit och porfyr. Ett sätt att återvinna beläggningen är att remixa den på vägen, men i många fall är alternativet fräsning och då bör asfaltgranulatet nyttiggöras genom varm återvinning i verk. Den här typen av högvärdig återvinning svarar också väl mot samhällets krav på sund resurshushållning av värdefulla och ändliga resurser. Samtidigt är kraven på fullgod proportionering och utförande mycket stora för ABS-beläggningar varför möjligheterna till återvinning noggrant måste utredas, bl. a genom provvägsförsök. I vissa länder i Europa är man försiktig med återvinning av ABS- och ABD-beläggningar eftersom kvalitetskraven är stora på den här typen av högvärdiga beläggningar som också används på det mest trafikerade vägnätet.
Mot den bakgrunden och även de lovande resultaten på riksväg 40, initierades av Vägverkets arbetsgrupp för varm återvinning inom Region Väst, ett provvägs försök med granulatinblandning i ABS-massor. Ett lämpligt objekt valdes ut på riksväg 42 vid Fristad, Västergötland (nära Borås) och där lades under hösten 1997 några provsträckor med inblandning av asfaltgranulat i ABS11. Granulatet var förhållandevis åldrat med 20 i penetration och 69 i mjukpunkt enligt analys av bindemedlet.
Provsträckor och uppföljning
I provvägen (figur 33) ingår tre sträckor, varav två innehåller ABS 11 med 20 resp. 40 % granulatinblandning och den tredje är en referens med enbart nytillverkad massa. Granulatet innehöll kvartsit medan den nytillverkade massan bestod av ortens stenmaterial. Det lades ca 90 kg/m2 massa (mera om justeringsmassorna räknas in). Cellulosafibrer ingår i massorna.
ÅDT är ca 4 000 fordon per dygn med till synes tämligen stor andel tung trafik. Vägbredden är 6,5 m och skyltad hastighet 70 km/h. Provsträckorna startar ca
1100 m nordväst rondellen i Fristad och i riktning mot Vänga.
Ansvarig för proportionering, tillverkning, utläggning och packning av massorna, liksom ordinarie kvalitetskontroll var Vägverket Produktion.
1960 m Vänga ¡0 m 680 m 1260 m
I
6,5 mt
FristadFigur 33 Provsträckor med asfalt granulat i slitlager typ ABS11. Rv 42, Fristad.
Under hösten 1998 och 1999 har provvägen följts upp genom: • Laboratorieprovning av borrkärnor
• RST-mätningar • Besiktningar
Undersökningar av borrkärnor
En första provborrning gjordes några veckor efter trafikpåsläppet hösten 1997. Efter ett års trafik (september 1998) gjordes en förnyad provtagning på riksväg 42. Proverna togs i två sektioner per sträcka och vid varje sektion togs prov från vägytorna i yttre hjulspåret (4 st) och mellan hjulspåren (2 st). Under november
1999 (efter två års trafik) genomfördes en liknande provtagning som året innan.
Hålrum, pressdraghållfasthet och vidhäftningstal
Hålrumshalt, pressdraghållfasthet (+10°C), och vattenkänslighet på borrkärnorna framgår av figurerna 34-36 och bilaga 6. Hålrumshalterna har bestämts på 12 prov per sträcka medan pressdraghållfasthet och vidhäftningstalet avser 2*4 eller 2*5 prov.
I figurerna jämförs även provningen av asfaltmassa med borrkärnorna från 1997, 1998 och 1999. Provkropparna av massa tillverkades genom Marshallpackning.
Figur 34 Hålrumshalt på massa och borrkärnor tagna 1997-99. Väg 42
,
Fristad.Figur 35 Pressdraghållfasthet på massa och borrkärnor från höstarna 1997- 1999. Väg 42, Fristad.
Figur 36 Vattenkänslighet (vidhäftningstal) på massa och borrkärnor från höstarna 1997-99. Väg 42, Fristad.
Kommentarer
De labtillverkade massaproven erhöll överlag lägre hålrumshalter än borrkärnorna från vägen och även om hänsyn tas till efterpackningen. Sannolikt så erhöll beläggningen dålig packning beroende på mycket kall väderlek vid utförandet men även av att relativt tjocka lager lades (både justering och slitlager i samma drag). Packningen stördes också av att det var mycket folk (besökare) på vägen vid försöket. Framför allt referensen och sträckan med ABS11, 20 % granulat har erhållit en påtaglig efterpackning. Sträckan med 40 % granulat har påverkats betydligt mindre, delvis beroende på att hålrumshalten från början låg på en lägre nivå. Samma tendens fanns dock vid väg 40 där också en av sträckorna med 40 %
tillsats av granulat erhöll lägre efterpackning än övriga blandningar. Det kan vara en effekt av att det hårdare granulatet styvar upp massan.
Som väntat erhöll borrkärnorna lägre pressdraghållfasthet än labtillverkade prov av massa. En bidragande faktor i detta fall kan vara skillnaderna i hålrumshalt men samma tendenser erhölls också på de andra provvägarna (även anvisningarna i TBV-beläggning tar hänsyn till detta med högre krav för massaprov resp. borrkärnor). Effekterna av granulatinblandningen och trafikarbetet är relativt oklar om sträckorna och provtagningstillfällena jämförs. Ett maximum för pressdraghållfastheten föreligger dock vid den andra provtagningen från hösten 1988, dvs. ett år efter utförandet. Vid den senaste provborrningen hade värdena överlag minskat.
Som för övriga objekt uppvisade borrkärnorna något lägre vidhäftningstal än de labtillverkade proven. Om borrkärnorna från 1999 jämförs med de från 1997 så finns också en tendens till försämrad vattenresistens. Sträckorna innehållande granulat uppvisar högre vidhäftningstal än referensen av jungfrulig massa. Skillnaden är dock liten mellan 20 och 40 % inblandning av granulat.
För att få en uppfattning om vägytans spårdjup, jämnhet och makrotextur (skrovlighet, RRMS) och hur dessa förändras med tiden har mätningar med VTIs Laser-RST bil utförts under hösten 1998 och 1999 (bilaga 7). Resultaten redovisas i figurerna 37-39 och avser medelvärderna för båda körriktningarna.
RST-mätning
Figur 37 Spårbildning enligt RST-mätning från höstarna 1997-1999. Väg 42, Fristad.
Figur 38 Jämnhet, IRI, enligt RST-mätning från höstarna 1997-1999. Väg 42, Fristad.
Figur 39 Makrotexturen i hjulspåren enligt höstarna 1997-1999. Väg 42, Fristad.
Kommentarer
Efterpackningen första hösten låg på ca 2,0 mm för samtliga sträckor. Därefter har den årliga spårtillväxten legat på ca en millimeter. Skillnaden är liten mellan sträckorna men provsträckan med 40 % tillsats av granulat har hittills erhållit något mindre spårdjup än övriga sträckor.
IRI-värdena låg vid samtliga mätningar på ca 1,2 mm/m för provsträckorna och på ca 1,0 mm/m för referensen. Makrotexturen låg också från början något högre på provsträckorna jämfört med referensen. Skillnaden har med tiden blivit betydligt större på grund av att texturdjupet minskat mera för referensen än för provsträckorna. ABS11/B85 med 40 % granulat uppvisade hösten 1999 ett texturdjup på 0,77 mm medan referensen vid samma mätning erhöll 0,46 mm i medelvärde över hela sträckan (mätt i högra hjulspåret). Ett högre texturdjup ger fördelar för t ex avvattning, vattensprut och friktion men kan också vara en indikation på sten- eller brukssläpp. ABS 11 brukar erhålla lägre makrotextur än ABS 16 så värdet på referensen stämmer väl överens med tidigare erfarenheter. Genom dubbslitaget brukar också ABS-slitlager erhålla ett minskat texturdjup med tiden, åtminstone de första åren.
Besiktning
I september 1998 besiktigades provvägen. Slitlagerytorna var mer öppna än föregående höst beroende på att de blivit inslitna av dubbtrafiken. Något stensläpp förekom, speciellt på sträckan med 40 % granulat. En del kantsprickor förekom också i riktningen mot Fristad. Vid besiktningen från 1998 observerades att provsträckorna var mer öppna än referenserna och även hade fler stensläpp (dock ej i högre grad). I övrigt såg ytorna homogena och bra ut. Besiktningen från 1999 gav samma intryck med något stensläpp på provsträckorna medan referensen ej uppvisade stensläpp.
Bild 5 Besiktning på väg 42, 0 % granulat, hösten 1998.
Bild 6 Besiktning på väg 42, 20 % granulat, hösten 1998.
Bild 8 Besiktning på väg 42, 0 % granulat, våren 1999.
Bild 9 Besiktning på väg 42, 20 % granulat, våren 1999.
