2.9, P > d D. or CQ AO "© dat K-AO "kas "© Ae Styvhets- och utmattningsegenskaper hos AG-beläggningar
Safwat F. Said och Joakim Wahlström
tå,Af
* 1. k
'nIF; $$ AKR, &M _": > at len. kA*lat s SQ&");anl 4 i :7 7t,|;*:.7";,5f:£:r7 tre tie "%#-& F Sek ka 9f 1 ev d , vt ee r tae ,Nkr - 2s) g - **,- r % V* h det de sk ote fve k TK 1 _ 0 % &
'6% vIdWax t'] kl.»:!.X ivf, ?..., y, 559. :; ?:ufzb . & al t.. fOek tet 1 k k % BF C 9 ';. %
t et S olr l ten e k t tigt
-: %
o o t I k f i i ct v e 1.
0
-v *
4 435 »4 (Pet !Ä' .-':!:; d r 4 l K.,: "90908AJ &; lg läN S. Sept vd & Fk]:.;Ä : 5,3 ***j '.QF h SJ suy?12 A (&&». PCal. ;O I. %?Fas .a . kd ä? vi.-.. å :"Qup * 4 % # "u &? sSN Skå ten 3 v > h 1 wå KY 4 ..Å k G Ab i Nils * . läg
M doc 7"Wi-fu f bes edittnu;väll;*..
tv Q &." '... k.: R År A ]
3 ?» Adly %
?», 1 fad .!k "L .Å' Pu % in:" Å q#" % % #4 3&_ m' M Nivå &(.bf %S > hl kk 81 1 8 kt ck .Q'Äg RS Sa pfå ut & d:."- driaNBT gå % "Vilde KRudi ffa11&0 41.he> &" U T* # dr 24 ABP ks% d * top elleät h & Kl* ky'.'l-.-7".'.'":":. '. M.!"t** X&"? )'aspWMF »A öd. ' ari Ni
h f:! ul?'n. 2...» * [ It. '&'k .l.' W: uf:34. &. "digt NA
S å t C:a. J
de...('(q9 2 _.u.?i.i w%.»_,_.'** V a RM. &
P. dt D-) KL %
Väg- och transport-forskningsinstitutet
VTI MEDDELANDE 832 - 1998
Styvhets- och
utmattnngsegenskaper
hos AG-beläggningar
SaMat E Said och Joakim Wahlström
(db
Väg- och
Utgivare Publikation
VTI MEDDELANDE 832
Utgivningsår Projektnummer
.. 1998 60341
' Vag- och
transport-- - - Projektnamn
,omknlngSlnsutUtet Massaberoende asfaltkriterium
Författare Uppdragsgivare
Safwat F. Said och Joakim Wahlström Vägverket
Tltel
Styvhets- och utmattningsegenskaper hos AG-beläggningar
Referat
Det är av vikt att känna till beläggningars mekaniska egenskaper som ingångsparametrar vid analytisk dimen-sionering av Vägöverbyggnader och analytisk proportionering av beläggningsmassor. Det är självklart att beläggningar med olika egenskaper kan leda till helt olika lösningar (materialval och lagertj ooklekar) vid analy-tisk dimensionering av vägöverbyggnader. Utnyttj andet av beläggningars mekaniska egenskaper vid dimensio-nering av vägöverbyggnader ger möjlighet till teknisk och ekonomisk optimering av ett vägobjekt.
I det här arbetet har utmattningskriterium och styvhetsmoduler presenterats hos ett antal bärlagerbeläggningar genom laboratorieundersökningar och inhämtning av resultat från tidigare arbete. Pressdragprovet som är lämpligt för rutinprovningar har använts vid laboratorieundersökningar.
Faktorer, kallade fältfaktor och skiftfaktor, har framtagit för härledning av styvhet resp utmattningsmotstånd hos utlagda beläggningar från motsvarande egenskaper bestämda i laboratoriemiljö för praktisk användning vid analytisk dimensionering.
ISSN
0347-6049 SvenskaSpråk
Antal sidor
Publisher Publication
VTI MEDDELANDE 832
Published Project code
_ _ 1998 60341
Swedish National Road and
iject
' hanspørt RGSGHI'CII Institute Fatigue criterium of roadbase mix
Author Sponsor
Safwat F. Said and Joakim Wahlström Swedish National Road Administration
Tilie
Stiffness and fatique properties of roadbase layers
Abstract (background, aims, methods, result)
It is important to know the mechanical properties which are used as input parameters in the analytical design of road pavements and in analytical proportioning of pavement mixes. It is accepted that pavements with dif-ferent properties can lead to completely difdif-ferent solutions (material selection and layer thicknesses) in the analytical design of pavements. Exploitation of the mechanical properties when designing pavements enables the technical and financial optimization of a road project.
In this work, fatigue criteria and stifliiess moduli obtained through laboratory investigations and results from earlier work are presented for a number of roadbases. The indirect tensile test, which is suitable for routine use, has been applied in the laboratory investigations.
Two factors, here terrned the field factor and shift factor, have been developed for determining the stiffness and fatigue resistance of roadbase layers on the basis of corresponding properties determined in a laboratory environment for practical use in analytical design.
ISSN Language No. of pages
Förord
Föreliggande rapport har utarbetats inom projektet; Massaberoende asfaltkn'terium. Delprojekt inom projek-tet Analytisk veriñeringsmetod för vägars bärförmåga . Projektet har finansierats av Vägverket, Vägavdelningen. Vägverkets projektledare för projektet har varit Svante Johansson.
I den här föreliggande rapporten, som är slutredo-visning av projektet, redovisas inverkan av massa-beläggningars variabler på styvhets- och utmattnings-egenskaper hos bärlager. Undersökningen är koncentre-rad på det konventionella bärlagret, AG 22/B180.
VTI MEDDELANDE 832
En del av laboratoriearbetet har utförts av Hassan Hakim. Beräkningar med BISAR-programmet har Hå-kan Carlsson svarat för.
i Till samtliga som medverkat framförs ett varmt tack.
Linköping i december 1997 Safwat F. Said
Innehållsförteckning
Sammanfattning ... .. 9 Summary ... .. 11 1 Inledning ... .. 13 2 Provberedning ... .. 14 2.1 Material ... .. 142.1.1 Avsteg från metoder och föreskrifter ... .. 15
2.2 Provningsprocedur ... .. 15
3 Resultat ... .. .16
3.1 Hålrum. ... 16
3.2 Styvhetsmodul ... 16
3.2.1 Effekt av provets storlek på styvhetsmodul ... .. 16
3.2.2 Korrelation mellan laboratorieresultat och verklighet ... 17
3.3 Utmattning. ... .. 19
3.3.2 Eñekt av provets storlek på utmattningsmotstånd ... .. 19
3.3 .3 Utmattningsmotstånd hos AG-beläggm'ngar ... .. 21
3.3.5 Utmattningsegenskaper hos bituminösa beläggningar. ... .. 23
4 Kommentarer ... .. 26
5 Referenser ... .. 27 Bilagor
Styvhets- och utmattningsegenskaper hos AG-beläggningar av Safwat F. Said och Joakim Wahlström
Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) 581 95 Linköping
Sammanfattning
Vid dimensionering av envägöverbyggnad är utmattning och styvhetsmodul hos asfaltbeläggningar avgörande parametrar för sprickinitiering respektive lastfördelnings-förmåga hos överbyggnadslager.
Styvhetsmodul och utmattningsmotstånd hos asfalt-beläggningar är beroende av massatyp och dess sam-mansättning. Det är med den utgångspunkten som en av de vanligare massatypema har valts att undersökas med hänsyn till ovanstående egenskaper. Det är av vikt att känna till beläggningens mekaniska egenskaper för att analytiskt kunna dimensionera en överbyggnad och mekanistiskt proportionera beläggningsmassor. Som massatyp valdes AG med max stenstorlek 16, 22 och
32, detta tillsammans med bitumenkvaliteten B 180. Ti-digare har AG25 (motsvarar AG22 enligt VÄG94)
un-dersökts med avseende på styvhet och utmattnings-egenskaper. De undersökningarna har också korrelerats med undersökningar mot fältmätningar. Utifrån det sam-bandet kan de här ingångsparametrarna ge en korrela-tion både mot andra massatyper och mot verkliga för-hållanden.
VTI MEDDELANDE 832
Syftet med denna undersökning är dels att få en bild av utmattningskriteriet och styvheten hos beläggnings-lagret med hänsyn till massans sammansättning, och dels att få en jämförelse av resultaten med tidigare framtagna resultat som har etablerade samband med fältbaserade kriterier. Avsikten är att genom bestämning av massa-beläggningars egenskaper i laboratoriet bidra till säkrare predictering av vägöverbyggnaders livslängder i fält.
I det här arbetet har utmattningskriterium och styv-hetsmoduler presenterats hos ett antal bärlagerbelägg-ningar genom laboratorieundersökbärlagerbelägg-ningar och inhämtning av resultat ñån tidigare arbete. Pressdragprovet som är lämpligt för rutinprovningar har använts vid laboratorie-undersökningar. Laboratorieundersökningar har utförts vid 10°C.
Faktorer, kallade fältfaktor och skiftfaktor, har fram-tagit för härledning av styvhet resp utmattningsmotstånd hos utlagda beläggningar från motsvarande egenskaper bestämda i laboratoriemiljö för praktisk användning vid analytisk dimensionering.
Stiffness and fatique properties of roadbase layers by Safwat F. Said and Joakim Wahlström
Swedish National Road and Transport Research Institute , VTI S-581 95 Linköping, Sweden
Summary
When designing a road pavement, the fatigue and stiff-ness modulus of asphalt pavements are decisive param-eters for crack initiation and the load distribution capacity of the pavement layer.
The stiffness modulus and fatigue resistance of asp-halt pavements are dependent on the type and composition of the mix. On this basis, one of the more common types of asphalt has been chosen for investigation with regard to the above properties. It is important to know the mechanical properties ofthe asp-halt in order to make an analytical design of a pavement and a mechanistic design of asphalt mixes. The type of mix chosen was AG with maximum particle sizes of 16, 22 and 32 mm, together with bitumen quality B180. Previously, AG25 (corresponds to AG22 according to
the VÄG94 directives) has been studied with regard to
stiffness and fatigue properties. These studies have also been correlated with studies of field measurements. Using this relation these input parameters can provide a correlation both against other types of mix and against actual conditions.
VTI MEDDELANDE 832
The purpose of this study is partly to gain a picture of the fatigue criterion and the stiffness of the pavement layer with regard to the composition of the mix, and partly to make a comparison against earlier results which have established relations with field-based criteria. The intention is to contribute to more reliable prediction of pavement life in the field through determination of mix qualities in the laboratory.
In this work, the fatigue criteria and stiffness moduli of a number of base course pavements have been described on the basis of laboratory investigations and results from earlier work. The indirect tensile test, which is suitable for routine use, has been used in the laboratory investigations, which were performed at 10°C.
A field factors and a shift factor have beenproduced for deriving stiñiiess and fatigue resistance ofpavements in use from corresponding properties determined in laboratory environment for practical use in analytical design.
1 Inledning
Styvhetsmodul och utmattningsmotstånd hos asfalt-beläggningar är beroende av massatyp och dess sam-mansättning. Det är med den utgångspunkten som en av de vanligare massatyperna har valts att undersökas med hänsyn till ovanstående egenskaper. Det är av vikt att känna till beläggningens mekaniska egenskaper för att analytiskt kunna dimensionera en överbyggnad och mekanistiskt proportionera beläggningsmassor. Som massatyp valdes AG med max stenstorlek 16, 22 och 32, detta tillsammans med bitumenkvaliteten B180. Ti-digare har AG 22 (AG 25) undersökts med avseende på styvhet och utmattningsegenskaper. De undersökning-arna har också korrelerats med undersökningar mot fältmätningar. Utifrån det sambandet kan de här ingång-sparametrama ge en korrelation både mot andra massa-typer och mot verkliga förhållanden.
Överbyggnaden för en vägkropp ska kunna ta upp
och fördela de påkänningar som trafiken åstadkommer, det är den övergripande dimensioneringsförutsättningen. Påkänningarna ska inte ge upphov till några nämnvärda deformationer i överbyggnad, underbyggnad eller ter-rass. Eftersom de största påkänningama uppstår vid
VTI MEDDELANDE 832
överytan och avtar med djupet (BOUSSINESQ), så är det av största vikt att vi kan dimensionera överbyggna-den på ett säkert och inte minst ekonomiskt riktigt sätt. Om en överbyggnad överdimensioneras kommer det att medföra ökade produktionskostnader, eller tvärtom om vägen underdimensioneras kan det medföra ökade kost-nader för reparationer och underhåll eller samhällseko-nomiskt exempelvis genom olyckor. Även en reparation av enväg drabbar samhällsekonomiskt genom att trafik måste ledas runt arbetsplatsen mm.
Vid dimensionering av en vägöverbyggnad är utrnatt-ning och styvhetsmodul hos asfaltbeläggutrnatt-ningar avgö-rande parametrar för sprickinitiering respektive last-fördelningsfönnåga hos överbyggnadslager.
Syftet med denna undersökning är dels att få en bild av utmattningskriteriet och styvheten hos beläggnings-lagret med hänsyn till mässans sammansättning, och dels att få en jämförelse av resultaten med tidigare framtagna resultat som har etablerade samband med faltbaserade kriterier. Avsikten är att genom bestämning av massa-beläggningars egenskaper i laboratoriet bidra till säkrare predictering av vägöverbyggnaders livslängder i fält.
2 Provberedning
2.1 Material
En massatyp valdes att tillverkas, men med 3 olika grade-ringar: AG 16, AG 22 och AG 32 och med bindemedel Bl80. Stenen är referensmaterial från Skärlunda. Mas-san proportionerades enligt VÄG 94,8 krav med avse-ende på hålrum, bindemedelshalt och kornkurvans pla-cering.
Tabell 1 beskriver de bindemedelshalter som använts till varje kurvgradering samt de krav som finns på hål-rummet. Bindemedelshalten är vald som ett medelvärde
utav de gränsvärden som finns i VÄG 94.
Graderingen på kurvorna, som illustreras i figurerna 2-4, kan klassiñceras med hjälp av k-värdet [Wågberg 1979]. K-värdet utgår från passerande mängder på de fyra siktarna 0,074, 2,0, 4,0 samt den näst största
sik-Tabell 1 Ingångsparametrar
Massa- Binde- Hålrums- K-värde typ medels- krav
halt AG 16 4,5% AG 22 4,2% AG 32 3,7% 5,5i1 % 40,2 6,0:t2 % 38,0 6,0i2 % 37,4 006 0 O
Pa
ss
er
an
de
män
gd
,
vi
kt
sp
ro
ce
nt
ten. K-värdets innebörd är att ju högre k-värde desto tätare gradering inom en och samma massabeläggning. För att uppnå jämn densitet över hela provkroppen tillverkades provkroppama med en höjd på 100 mm och en diameter på 150 mm. Detta efter en kontroll av va-riationen av hålrumshalten inom provkroppen (bilaga 1). Provkroppama sågades till en höjd av 60 mm. Serien som användes till analys av ø100 mm prover borrades ut ur ø150 mmzs prover. Figur 1 nedan visar det förfarande som användes vid framställning av ø100 mmzs prover med 60 mm höjd.
Tillverkningen av massan har skett enligt FAS Me-tod 414-95. Resultatet från proportioneringen finns i bilaga 2.
H _, i _. Dessa bitar
i :I i'"""""'" " /användes
Figur 1 Urval efter sågning och borrning.
Kornstorlek, mm
Figur 2 Korngradering AG 16.
_un 100 006 0 06
en_ :3
:N G E 8 70 0 60 g a 50C 0,
40
E E
30
då -- 20 8 > 10 <5 o g_ 0Ag 22
Kornstorlek, mm
Figur 3 Korngradering AG 22 _ás 100 0 0 06 g) 90 4-! :G = 80 E 0 70 d, 8 60 1, Ei 50: a,
40
g 5 30 '- 20 :3 > 10 <5 0 g_ 0Ag 32
Kornstorlek, mm
Figur 4 Korngradering AG 322.1.1 Avsteg från metoder och föreskrifter
Det förordas att tjockleken hos provkroppama med sten-storlek större än 25 mm ska vara minst 76 mm och inneha diametern 150 mm, vid bestämning av styvhet och utmattningsegenSkaper hos asfaltprov [Said 1995]. Av misstag har provkroppar av AG 32-massa tillverkats med 60 mm:s tjocklek istället för 76 mm.
2.2 Provningsprocedur
Styvhetsmodul har bestämts enligt FAS Metod 454-95. Utmattningsprovning har skett enligt VTI s metod [Said 1995]. Vid bestämning av styvhetsmoduler och
utmatt-VTI MEDDELANDE 832
ning används VMS (VTPs materialprovnings system) som är ett hydrauliskt system från MTS kopplat till en dataterminal för styrning av provningen. Datan analy-seras i ett program avsett för utmattning eller styvhets-modul, programmen är framställda på VTI. För fram-ställning av provkroppar används gyratorisk packnings-utrustning från ICT. Proverna tillverkades med trycket 3,6 bar och packningsvinkeln l° (1,7%) samt ett varv-tal på 30 rpm.
3 Resultat.
På grund av några oklarheter i resultaten så bestämdes det att ytterligare en serie utav typen AG 22 (bilaga 2 sid. 4) skulle tillverkas, prover även den här gången med diametern (0 100 mm och (D 150 mm. Dessa serier be-nämns nya serier .
3.1 Hålrum.
För beräkning av hålrumshalten har FAS Metod 413-93 använts, och för att bestämma kompaktdensiteten FAS 425-91. Figur 5 nedan redovisar hålrum för de tre beläggningstyperna. I bilaga 3 redovisas en mer utförlig tabell över hålrum, kompaktdensitet och skrymdensitet. 3.2 Styvhetsmodul.
Resultaten ska spegla korrelationen mellan de olika mas-sornas sammansättning. Utöver det att styvheten hos asfaltmaterial är mycket känslig för variationer i sam-mansättningen är den också känslig för tillverknings-proceduren, exempelvis blandningstid/-temperatur och packningsarbetet/ -temperatur [Harvey J & Monismith . C.L 1993]. Resultaten av styvhetsmodulerna visas i
fi-gur 6 och 7.
Vad som kunde väntas var att styvhetsmodulen skulle öka med Ökad stenstorlek och med minskat teoretiskt beräknat k-värde (Tabell 1, sid. 4), detta har också in-träffat. Att styvhetsmodulen har ökat beror mera på att bindemedelshalten minskat med Ökad stenstorlek, än orsaken att k-Värdet minskat [Said & Wahlström, 1997].
Alla proverna har förkonditionerats vid samma tempe-ratur, +10°C.
3.2.1 Effekt av provets storlek på styvhetsmodul Ökningen av styvhetsmodul har inträffat vid ø150 mmzs
prover där ökningen skett i det närmaste linjärt med fak-torn 1,25, dvs. AG 22 är 1,25 gånger styvare änAG 16 och AG 32 är 1,25 gånger styvare änAG 22. Serien med ø100 mmzs prover av AG 22 har en lägre styvhet än serien med ø150 mmzs prover. Det är troligt att provets storlek kan påverka beläggningens mekaniska egenska-per. Slutsatsen är att modulen ökar med 25% vid ök-ning av provets storlek från 100 mm till 15 0 mm i dia-meter hos AG 22. Detta samband är praktiskt vid jäm-förelse mellan olika massatyper. Vid jämjäm-förelse mellan massabeläggningar ska styvheten omräknas först till styvheten hos prov av samma storlek och sedan jäm-förs de med varandra.
Resultatet av de kontrollserier som tillverkades för AG 22, en serie med diametern 100 mm och en med 150 mmzs diameter (Figur 7), gav samma indikation, att ökad diameter ger ökad styvhet. Även om ökningen mellan 100 mmzs prover och 150 mm:s prover är större (32%) i de nya serierna faller resultatet inom variationen för massatypen. I det här arbetet antas att moduler bestämda hos 100 mmzs provkroppar är representativa till verk-ligheten. Vilken bör studeras närmare i framtiden.
10%
9% -i
8%
7%
-6% - m
5%
4%
3%
2%
1%
0%
Hål
rum
(V
oI
-%
)
Figur 5 Hålrummet hos de olika massatyperna
16
SAG16 ø150'A622 ø100 A622 ø15
_3-_ il*11111111.
l
E l ä{ ä
__ ]
0 AG32 ø150 622 ø100 om
VH MEDDELANDE 832IStandardawikeIser i i i , , ,7
10000 -8000 --6000 *-4000 2000St
yvh
et
sm
od
ul
(M
Pa
)
0AG 16ø150
AG22ø100
Figur 6 Styvhetsmoduler för olika AG-typer
AG 22 ø150
AG 32 ø150
+ l
523335
AG22 ø100
l HH l
A622ø150
Figur 7 Styvhetsmodulerför AG 22.I bilaga 3 redovisas varje labtillverkad provkropps re-sultat av styvhetsmodulen.
3.2.2 Korrelation mellan Iaboratorieresultat och
verklighet.
För att få en bild av styvhetsmodulen hos befintliga bär-lager och skillnaden mellan fält- och laboratorietillverkade provkroppar presenteras också tidigare framtagna resultat (Figur 8). Styvhetsmodul hos en befintlig massabelägg-ning av AG 22 kan beräknas med formel 1. Den är ty-pisk för utlagdaAG 25/B 1 80 beläggningar. Sambandet
VTI MEDDELANDE 832
l--l
AG 22 ø100
AG 22 ø150
är baserat på undersökning av drygt 200 st borrkärnor med 100 mm i diameter ur befintliga beläggningar med en ålder av i genomsnitt på ca 2 år.
Mr = 1,54x 104 x e('0=OÖSXT) ...(1)
där Mr = styvhetsmodul i MPae = basen för naturliga logaritmen T = temperatur 1 °C
m I
0.
AG 25
|
5.. 2°°°° ü
Mr = 1.54-104- e<-° °65"
l
'3 150
\D '*
g °°
3 10000
få
5 5000 EJ'0
o
25
30
Temperatur, C
Figur 8 Samband mellan styvhetsmodul och temperatur hos AG 25/B180 beläggningar med 90% konfidens- och prognosintervall.
Varje punkt i diagrammet motsvarar en serie prov ñån ett vägobj ekt. Variationen i mätvärdena är ganska stor, vilken beror på variationen i sammansättningen och ut-förandet. Av den anledningen måste variationen beaktas vid olika utvärderingar för att säkerställa en viss kvalitet på beläggningsfunktionerna. Figur 8 visar också konñdens- och prognosintervall, nyttiga vid dimensio-nering och proportiodimensio-nering av bituminösa beläggningar, speciellt med avseende på kvalitetsbedömning.
Styvhetsmodulen hos en AG 22 beläggning är i ge-nomsnitt lika med 8040 MPa vid 10°C enligt samband 1 och figur 8. 90%-säkerhet och prognosintervall för en-skilda objekt på styvhetsmodulen ligger mellan 3500 MPa och 12500 MPa vid en temperatur på 10°C, detta kan också ses i figur 8. Den stora variationen beror i huvud-sak på det vida spannet på sammansättningsgränsema för massabeläggningar i de allmänna specifikationerna samt på utförandet. Laboratorietillverkade provkroppar med gyratorisk packning och utan åldring har enligt denna undersökning en styvhetsmodul på 5600 MPa i medelvärde (bilaga 3, sida 2).
Det bör påpekas att laboratorietillverkade prov nor-malt har bättre mekaniska egenskaper än provfrån be-fintliga beläggningar under förutsättningen att det är samma massa och att de har testats under samma tids-period. Dock finns begränsade undersökningar inom detta området. Ulmgren [1993] har rapporterat att för-hållandet mellan styvhet hos lab- och fältprov varierar med en faktor mellan 0,8 och 2 beroende på massatyp och temperatur vid användning av gyratorisk packnings-utrustning. Hittills uppnådda resultat från ett par pågå-ende projekt (provväg El8-Köping och metoder för styvhet. Båda projekten är uppdrag från VV) visar att
18
gyratoriskt packade prov från laboratorietillverkad massa och utan åldring ger högre styvhetsmoduler än borr-kärnor. Styvhetsmodulen vid gyratorisk packning ökar med en faktor på 1,2 till 2 gånger hos AG-beläggningar vid 10 0C jämför med borrprov.
För att ta fram samband mellan laboratorieresultat och verkligheten har styvhetsmodulen hos utlagda belägg-ningar uppskattas till 75% av styvheten hos laboratorie-tillverkade prov med gyratorisk packning, vilket motsva-rar en faktor på 1,33.
Faktorn kallas här labfaktor. Labfaktorn bör veriñeras i framtiden och även vid andra temperaturer än 10 °C.
För att beräkna korrigeringsfaktorer för undersökta beläggningar har först effekten av provkroppens diame-ter beräknats genom modulförhållandet mellan ø 100 mm och (25150 mm provkroppar tillverkade av AG 22. Det bör erinras här att 100 mmzs proverna är utborrade från 150 mm gyratoriskt packade prov. Vilket kan ha påver-kat förhållandet, eftersom 100 mmzs prov tillskillnad från
150 mmzs prov är från mittersta delen av enhel prov-kropp ((25150 x 150 mm) och har sågad mantelyta (Fi-gur l).
MrAg22 ø100 mm _ 5850 _
MrAg22 (0150 mm 7452
Storleksfaktor = 0,8 (2)
Omräkning av styvhetsmoduler hos laboratorie-tillverkade massor till styvheter hos motsvarande utlagda beläggningar är nödvändig vid dimensionering av väg-överbyggnader och vid funktionsbaserade speciñkatio-ner för bituminösa beläggningar. Tabell 2 visar
tade styvhetsmoduler i fält hos undersökta massor. Laboratoriebestämda styvhetsmoduler har omräknats till styvhetsmoduler hos beläggningar genom multiplicering med så kallad fältfaktor. Fältfaktom är lika med storleks-faktor gånger labstorleks-faktor.
Tabell 2 Korrigeringsfakrorer för moduler
Labmodul Fältfaktor Modul i fält MPa storleksf.x labf. MPa
AG 16 §5 150 5680 AG 22 ø 100 5850 AG 22 ø 150 7452 AG 32 (23150 8861 0,8x0,75=0,60 3408 1,0x0,75=0,75 4388 0,8x0,75=0,60 4471 0,8x0,75=0,60 5317 Laboratorieundersökningarna i det här arbetet är begränsade för beräkning av fältfaktorer, varför ovan-stående faktorer bör användas med försiktighet. Dessa omräkningsfaktorer bör valideras, dels genom jämförel-ser av flera labtillverkade prover och borrprover från varierande objekt och dels i jämförelse mellan borrade prov med olika diametrar.
3.3 Utmattning. 3 .3.1 Allmänt.
Utmattningsresultat hos asfaltbeläggningar presenteras ofta genom sambandet mellan initialtöjning och antal belastningar till brott. Töjningen motsvarar dragtöjning i underkanten av bituminösa beläggningar (Figur 9), vil-ken är en parameter vid dimensionering m.h.t. antal över-farter som en beläggning kan tåla.
- '. Ijz
d V;-.-°' --.u
5.0.'i lan. : b : .. _°. . °*A_|a
;mom-.444.0
5' 11/5. lll .-.-. IIIs/751775 /I 57/
Figur 9 Belastning - dragtöjningar:
VTI MEDDELANDE 832
För att simulera denna metodik i laboratoriemiljö har pressdragprovning använts (Figur 10). Provet kommer cykliskt belastas genom sitt vertikal diameterplan var-vid töjningama mäts i det horisontella planet tills det att provet går till brott. Provet utsätts för påkänningar mot-svarande de påkänningar som uppstår i underkänt be-läggning (Figur 9).
Figur 10 Pressdragprovning.
3.3.2 Effekt av provets storlek på utmattnings-motstånd
Liksom fallet med styvhetsmodulen har provets storlek också effekt på utmattningsmotstånd hos bituminösa beläggningar. Nu visade det sig ändå att både modul och livslängd skilde sig åt. I det första skedet visar styvhets-modulen att skillnad finns, (Figur 6 & Figur 7) att styv-heten för AG 22 ølOO mm prover är lägre än för AG 22 ø150 mm prover, vilket stämmer med principen att livs-längden ökar med minskad styvhet (Figur 11). Vad som också kan utrönas är att lutningen för de nya serierna är något brantare, vilket hänger ihop med att styvheten har ökat något (Figur 7) [Huang 1993]. Men i det andra skedet om manjämför AG 16 ølSO mm (Figur 13) med AG 22 ølOO mm (Figur 11), som har samma styvhets-modul (Figur 6, sid. 8), avspeglar sig skillnaden på utmattningsegenskapema där AG 22 är bättre med ca en faktor 3 beroende på töjningsnivå. Följaktligen kan utmattningsegenskaperna hos asfaltbeläggningar inte enbart förklaras genom dess styvhet vid jämförelse mellan olika beläggningar.
i: :7" | 1 H LH) :71 5 _ N N ,MEDLEM i . I Ill 1 1 l 1 1 J 11"
x.-_._._5_l__ _1_*a-aaAc3221oo
AG 22 100 (Ny)
In
it
ia
l
töj
ni
ng
(p
e)
r
r
_____1' 7'?in I- J, UL i i i i i, i i ,Duni 1 in_ _ _ _AG 22150 I I IH 11'! i I;
T T,
3,
AG22150(Ny)
J_ LI 1 1111111_ Il [IH Illlll II lIHSambandet mellan livslängd och styvhet för prov-kroppar ø150 och ølOO är att: om modulen ökar med ca 1,25 gånger så minskar livslängden med ca 3 gånger, vid en töjning på 200 pe, enligt denna undersökning. En förklaring till livslängdens och modulens variation inom denna massa kan vara att hålrummet för 150 mm pro-verna är högre än för 100 mmzs propro-verna, vilket kan
1E+5
Nf, Antal belastningar
Figur 11 Effekt av provkroppens storlek på utmattningsmotstánd hos AG 22.1E+7
högre hålrum (upp till ca 8%) medför styvare massa och kortare livslängd (Figur 12). Vid jämförelse mellan den första serien och den kontrollserie som tillverkades för AG 22 ökade styvheten för ølSO med 17% och för ølOO med 10% och livslängden minskade endast något, dock är livslängden beroende av töjningsnivån för de båda serierna.
medföra en högre modul och kortare livslängd. Som jämförelse finns kurvor för asfaltbetong som visar att
3: ...ax ra: a-v.
Sciffncss Fatiguc Ruccing
en
\4
r
ä
ä 7,0?I-Jbility 1 l 1 I 4 i J 10 15_ AIR vara cout-an. :
Figur 12Hålrumshaltens ben/delseför styhetsmodul och livslängd hos asfaltsbetong, [Martinez och Bayomy enl. HÖbeda 1994].
En annan viktig orsak till att livslängden är bättre hos 100 mmzs proverna kan vara att de är bättre packade. Det är tidigarekänt att bättre packade prover ger upp-hov till längre livslängd bl. a. [Kim et al 1984].
3.3.3 Utmattningsmotstånd hos AG-beläggningar
Med tanke på tidigare resonemang om bindemedlet kon-tra styvhetsmodul borde AG 16 haft längst och AG 32 kortast livslängd samt att AG 22 skulle hamna någon-stans mittemellan dessa två kurvor. När nu resultatet kan beskådas (Figur 13) visar det att AG 32 har kortast längd men att AG 22 och 16 har ungefär samma livs-längd vid en och samma töjningsnivå, detta för prov-kroppar med 150 mmzs diameter. Det bör erinras här, liksom fallet med styvhetsmoduler, att det finns många faktorer som samtidigt påverkar utmattningsmotståndet hos asfaltbeläggningar. En orsak till att AG 16 och AG 22 har samma livslängd kan vara den att de har samma hålrum och är packade ungefär till samma packnings-grad. Därför är det nyttigt att känna till det verkliga ut-mattningskriteriet för varje massatyp, vilket kan använ-das vid dimensionering av vägöverbyggnader samt vid val av optimal beläggningstyp.
För att Översätta laboratorieframtagna resultat till verkligheten och få fram de slutliga skillnaderna mellan dessa massor måste töjningarna i underkänt av AG-beläggningarna tas fram, exempelvis beräknas med BISAR eller från fallviktsmätningar, hos det aktuella objektet. Konstruktioner med AG 32-ochAG 16- belägg-ningar kommer att ge minst respektive störst töjning i underkänt av AG-lagren. AG 22-beläggning kommer att hamna någonstans mittemellan AG 32 och AG 16. Detta
beror förstås på att AG 32 har den högsta styvheten och AG 16 har den lägsta. De slutliga skillnaderna i livslängd (antal belastningar till brott) mellan AG-massoma kan ut-läsas från utmattningssambanden (Figur 13) med hän-syn till de förväntade töjningarna i underkänt av AG-lag-ren (beräknade t.ex. med BISAR).
Den verkliga skillnaden mellan de tre undersökta massabeläggningama kan illustreras genom följ ande exempel. En GBÖ-konstruktion med olika förutsättningar (trafikklasser och årsperioder) presenteras i bilaga 4. Töjningarna i underkänt av de olika AG-beläggningarna har beräknats med hänsyn till BISAR-PC programmet. Styvhetsmoduler bestämda i den här undersökningen har använts vid beräkning av töjningarna. Utrnattningsmot-stånd (livslängd) hos de olika AG-lagren vid de beräk-nade töjningama har bestämts från utmattningsbanden presenterade i figur 13 och bilaga 3. En sam-manställning av livslängder hos AG-beläggningarna un-der de olika förutsättningarna redovisas i tabell 3. AG 16 visar den kortaste livslängden och AG 22 har den största livslängden medan AG 32 ligger mittemellan. Detta är en konsekvens av utmattningskurvornas pla-cering och styvhetsmodulen hos de undersökta massa-beläggningarna. Det bör erinras att i exemplet ingår en-dast varianter av en och samma beläggningstyp med relativt små skillnader och ungefär samma lutning hos dess utmattningskurvor. I verkligheten finns stora skill-nader mellan de olika bärlagertypema. Figur 15 illustre-rar utmattningssamband hos olika massabeläggningar. Skillnaden är stor mellan olika beläggningar och den är beroende av töjningsstorlek på grund av olikheter i de-ras lutning. |El1||ll I I ll l lllll Illlllll
»-
w:::I::1::r::::::i::l:::::I':::1::1:1:: I I*FFW'
| | |w I | || | I Hi , l 3 _FnT__-1_TI_1___*I-_I*__-TTI_ _T__777717_ I-' _T__ V H17--"F1 * iW-__T--7 TFW __.__AGEQTV ___l_LJ;lULH__L_L _ U_M_4__4_4L$_ M.E? | I Ilw | | II | I II; .__ _AGEQli
._ ---+--+++He---hw+ - H---+-Taa+ew-
H-: I IlHJU I | H I IIIJ I I IHlH
:er ;i lir *lrmkqlg,4lll mni .ll inilhi lIIllH_
;J | I Iigrzim l . II I I'll 1"
-
Klzl
5! I I 1: 1\,M%l w| 1 1.||
3: l l ll | INKIHUI | lill
1: l I:II | Ill lñw, I I II; I lllllH
-- I I Ill I I' 5;.å 1:112 | IIllIH
| | I! I I ;H lät :ärm I IIIIIH
100 i_ Ha
1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7
Nf, Antal belastningar
Figur 13 Utmattning hos olika AG-typer (ø150 mm gyratoriskt tillverkade prov).
Tabell 3 Sammanställning av töjningar och livslängder under olika förutsättningar.
A6 16
A§22
A_G32
_
SMhetsmodul, MPa, 10°c
5680
6980
8860
Till. pg
Livslängd
Töl. ps
leslängd
TöJ. us
leslängd
Trf 6 höst
95,2
418600
85
589410
74
486350
Trf 6 tjäll
104
3 1 1570
92,6
443550
80,2
373840
Trf 3 tjäll
165
66690
148
93500
129
79020
3.3.4 Jämförelse mellan laboratorie- och fältprov, AG 22.
Figur 14 visar utmattningssamband hos laboratorie-tillverkade provkroppar med 100 mm i diameter samt tidigare framtagna utrnattningssamband hos borrkämor från AG 25- (AG 22-) beläggningar. Borrkämoma med 100 mm i diameter är utborrade från befintliga ningar. De är i genomsnitt från ca 2 år gamla belägg-ningar [Said 1997]. Det fältbaserade utmattningskiiteriet [Djärf 1994] presenteras också i figuren. I ñguren har också lagts till labresultat från denna undersökning. Anledningen till att linjens lutning för labproverna är flackare än för borrkämor är troligen att labproverna inte är åldrade vilket medför att de inte är lika styva, vilket ger en längre livslängd [Huang 1993].
3.3.4.1 Skiftfaktor (SF)
Utmattningsförsök i laboratorium underskattar normalt antal överfarter till brott i verkligheten. Vid utrnattnings-provning i laboratoriet belastas provkroppen med en konstant spänning eller deformation vid en specifik tem-peratur. I verkligheten utsätts en beläggning för en
sam-mansättning av påkänningar (trafikbetingade och terrni-ska belastningar). Av den anledningen är skiftfaktorer nödvändiga för att överföra laboratorieresultat till fält-förhållanden. Variabler som påverkar skiftfaktoms stor-lek är bl.a. Viloperiodemas längd mellan belastnings-pulserna, ju längre vilotid desto större är asfaltens möj-lighet att återhämta sig till det ursprungliga läget. Nor-malt initieras sprickor i underkant av en asfaltbeläggning och utvidgas sedan uppåt till ytan, Vilket tar tid och många fordonsöverfarter. I labbet är tillväxttiden mycket kort (vid konstant spänning). Provningsmetod och -för-farande påverkar också utmattningssambandet [NVF rap.7-92]. Vid konstant töjning pågår normalt testet tills kraften har halverats för att åstadkomma samma töj-ningsnivå. I praktiken kan provningen blir oändlig. Vil-ket innebär att tillväxttiden blir mycVil-ket lång. Användning av olika belastningsform i utmattningsförsök ger
upp-hov till olika utmattningskurvor [NVF 7-92].
Återläk-ningsförmågan hosmassabeläggningar kan under vissa
förutsättningar ha stor betydelse för beläggningars livs-längd [Al-Balbissi 1989]. Utförligare beskrivning av va-riabler som påverkar skiftfaktorns storlek har presente-rats av Huhtala [1996]. 1 000
In
it
ia
l
töj
ni
ng
(p
s)
'á
1E+3 1E+4 1E+5 1E+6
Nf, Antal belastningar
Figur 14 Utmattningskurvorför AG 22/B180 (AG 25) beläggning bestämda med olika metoder.
På grund av de många variablerna som påverkar skiftfaktoms storlek är det säkrast för närvarande att bestämma det empiriskt genom framtagning av kor-relationen mellan laboratoriebestämda och fältbaserade utmattningskriterier som är anpassade för svenska för-hållanden (konstruktioner, material, metoder mm).
Skiftfaktorn för AG 22-beläggning, framtagen genom jämförelse mellan utmattning av borrkärnor från väg-objekt och utmattning bakåtråknad via fallviktsmätning på samma objekt, har tidigare bestämts till ca 10 [Said 1996] vid en töjning på ca 200 us. Den är tillräckligt noggrann för praktisk användning. Egentligen är skift-faktorn beroende av töjningsnivån, vilken är en konse-kvens av skillnaden i lutningama hos sambanden. Dock är skillnaden i det här fallet liten eftersom utmattning-skurvan för AG 22 (borrkärnor) nästan är parallell med den fältbaserade utmattningskurvan. För att åskådliggöra effekten av töjningen på skiftfaktorn (SF) presenteras nedan sambandet mellan dem.
Borrkärna SF = 0,02*e + 6,13 ... ..(3)
För att kunna uppskatta livslängden hos beläggningar från laboratorietillverkade prov måste hänsyntas bl.a. till följ ande:
0 bituminösa beläggningars egenskaper ändras markant under den första perioden (ca 1 år) på grund av åld-ring, efterpackning mm. Exempelvis ökar styvheten mellan 10-20 % under det första året, vilket innebär att utrnattningsmotståndet också ändras. För utvär-dering av beläggningars tillstånd under den dirnen-sionerande perioden bör beläggningens initiala me-kaniska egenskaper, ur teknisk synpunkt, bestäm-mas ca ett år efter utläggning, detta är dock oprak-tiskt. Alternativet är att korrelera laboratorieresultat till ca ett år gammal beläggning, tyvärr ger alternati-vet en viss osäkerhet. Detta problem blir svårlöst så länge man inte har en klar bild om åldringsförloppet hos asfaltbeläggningar. Brist på kunskap om åldrings-förloppet i verkligheten har också försvårat framtag-ning av en åldringsmetod för laboratorietillverkade prov i laboratoriemiljö.
0 laboratorietillverkade provkroppar har högre modul än borrkärnor från befintliga beläggningar (en fak-tor mellan 1,2 och 2 vid samma ålder enligt §3.2.2). Detta resulterar i en underskattning av beläggningars livslängd vid värdering utifrån labprover. Orsakerna kan vara flera, packningsmetod, stenorientering, åld-ring av bindemedel.mm
Vid ett pågående projekt (provväg E18), där AG 25 är en av massatyperna, har borrkärnor från bärlagren 2-3 gånger större utmattningsmotstånd än gyratorisk
VTI MEDDELANDE 832
packade prov av verkblandad massa. Det konstateras att osäkerheten för närvarande är stor vid uppskattning av beläggningars livslängd från laboratorietillverkade prov, eftersom underlagsmaterialet är begränsat. Det behöver samband mellan mekaniska egenskaper hos laboratorie-tillverkade prov och motsvarande beläggningar efter den initiala stabiliseringen.
3.3.5 Utmattningsegenskaper hos bituminösa beläggningar.
Det finns stora skillnader i utmattningsmotståndet mel-lan olika bituminösa beläggningar. Figur 15 illustrerar utmattningssamband hos borrkärnor från några massa-beläggningar vid 15°C. Beläggningar med CHEMCRETE och EVA har visat betydligt högre styvhet än andra beläggningar, Detta har påverkat sambandens lutning och placering. För att uppskatta den verkliga livslängden för dessa beläggningar ska sambanden multipliceras med skiftfaktorn som är 10. Observera! lutningen ska inte ändras. Det antas att de har samma lutning i verklighe-ten på grund av den höga styvheverklighe-ten. Det är också 10-giskt, ju styvare en beläggning är desto känsligare blir den för töjningens storlek. Skillnaden i placering och lutningen av utmattningskurvor ger upphov till olika lös-ningar vid val av beläggningstyp och lagertjocklek i en vägöverbyggnad. Exempelvis, se figur 13, en AG 25 beläggning med tillsatsen av EVA kan ha längre livslängd än enkonventionell AG 25 beläggning under en förut-sättning att förväntade initial töj ningar i underkänt av beläggningen inte överskrider ca 100 me. Alternativ är att man kan använda tunnare beläggningslager av AG 25EVA än konventionell AG 25 för motsvarande livslängd när töjningen är under 100 me. Man får också räkna med attAG25 EVA ger lägre töjning, som medför längre livs-längd, än konventionell AG 25 under enförutsättning att de har samma lagertjocklek. Vilketberor på att AG25EVA har högre styvhet än AG 25. Styvhetens betydelse för utmattninsmotstånd hos asfaltbeläggningar har diskute-rats tidigare under kapitel 3.3.3. Det konstateras här att asfaltbeläggningars mekaniska egenskaper är en nödvän-dighet vid teknisk och ekonomisk optimering av väg-överbyggnader.
En stor del av variationen i utrnattningshållfasthet hos en massabeläggning beror på variationen i sammansätt-ningen trots att den kan uppfylla speciñkationernas krav. Att klarlägga eñekten av dessa variationer kommer att leda till bättre kvalitetsstyming och öka precisionen hos prognosmodeller för bärighetsanalys. Effekten av varia-tionen i hålrumshalt och bitumenhalt inom specifika-tionsgränsema för AG 22 presenteras i figur 14 respek-tive 15 [Said & Wahlström, 1997]. Variationen i hålrums-halten har åstadkommits genom variering av
grad. Slutsatsen är en bristfällig packning eller använd- hos slutliga beläggningar och beräkning av livslängden
ning av det lägsta istället för det högsta tillåtna binde- m.h.t. slutliga beläggningsegenskaper börvara värdefull
medelshalt i verkligheten kan halvera livslängden hos en kunskap, speciellt vid funktionsentreprenad och vid
pla-AG-beläggning. Av den anledning kontrcll av kvaliteten nering av framtida underhållsarbeten.
HABT16 \ \ / HABS16 ,i // HA825 TO Jn In g,ps tr al n I _ AGZSEVA
\ AGZSC-C \ \ \ \ \ 100 - \ \ _ \ \7 \ _ \ \ j |||||||| |||||||| I IIHIII I ||||||| ||||||||
1 E+2 1E+3 1 E+4 1 E+5 1E+6 1E+7
Antal belastningar
Figur 15 Utmattningssamband hos några bituminösa beläggningar.
1000 *
i
i
i - - -3,8%:
3.. - E 5 5,1 0/0 5./ 5).E
E.
:0 *r i i i i * |_ 1001E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7
Antal belastningar
Figur 16 Hålrumshaltens (packningsarbetets) inverkan på utmattningsmotstånd hos AG 22.
1000 ä -f; * i i 4,5%; i :L a a i 55,1% V i i ,, D)
E.
:0 l... 100 _1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7
Antal belastningar
Figur 17 Bindemedlets inverkan på utmattningsmotstånd h0s AG 22.
4 Kommentarer.
I det här arbetet har styvhets- och utmattningsegen-skaper hos några AG-beläggningar belysts. Dessa materialegenskaper är nödvändiga ingångsdata för att komma fram till ett helanalytiskt dimensioneringsför-farande av vägöverbyggnader m.h.t. bärighetssprickor och en funktionsbaserad utvärdering av massabelägg-ningar. Det är självklart att beläggningar med olika egen-skaper kan leda till helt olika lösningar (materialval och lagertjocklekar) vid analytisk dimensionering av vägöver-byggnader. Utnyttj andet av beläggningars mekaniska egenskaper vid dimensionering av vägöverbyggnader ger möjlighet till teknisk och ekonomisk optimering av ett vägföretag samt åstadkommer man en förbindelse mel-lan dimensionering och proportionering av asfaltmassor. Vilken är bristfällig förnärvarande. Med detta förfarande kommer också funktionsupphandling av beläggningar att underlättas.
Utmattningskiiterium och styvhetsmoduler har pre-senterats hos ett antal bärlagerbeläggningar i denna rap-port. Dessa mekaniska egenskaper har bestämts genom laboratorieundersökningar och genom inhämtning av resultat från tidigare arbete. Sammansättningens bety-delse för mekaniska egenskaper hos massabeläggningar har också illustrerats samt korrelationen mellan labora-torieresultat och verkligheten har analyserats.
Slutsat-26
sen är att det är stor skillnad i utmattningsmotstånd och styvhet dels mellan olika beläggningstyper och dels inom en och samma massatyp p.g.a. variationen i samman-sättningen trots uppföljningen av gällande specifikatio-ner, VÄG94.
Metodik för härledning av beläggningars styvhets-modul och utmattningsmotstånd i fält har tagits fram för praktisk användning vid analytisk dimensionering och mekanistisk proportionering av flexibla beläggningar. Så kallade fåltfaktor och skiftfaktor har framtagit för här-ledning av styvhet resp utmattningsmotstånd hos utlagda beläggningar från motsvarande egenskaper bestämda i laboratoriemiljö. Dessa faktorer är bestämda vid 10°C, som antas vara representativ för nordiska förhållanden. Användning av faktorerna vid andra temperaturer och för andra massabeläggningar bör ske med försiktighet. Det bör påpekas att den här undersökningen är be-gränsad och det föreslås att fortsatta undersökningar inom detta område görs, för att få ett bredare underlag
och en statistiskt riktig bild. Även fortsatta parallella
undersökningar med upptagna borrkämor bör göras samt temperatur effekten bör klarläggas. Liknande undersök-ningar för andra beläggningstyper bör utföras för att se om kan generalisera framtagna samband. Beständighet-ens påverkan
5 Referenser
Al-Balbissi A. H. And Little D. N., Effect of fracture healing on laboratory to field shift factor .
Transportation Research Board, 69thAnnual Meeting,
1990.
Djärf L: Asfalttöjningskriterium baserat på fältstu-dier. VTI notat Vl91, Statens väg- och transport-forskningsinstitut. Linköping 1994
Fas Serivice AB: FAS Metoder 1995.
Gabrielsson, S. Wåhlin, H. Kristiansson, A: SRS Väg-teknik för 90-talet. Kompendium, SRS förlag. Stockholm 1990.
Harvey J. & Monismith C.L.: Effects of laboratory asphalt concrete specimen preparation variables on fatigue and permanent deformation Test results using SHRP A-003A proposed testing equipment. TKR 1417, 1993.
Huhtala M.: Skiftfaktorer lab/fält. Utmattnings-kriterier för asfaltbeläggningar, Lab- och fält-kriterier. Utskott 34, VTI särtryck Nr 259-1996, red. Leif G. Wiman.
Huang, Yang H.: Pavement analysis and design, Uni-versity of Kentucky, New Jersey. 1993.
Höbeda, P: Hålrummets och stenmatrialets bety-delse för funktionen hos asfaltsmassor. VTI notat 53-1994, Statens väg- och transportforsknings-institut. Linköping 1994
Kim Ok-Kee, Bell C.A. and Hicks R.G.: Effect of mix conditioning on properties of asphaltic mixtures. TRR 968, 1984.
VTI MEDDELANDE 832
NVF; Utmattingskriterier for asfaltbelegninger . Utvalg 33 Asfaltbelegninger, Rapport nr.7, 1992. Said, S.F.: Bestämning av utmattningshällfasthet
hos asfaltbetong genom pulserande pressdrag-provning. VTI notat 38-1995, Statens Väg- och transportforskningsinstitut. Linköping 1995. Said SF.: Skiftfaktor. Utmattningskriterier för
asfaltbeläggningar, Lab- och fältkriterier. Utskott 34, VTI särtryck Nr 259-1996, red. Leif G. Wiman. Said S.F.: Variability in roadbase layer properties
conducting indirect tensile test. 8th International
Conference on Asphalt Pavements, Univ. of Wash-ington, Seattle 1997.
Said SF. & Wahlström J.: Utvärdering av samman-sättningens inverkan på utmattning och styvhet hos asfaltbeläggningar. VTI notat 26-1997, VTI notat 38-1995, Statens väg- och transportforsk-ningsinstitut. Linköping 1997 .
Scandinavian pulp, paper and board, testing committee: Statistisk behandling av provningsdata. SCAN-G 2:63
Ulmgren N.: Bestämning av funktionella egenska-per hos asfalt på laborato-rium. Tillverkning av provkroppar. SBUF projekt, NCC 1993.
Vägverket: VÄG 94, Vägverket, Vägverket division Väg & Trafik, Borlänge.
Wågberg L-G: Separation i asfaltmassor. VTI Med-delande 160, Statens väg- och trafikinstitut, Linkö-ping 1979.
BILAGA 1SID 1(1)
Variation i skrymdensiteten hos 4 st provkroppar.
2.42 --2.4 5 2.38 « 2.36 2.34 --232 2.3 -" 228 .2.26 --2.24 i I
Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4
Som kan urskilj as i figuren ovan så varierar skrymdensiteten från toppen (vänster stapel i varje prov) in emot mitten och ut till bottendelens ändyta. Detta är prover som är 150 mm höga där ett prov med en tjocklek på 60 mm tagits ut från mittdelen av provkroppen (se provkropp i figuren). En slutsats från detta är att mittdelen på provet packas mycket bättre än ändytorna och uppnår bättre det skrymdensitetsvärde som Önskas, varpå ändytoma alltid sågas bort.
BlLAGA 2 SlD 1(4)
Ver 2-1
Proportioneringsresultat
Bilaga 2
1998-01-22
Sida 1(4)
Massaberoende analys
AG 1 6+B1 80
100 90 Ö-gräns 80 U-gräns Resultat - - - Ideal 70 60 AG 16 50 40 30 20 Pa ss er an de män gd , vi kt sp ro ce nt 10 0 0,06307 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5.6 8 11,2 16 22,4 31,5 45 63STENMATERIAL
Korn- Mängd Mängd Mängd Ackum.densitet volym volym Vikt (A) (B) (C) mängd
Fraktior g/cm3 cm3 % 0/0 kg kg kg (A) Filler 2,64 2,5 6,7 6,7 2,010 0,000 0,000 2,010 0-2 2,64 10,9 28,8 28,8 8,640 0,000 0,000 10,650 2-4 2,64 3,5 9,2 9,2 2,760 0,000 0,000 13,410 48 2,64 6,6 17,5 17,5 5,250 0,000 0,000 18,660 8-12 2,64 4,0 10,6 10,6 3,180 0,000 0,000 21,840 12-16 2,64 10,3 27,2 27,2 8,160 0,000 0,000 30,000 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 0,000 0,000 30,000 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 0,000 0,000 30,000
Fibrer
Bindemedel
Temperatur
-halt -mängd -halt -mängd -typ Termometernr.0/o Kg °/o Kg ( ) Sats A 4,5 1,414 B 180 T1:
Sats B Sats C
Skrym Kompakt Hålrum Bitumenf. Hålrumi
densitet densitet massa hålrum sten (g/ cm3) (g / cm3) (VOl-O/o) (VOl-O/o) (VOl-O/o)
SatsA 2,325 2,462 5,6 65,0 15,9
Ma_ag16.prp
BILAGA 2 SlD 2(4)
Ver 2-1
Proportioneringsresultat
Bilaga 2
1 998-01 -22 Sida 2(4)
Massaberoende analys
AG 22+B180
100 90 Ö-gräns 30 U-gräns Resultat - - - Ideal 70 60 AG 22 50 40 30 20 Pa ss eran de män gd , vi kt sp ro ce nt 10 O 0,06â075 0,125 0.25 0.5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 45 63STENMATEMAL
Korn- Mängd Mängd Mängd Ackum.densitet volym volym Vikt (A) (B) (C) mängd
Fraktior g/cm3 cm3 % % kg kg kg (A) Filler 2,64 1,2 3,3 3,3 0,990 0,000 0,000 0,990 0-4 2,64 14,2 37,4 37,4 11,220 0,000 0,000 12,210 4-8 2,64 4,7 12,3 12,3 3,690 0,000 0,000 15,900 8-12 2,64 4,2 11,0 11,0 3,300 0,000 0,000 19,200 12-16 2,64 3,7 9,7 9,7 2,910 0,000 0,000 22,110 16-32 2,64 10,0 26,3 26,3 7,890 0,000 0,000 30,000 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 0,000 0,000 30,000 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 0,000 0,000 30,000
Fibrer
Bindemedel
Temperatur
-halt -mängd -halt -mängd -typ Termometemr.°/o Kg % Kg ( ) Sats A 4,2 1,315 B 180 T1:
Sats B Sats C
Skrym Kompakt Hålrum Bitumenf. Hålrum i densitet densitet massa hålrum sten (g/ cm3) (g /cm3) (VOl-O/o) (VOl-O/o) (VOl'O/OL Sats A 2,325 2,473 6,0 61,7 15,6
Ma_ag22.prp
BlLAGA 2 SID 3(4) Bilaga 2 Sida 3(4) Ver 2.1 1998-01-22
Proportioneringsresultat
Massaberoende analys
AG 32+B180
100 90 Ö-gräns 80 U-gräns Resultat - - - ldeal 70 60 AG 32 50 40 30 20 Pa ss er an de män gd , vi kt sp ro ce nt 10 0 VTI 00633075 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22.4 31.5 45 63STENMATERIAL
Korn- Mängd MängdMängd Ackum.densitet volym volym vikt (A) (B) (C) mängd
Fraktior g/cm3 cm3 % °/o kg kg kg (A) Filler 2,64 0,7 1,9 1,9 0,570 0,000 0,000 0,570 0-4 2,64 12,9 34,0 34,0 10,200 0,000 0,000 10,770 4-8 2,64 4,0 10,5 10,5 3,150 0,000 0,000 13,920 8-12 2,64 3,6 9,6 9,6 2,880 0,000 0,000 16,800 12-16 2,64 0,3 0,9 0,9 0,270 0,000 0,000 17,070 16-32 2,64 . 16,3 43,1 43,1 12,930 0,000 0,000 30,000 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 0,000 0,000 30,000 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 0,000 0,000 30,000
Fibrer
Bindemedel
Temperatur
-halt -mängd -halt -mängd -typ Termometernr. % Kg °/o Kg ( ) Sats A 3,7 1,153 B 180 T1:
Sats B Sats C
Skrym Kompakt Hålrum Bitumenf. Hålrumi
densitet densitet massa hålrum sten (g/ cm3) (g /cm3) (v01-°/o) (VOl-O/o) (vol-O/o)
Sats A 2,345 2,492 5,9 59,2 14,5
Ma_ag32.prp
BILAGA 2 SID 4(4)
Ver 2-1
Proportioneringsresultat
Bi'aga 2
1998-01-22
Sida 4(4)
Massaberoende analys
AG 22+B180
100 90 Ö-gräns 30 U-gräns Resultat - - - -Ideal 70 60 AG 22 50 40 30 20 Pass er an de män gd , vi kt sp ro ce nt 10 0 0.068.075 0.125 025 0,5 1 2 4 5,6 8 11.2 16 22,4 31,5 45 63STENMATERIAL
Korn- Mängd Mängd Mängd Ackum. densitet volym volym Vikt (A) (B) (C) mängd Fraktior g/ cm3 cm3 % °/o kg kg kg (A) Filler 2,64 2,8 7,4 7,4 1,858 1,858 0-2 2,64 8,8 23,2 23,2 5,796 7,654 2-4 2,64 3,5 9,3 9,3 2,309 9,963 48 2,64 3,7 9,9 9,9 2,463 12,427 8-12 2,64 4,9 12,9 12,9 3,212 15,638 12-16 2,64 5,1 13,6 13,6 3,390 19,028 16-25 2,64 9,0 23,7 23,7 5,926 24,954 2,64 0,0 0,0 0,0 0,000 24,954Fibrer
Bindemedel
Temperatur
-halt -mängd -halt -mängd -typ Termometernr.O/o O/0 ( ) Sats A 4,2 1,094 B 180 T1: Sats B T2: Sats C T3: T4: T5: Skrym Kompakt Hålrum Bitumenf. Hålrum i
densitet densitet massa hålrum sten
_ (g/ cm3) (g/ cm3) (vol-°/o) (vol-°/o) (vol-Wo) T6:
Sats A 2,325 2,473 6,0 61,7 15,6 T7:
Ma_ag22 omg2.prp Signatur'
VTI MEDDELANDE 832 Pr ovn r M o dul Sk rym Ko mp ak t Asfa lt sf yl lt Hål rum l de ns it et de ns it et Hål rum hål rum st en 16 A2 16 A4 16 A7 16 A8 16 A9 16 A1 0 16 A1 1 16 A1 2 16 A1 3 16 A1 4 16 A1 6 16 A1 8 mA Pa ] 59 60 47 69 58 71 58 72 53 09 60 48 51 27 54 07 57 85 58 61 64 70 56 86 [9/ 600 3] [g/ cm3 ] [% 1 M] [% i 2, 31 9 2, 44 9 5,2 67 ,7 16, 1 2, 30 4 5,8 64,9 16 ,7 2,34 6 4,1 72 ,8 15, 1 2, 33 5 2, 44 5 4, 6 70 ,5 15 ,5 2, 32 3 5,1 68,3 16 ,0 ;2 35 1 :1 9 73 13 15 1) ;231 9 :12 67 5 16 4 2, 32 7 4, 9 69, 1 15 ,8 2, 30 7 5, 7 65,4 16 ,6 ;L 31 6 53 4 67 1) 16 x2 2, 33 6 4, 5 70 ,7 15,5 2, 32 4 5, 0 68 ,6 15 ,9 Me de lvär de St an da rd avvi ke ls e 5680 458 2, 32 6 2, 44 7 5, 0 68 ,8 15 ,9 0, 01 4 0, 6 2, 7 0. 5 10 00 (311)
5U!UIQ.L le! !
uIUt
ma
tt
ni
ng
,
A
G
16
l I I. :i ÄÄ :Ä I: :I I: I :i I: :1 :: :Ä i: i: :«
uuW
un
iwm
K=
1J
EH
2
R2
=0
,9
7
1'
=1
0°C
3
...
...
...
.
O Pr ove r ii nj e _ R e g r e s s i o n s -.: _ . . . -; _ _; _ ; . _ _ . _ . . . . . _ _ -_ . . _ . . . . _ _ . . . _ : . _ . . . , ... i.. 1E +3 1E+4 1E +5 1E +6 Nf , An ta l bela st ni ng ar 1E +7 BILAGA 3 SID 1(6)Sk rym Ko mp ak t As fa lt sf yl lt Hål rum i Provn r Mo dul de ns it et de ns it et Hål rum hål rum st en [M Pa ] [g /C m3 ] [g /C mS] [% ] [% ] W 310 59 27 2, 36 1 3, 6 74 ,8 14 ,3 30 1 61 68 2, 35 7 3, 8 73 ,9 14 ,5 30 8 58 46 2, 34 2 4, 4 70 ,8 15 ,0 22 A0 1 52 72 2, 32 4 5,1 67 ,3 15 ,7 31 5 60 14 2, 343 2, 44 9 4, 4 70 ,9 15 ,0 30 6 46 23 2,31 5 5, 5 65 ,7 16,0 2 2 A 0 4 50 79 2, 341 4, 4 70 ,6 15 ,1 22 A12 47 99 2, 31 8 5, 4 66 ,3 15 ,9 22 A1 4 52 45 2, 33 3 4,8 69 ,0 15 ,3 22 31 0 58 67 2, 32 7 2, 45 0 5,0 67 ,9 15 ,5 22 A0 7 67 69 2, 338 4, 5 70 ,0 15 ,1 Mede lvär de 56 01 2, 33 6 2, 45 0 4, 6 69 ,7 15 ,2 St an dard avvi ke ls e 64 8 0, 01 5 0,00 0 0, 6 2, 90 1 0,5 VTI
n = 3, 72
Ut
ma
tt
ni
ng
,
A
G
22
(|)
10
0
m
m
.. R2 = 0, 86 T= 10 °C 10 00(311) ' I O Pr ove r Bwufo _ R e g r e s sio n s -li nj e .LlelIuI 100 . . 1E+4 1E +5 1E +6 1E +7 Nf , An ta l be la st ning ar MEDDELANDE 832 BILAGA 3 SID 2(6)
VTI MEDDELANDE 832 Pr ovn r Mo dul Sk rym de ns it et Ko mp ak t de ns it et Hål rum As fa lt sf yl lt hål rum Hål rum i st en 30 4 30 5 22 A1 9 22 A0 8 30 3 30 2 22 A0 9 22 A0 5 22 A1 7 22 A0 6 30 9 30 7 MA Pa ] 65 81 83 90 69 28 59 56 61 83 61 40 60 82 64 48 81 17 82 27 71 55 75 36 [g/ cm3 ] 2, 36 3 2, 35 5 2, 32 3 2, 33 4 2, 32 7 2, 33 2 2, 32 0 2, 34 4 2, 33 1 2, 34 1 2, 35 3 2, 32 5 [g/ cm3 ] 2, 46 8 2, 45 2 [% 1 4,0 4,3 5,6 5,2 5,4 5,2 5,7 4,8 5,3 4,9 4,4 5,5 [%] 72,1 70,5 64,3 66,4 65,1 66,0 63,9 68,2 65,8 67,7 70,1 64,8 [°/o ] 14 ,3 14,5 15,7 15,3 ,615 15,4 15,8 15,0 15,4 15, 1 14 ,6 15,6 M ed el vär de St an da rd avvi ke ls e 69 79 89 5 2, 33 7 0, 01 4 2, 46 0 0, 01 1 5, 0 0, 6 67 ,1 2,7 15 ,2 0,5 (311) Bugufol M M 10 00 _ _ _ _ . -_ . . _ _ . . _ _ . . . _ . , _ _ _ . _ -. _ . . . _ 10 0 I I I | 'I I I I I 1 I I I I I I i 1 1 | I 1 I 1 I i I I I I 1 I I | .1 I 1 1 I I 1 I I I I I I I 1 I | I 1 1 I | I 1 I I I I 1 I I I 1 I I J 1 J I | 3,32 i 1, 5E+ 12 .... ..R2 =0, 98 0 I I O 1E +3 1E +4 Nf , An ta l be last ni ng ar 1E +5 1E +6 BILAGA 3 SID 3(6)
VTI MEDDELANDE 832 Pr ovn r Mo dul Sk rym Ko mp ak t de nsüe t de ns üe t Håh un 1 håk un I As falt sf yl lt Hål rum i s t e n 32 22 32 21 32 34 32 13 32 14 32 11 32 12 32 31 32 33 32 32 32 23 32 24 mA Pa ] 99 62 82 69 88 15 79 79 89 27 88 36 81 37 86 54 84 73 84 96 9256 1052 2 [9 /C m3 ] ;L 37 2 2L 36 7 ;L 36 2 :L 34 0 ;L 36 4 22 36 7 ;L 36 2 ;L 35 5 :L 35 9 ;L 36 1 ;L 34 9 ;L 36 4 [g /C m3 ] 2A 94 2A 89 [% 1 4,8 5,0 5,2 6,1 5,1 5,0 5,2 5,5 5,3 5,2 5,7 5,1 [% 1 64 ,5 63 ,4 62,4 58,5 62,9 63,5 ,562 61,1 61,9 62,3 60,0 62,9 [%1 13,5 13,7 13,8 14,6 13,8 13,6 13,8 14,1 14,0 13,9 14,3 13,8 88 61 74 5 ;L 36 0 (l 00 9 ;L 49 1 (1 00 4 55 3 0A -62 J2 1,6 i Q (1 3
(311) Bugufo.L IE! !UI
10 00 100 10 1E +3
Ut
ma
tt
ni
ng
A
G
32
r " "P' kove r --. _ R e g r e s s i o n s -1E +4 Nf , An tal be la st ni ng ar 1E+5 1E +6 BILAGA 3 SID 4(6)VTI MEDDELANDE 832 Pr ovn r M o d ul Sk rym de ns it et Komp ak t de ns it et Hál rum As falt sf yl lt hål rum Hål rum i st en 2 5 12 13 14 15 16 17 18 mn pa ] 55 44 66 40 62 65 64 21 54 78 74 82 5539 6174 5759 [gl cms l ;L 38 6 ;2 37 4 2A 03 ;2 394 :L 34 6 ;2 37 5 :L 36 4 ;2 35 3 ;L 385 [g /C m3 ] 2,45 3 2, 48 0 2, 47 4 2, 437 [% 1 31 ) :1 5 24 . ZJ ' 43 ' :1 5 41 ) 44 . 34 [°/0 ] 77 ,3 74 ,5 81 ,5 79 ,3 68 ,6 74 ,8 72 ,2 70 ,0 77 ,0 [% 1 13 21 1313 1243 134 1443 ti8 1412 1413 13 :5 Me de lvär de St an da rd avvi ke ls e 61 45 656 2, 37 6 0, 01 9 2, 46 1 0, 02 0 3, 5 0, 8 75 ,0 4,2 13 ,8 0,7 (311)
ÖUWIQL 12! 1
uI 10 00 100 1E +4 rq b 1E +5 An ta l be la st ning ar BILAGA 3 SID 5(6)Sk rym Ko mp akt As falt sf yl lt Hål rum i Pr ovn r Modul de ns it et de nsit et Hål rum hål rum st en [M Pa] [Q /C m3 ] [g /C m3] M] [% 1 PM 1 75 96 2, 33 2 6, 2 59 ,6 15 ,4 3 74 88 2, 32 0 6, 7 57 ,7 15 ,8 4 40 63 0 2, 371 2, 49 1 4, 6 66 ,7 14 ,0 6 80 78 2, 32 2 6, 6 57 ,9 15 ,7 7 8 84 68 2, 34 7 5, 6 62 ,2 14 ,8 84 39 2, 332 6, 2 59 ,7 15 ,4 9 77 99 2, 34 6 5, 7 61 ,9 14 ,9 10 92 98 2, 35 3 2, 482 5, 4 63 ,2 14 ,6 11 81 24 2, 32 4 6, 5 58 ,4 15 ,7 Me delvär de 81 61 2,33 9 2, 48 7 5, 9 60 ,8 15 ,1 St an da rdawi ke ls e 58 3 0, 01 7 0, 00 6 0, 7 3, 0 0, 6 VTI
n 2, 90 4_ K = 1, 5 E+ 11 R2 =0, 97 10 00 , I _ _ _ _ _ _ _ _ _ -. _ _ _ _ _ -_ -_ _ _ -_ _ . . _ _ . _ . _ _ . _ _ _ _ _ _ _ _ . . _ _ . . . __ . . _ . _ _ _ . _ _ . _ . . -. . _ . _ . _ _ . _ _ . . . . _ _ . . _ _ _ _ . _ . _ -_ . _ . _ _ _ . _ _ . _ . _ _ , _ . . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 9 Pr ove r (311) BUquo .. 1 n
NI
=(
2)
I I I I 1 I I I 1 , , . I I 1 1 1 l 1 I 1 I ....L le! |uI I 1 I 1 1 I 1 I i L 1 i 1 I I J I I I I , -3 3 l 1 1 1 I 1 : 1_ 1 -' ' -._ .. ._ -. -2 -_ -, -. __ ,- _- ,-_, _- ,- --__ _- -- ,- _--_ -s ---_ ,-.. -, -_ ,-__ .. 2_ ,_ ----__ -_ __ --__ __ _-_, ._ __ Re gr eS SI on sI In Je : 2 5 1 1 I 1 i = 1 I 1 I I I 1 l ' 1 I I I I I I 1 I I 1 I 1 I I 1 r 1 I I 1 1 1 i I J 1 : -: : J 2 1 e ; ' ; 4 : . 1E+3 1E +4 1E +5 1E +6 Nf , Anta l be la st ni ng ar 0 MEDDELANDE 832 BILAGA 3 SID 6(6)BILAGA 4 SID 1(2)
Beräkningarna är utförda på följande konstruktioner enligt VÄG 94. Trafikklass 6
Höstperiod Tjällossningsperiod E-modul E-modul
190 mm beläggning Varr. Varr. 80 mm bärlager 450 MPa 300 MPa 420 mm krossat förstärk. 450 MPa 450 MPa 110 mm skyddslager 100 MPa 70 MPa 2200 mm undergrund 50 MPa 30 MPa Styvt skikt 100000 MPa 100000 MPa
Trafikklass 3 Tjällossningsperiod E-modul 120 mm beläggning Varr. 80 mm bäriager 300 MPa 420 mm krossat förstärk. 450 MPa 2380 mm undergrund 30 MPa
Styvt skikt 100000 MPa
BILAGA 4 SlD 2(2)
Töjningen i uk beläggning vid variation i E-modulen för beläggningen. E1 enlig tre__typer av AG.
Väg 94, GBO krossat förstlager, klimatzon 2
AG 1 6 AG22 AG32 E1 (MPa) 5680 6980 8860 Trf 6 höst 95,2 85 74 pe Trf 6 tjäll 104 92,6 80,2 pe Trf 3 tjäII 165 148 129 pe
AG16 AG22 A632
E1 (MPa) 5680 6980 8860 12,0% 0,0% -12,9% töjningsförändring 12,3% 0,0% -13,4% töjningsförändring 11,5% 0,0% -12,8% töjningsförändring AG 1 6 AG22 AG 22 AG 32 E1 (MPa) E1 (MPa)
5680 6980 22,9% högre E-modul 6980 8860 26,9% högre E
0,0% -10,7% töjningsförändring 0,0% -12,9% töjningsförändring 0,0% -11,0% töjningsförändring 0,0% -13,4% töjningsförändring 0,0% -10,3% töjningsförändring 0,0% -12,8% töjningsförändring 180 160-* 140 g -°"'Trf 6 höst
