VT I notat 62-1999
Kall återvinning av
asfaltbeläggning
Prowägsförsök j Värmland - sju års erfarenheter
Författare
Foll-enhet
Projektnummer
Projektnamn
Uppdragsgivare
Distribution
Torbjörn Jacobson och
Fredrik Hornwall
Väg- och banteknik
60098
Kall och halwarm återvinning i verk
Vägverket
FÖRORD
I samband med utveckling av provnings- och produktionsmetoder för kall återvinning av asfaltmaterial har ett provvägsförsök genomförts på Rv 63, mellan Filipstad och Hällefors.
Undersökningen har finansierats av Vägverket, Vägavdelningen. Kontaktmän inom Vägverket har varit Rune Fredriksson, Svante Johansson och Bengt Krigsman medan Torbjörn Jacobson varit projektledare på VTI. Från VTIs sida har också Lennart Djärf och Fredrik Hornwall medverkat vid utvärderingen av resultaten. Fält- och laboratorieprovningen har bl. a gjorts av Karl-Axel Thörnström, Fredrik Nilsson och Fredrik Hornwall.
Linköping i november 1999,
Torbjörn Jacobson
Innehåll
SAMMANFATTNING_______________________________________________ 5 INLEDNING OCH BAKGRUND_____________________________________ 9 KORT BESKRIVNING AV KALL ÅTERVINNING______________________ 9 SYFTE___________________________________________________________ 11 BESKRIVNING AV PROVVÄGEN__________________________________ 12 Lägeochtrafik________________________________________________ 12 Provsträckor__________________________________________________ 12
Fräsgranulatet________________________________________________ 14
Bindemedlet___________________________________________________ 15 FÖRPROVNING - ASFALTGRANULAT_____________________________ 16 Karakteriseringavasfaltgranulatet (gammalbeläggning)_______ 16 Proportionering, mekaniskaegenskaperochbeständighet_________ 18 PROVVÄGENS UTFÖRANDE______________________________________ 28 Allmänt_______________________________________________________ 28 Utläggningavbärlagergrus____________________________________ 28 Tillverkningavåtervinningsmassor______________________________ 29 Utläggningavåtervinningsmassor_______________________________ 30 Referenssträckor_______________________________________________32 MATERIAL OCH UTFÖRANDEKONTROLL_________________________ 33 Allmänt________________________________________________________ 33 Bitumenemulsion________________________________________________33 Asfaltmassa____________________________________________________ 33 Vatteninnehåll_________________________________________________36 Temperaturochväderlek_______________________________________ 37
Spårbildning - initialt___________________________________________ 38 UPPFÖLJNING AV PROVVÄGEN__________________________________ 39 Allmänt_______________________________________________________ 39 Spårutveckling_________________________________________________39 Laser-RST______________________________________________________ 41 Spårbildning____________________________________________________ 44 Friktion________________________________________________________ 46 Fallviktsmätning________________________________________________47 Borrkärnor____________________________________________________ 50 Besiktning_____________________________________________________ 57
JÄMFÖRELSE BORRKÄRNOR - FÖRPROVNING____________________ 65 DISKUSSION OCH KOMMENTARER_______________________________ 68 LITTERATURFÖRTECKNING_____________________________________ 72
Bilagor
1: RST-mätning hösten 1995-1999.
2: Rådata från fallviktsmätning hösten 1995 och 1996. 3: Laboratorieprovning borrkärnor, hösten 1996. 4: Laboratorieprovning borrkärnor, hösten 1999.
5: Besiktningsprotokoll från slutbesiktningen hösten 1999.
Sammanfattning
Kort beskrivning av den kalla återvinningstekniken
Kall återvinning av asfaltbeläggning är en resurssnål teknik eftersom materialet inte behöver värmas upp och genom den stora mobilitet som blandningsverken har. Vid kall återvinning kan upp till 100 % asfalt återvinnas men för ett bra resultat är det viktigt att de gamla asfaltmassorna förebehandlas på ett riktigt sätt. Tekniken har blivit allt vanligare på senare år och samtidigt genomgått en stark utveckling. Vid kall återvinning i verk utgörs det nya bindemedlet av bitumenemulsion. I de flesta fall tillsätts dessutom vatten och ibland stenmaterial. Det är viktigt att mängden nytt bindemedel, vatten samt eventuellt stenmaterial tas fram efter förprovning på laboratoriet så att massan får en bra sammansättning samt att beläggningen erhåller en god funktion. Kalla återvinningsmassor kan tillverkas i verk eller genom markinblandningsmetoder med djupfräsar där förutom emulsion även skummad bitumen kan användas.
Beskrivning av provvägen
I rapporten redovisas ett provvägsförsök på väg 63, mellan Filipstad och Hällefors, i Värmland. Provvägen byggdes sommaren 1992 och har kontinuerligt följts upp fram till hösten 1999. Försöket omfattar sammanlagt tio provsträckor, sex med verksblandade återvinningsmassor och tre referenser (MAB och AG) med nytillverkad varmblandad asfaltmassa av varierande tjocklek och en referens med halvvarm mjukbitumenmassa (MJAB och MJAG). Återvinningsmassorna testas som slitlager (MABÅ) i tre sträckor och som bärlager (AGÅ) i tre sträckor.
Provvägens syfte var:
• Att validera metoder för karakterisering av asfaltgranulat
• Att validera ett system för proportionering av återvinningsmassa • Att utvärdera utförandetekniken vid kall återvinning i verk
• Att utvärdera egenskaper och beständighet hos beläggning av kall återvinningsmassa
Förprovning på laboratoriet
Provningarna på laboratoriet omfattar följande delar: • karakterisering av asfaltgranulatet
• proportionering
• mekaniska egenskaper • beständighet
• provpreparering
De mekaniska egenskaperna har undersökts genom stabilitet enligt Marshall och dynamisk kryptest, pressdraghållfasthet och styvhetsmodul. Beständighetstesterna omfattar känsligheten för vattenmättning och frys-töväxlingar. Några olika packningsmetoder för tillverkning av provkroppar har studerats. Ett av syftena med undersökningen är att studera relevansen i nämnda provningar genom ett provvägsförsök. Både massaprov och borrkärnor har undersökts.
Erfarenheter från byggandet av provvägen
Vid byggandet av vägen kontrollerades bindemedelshalt och kornkurva i återvinningsmassorna, egenskaper hos återvunnet bindemedel, bitumen- emulsionen, hålrumshalt och pressdraghållfasthet på instampade provkroppar, avdunstningen av vatten i utlagd massa och spårbildningen initialt. Mängden nytt bindemedel låg på 1,5, 2,0, 3,0 och 4,0 % emulsion för de olika provsträckorna. Massorna gick bra att tillverka, lägga ut och packa men massan med 4,0 vikt-% emulsion var ”trög” att lägga ut. Vattnet i nylagda massor avdunstade mycket snabbt i den varma väderleken och beläggningen stelnade (härdade) därför snabbt. Stabiliteten hos nylagda massor var bra, även vid de högre emulsionshalterna, trots mycket varmt väder som ledde till att ytan blev mjuk (viskös). Spårbildningen initialt var ringa.
Långsiktig uppföljning
Uppföljningen av provvägen omfattar spårutveckling, bärighet, jämnhet, textur och friktion, provtagning och tester av borrkärnor för bedömningen av materialets tillstånd och utveckling samt okulär besiktning av vägen. Vägen har följts upp mellan juni 1992 och oktober 1999, dvs. åtta somrar och sju vintrar.
En översikt av resultaten
Resultaten från förprovningen på laboratoriet, som är en viktig del av undersökningen, stämmer väl överens med resultaten från vägen. De provningsmetoder som ingått i förundersökningen verkar på ett bra och realistiskt sätt beskriva och rangordna de egenskaper som erhållits från fältmätningarna. Egenskaper som hittills visat sig kritiska är stabilitet, styvhet (flexibilitet) och beständighet.
Uppföljningen av provvägen pekar i detta fall på att återvinningsmassor som bär
lager (AGA) sammantaget erhållit de bästa egenskaperna vid inblandning av ca
1,5-2,0 vikt-% emulsion. Högre bindemedelshalter medför ökad risk för spårbildning och sämre lastfördelande förmåga hos lagret men samtidigt att risken för sprickbildning minskar. Enbart inblandning av vatten (utan nytt bindemedel) medför att materialet i ett tidigt skede får dålig beständighet enligt tester på laboratorietillverkade provkroppar av asfaltgranulat och borrkärnor från vägen. Resultaten har verifierats genom att skador (sprickor) uppkom på vägen redan efter två vintrar.
Vidare konstateras att återvinningsmassor som slitlager (MABÅ) i detta fall sammantaget erhållit de bästa egenskaperna vid inblandning av ca 3,0-3,5 vikt-% bitumenemulsion. Högre bindemedelshalter medför ökad spårbildning med stor risk för plastiska deformationer och sämre styvhet hos materialet, medan lägre bindemedelshalter riskerar att ge materialet för dålig beständighet.
Återvinningssträckornas egenskaper och utseende påverkas således markant av bindemedelshalten och mängden nytt bindemedel. De bästa återvinningssträckorna uppvisar bra vägyteegenskaper, jämförbara med referenserna av konventionell varmblandad asfalt med undantag för jämnheten i längsled, IRI-värdet, som överlag är sämre. Återvinningssträckorna erhåller IRI-värden på 1,8-2,Omm/m medan referenserna hamnar på ca 1,5 mm/m. IRI-värdet verkar inte påverkas av
mängden nytt bindemedel i asfaltgranulatet. Risken för spårbildning är starkt beroende av bindemedelsinnehållet i återvinningsmassorna. De bästa återvinningssträckorna uppvisar en spårutveckling på 5-8 mm efter drygt sju års trafik enligt RST-mätning. Vid hög bindemedelsinblandning, i detta fall 4,0 vikt- % emulsion, ökar spårbildningen markant och plastiska deformationer har uppkommit. Vid låg bindemedelsinblandning i slitlager, 2,0 vikt-% emulsion, är spårtillväxten till en början låg på grand av den höga stabiliteten i materialet men med tiden ökar spårtillväxten markant genom effekterna av materialsläpp i hjulspåren.
Undersökningar av borrkärnor visar att återvinningsmassorna med tiden erhållit en betydande efterpackning och att hålrumshalten efter två år i en del fall ligger på en oväntat låg nivå, mellan 1-5 vol-% i hjulspåren. Efter drygt sju års trafik låg hålrammen mellan 1-3 vol-% för de fem sträckorna som hade inblandning av nytt bindemedel. I ett fall, sträckan med det högsta totala bindemedelsinnehållet (ca 8%), hade plastiska deformationer uppkommit.
Återvinningssträckorna erhåller större deflektioner (lägre bärighet) jämfört med referenssträckorna av MABT och AG enligt fallviktsmätning. Återvinnings sträckorna har dock haft en gynnsam utveckling (ca 50 % ökning) medan referenserna uppvisar motsatt resultat, lägre bärighet med tiden, utom vid den sista mätningen. Återvinningssträckorna bedöms dock inte ha sämre bärighet än andra jämförbara beläggningar inom kallsidan, t ex emulsionsbetong eller halvvarm,
mjukgjord asfaltbetong.
Sammanfattningsvis visar provvägen att återvunna kalla asfaltmassor genom inblandning av ett nytt bindemedel kan erhålla bra egenskaper och fungera väl som slit- och bärlager på låg- till medeltrafikerade vägar (ÅDT<1500). I detta fall var de bästa återvinningsträckorna (2 st) i många avseenden likvärdiga med nytillverkade massor (både kalla och varma) efter drygt sju års trafik och klarar sannolikt många års trafik (10-15 år) till innan de behöver läggas om. De sämre sträckorna åtgärdades hösten 1999. Provvägsförsöket ligger delvis till grund för de nya anvisningarna i TBVbel ÅA 1999 (Vägverkets komplement till VÄG 94) som behandlar kall och halvvarm återvinning i verk.
Inledning och bakgrund
Sommaren 1992 byggdes en större provväg med kall återvinning av frästa asfaltmassor på väg 63, delen Yngshyttan - Saxån, mellan Filipstad och Hällefors. Provvägen initierades från början inom ett SBUF-projekt som behandlade kall återvinning av asfaltgranulat men kom att genomföras av Vägverket och VTI som också ansvarade för planeringen och uppläggningen av försöket. Finansieringen stod Vägverket för.
Vägen hade innan åtgärd omfattande krackeleringar och var i behov av både beläggningsunderhåll och förstärkning. Förundersökningar av vägen visade att främst bärlagergruset hade fel sammansättning och dessutom var för tunt. En åtgärd som då bedömdes intressant att prova var att efter borttagande av den gamla beläggningen påföra ett nytt bärlagergrus och efter detta lägga tillbaka det gamla asfaltmaterialet på vägen igen, både som bär- och slitlager. Mot den bakgrunden bedömdes väg 63 vara ett lämpligt provningsobjekt för att studera den kalla återvinningsteknikens möjligheter i samband med förstärkning av äldre, nedslitna vägar.
I denna rapport behandlas de erfarenheter som erhållits under drygt 7 år sedan provvägen byggdes. Rapporten är en sammanställning över hela försöket, dvs. förprovning, utförandekontroll och samtliga uppföljningar. Tidigare resultat, t ex. från byggandet av provvägen och första tidens uppföljningar finns utförligare redovisade i följande lägesrapporter:
• VTI notât V211, 1993. • VTI notât 31-1994
• VTI meddelande 764, 1995
Kort beskrivning av kall återvinning
Kall återvinning av asfaltbeläggning är en resurssnål teknik eftersom materialet inte behöver värmas upp och genom att kallblandningsverken kan ställas upp nära objektet (hög mobilitet), vilket reducerar behovet av transporter av material. Vid kall återvinning kan upp mot 100 % asfalt återvinnas men för ett bra resultat är det viktigt att de gamla asfaltmassorna har förebehandlats på ett riktigt sätt. Tekniken har blivit allt vanligare på senare år och samtidigt genomgått en stark utveckling. Ett flertal olika verk har tagits fram eller modifierats för återvinning och 1997 fanns det totalt 22 verk för tillverkning av nytillverkad eller återvunnen kallblandad massa. Vägverket upphandlade ca 520.000 ton kalla återvinningsassor säsongen 1998.
Figur 1 Fördelning mellan olika återvinningstekniker 1998 (Vägverket).
Vid kall återvinning i verk utgörs det nya bindemedlet av bitumenemulsion. I de flesta fall tillsätts dessutom vatten och ibland stenmaterial. Olika varianter av blandningsförfaranden (t. ex. fraktionsdelning och användning av två olika emulsioner) har utvecklats i syfte att massan skall bli så homogen som möjligt, förbättra bearbetbarhet samt för att materialet skall få en bra täckningsgrad. Kalla massor kan ibland bli tröga och därför inblandas vatten som har en smörjande inverkan på massan. Det är dock viktigt att mängden nytt bindemedel, vatten samt eventuellt stenmaterial tas fram efter förprovning på laboratoriet så att massan får en vettig sammansättning samt att beläggningen erhåller en god funktion.
Syfte
Det fanns flera syften med provvägen. Det kanske viktigaste var att bedöma relevansen av de provningsmetoder som ingår i laboratoriedelen. En procedur för proportionering har bland annat tagits fram. Den bygger på att laboratorie- tillverkade provkroppar testas vid olika bindemedelshalter. Vid testerna undersöks bland annat de mekaniska egenskaperna och beständigheten. Ett annat viktigt område var att kartlägga vilka parametrar som har betydelse och bör ingå i karakteriseringen av asfaltgranulatet.
Förutsättningarna var att asfaltgranulatet skulle återvinnas med konventionella utrustningar, vilket innebar att de utrustningar som fanns för annan typ av kallteknik skulle användas, t ex samma typ av verk och läggare som förekommer inom oljegrus- eller mjukbitumenhantering. Önskemålet var vidare att tekniken skulle hållas på en "rimlig" nivå för att inte åtgärden skulle bli allt för kostnadskrävande. Erfarenheter har visat att ny teknik antingen måste vara billigare eller bättre än etablerad om den skall slå igenom.
Provvägen ingår också i VTIs program med observationssträckor (L-G Wågberg). Det innebär att provvägen kommer att följas upp tills nästa åtgärd. Därmed kommer på sikt frågeställningar som berör t ex livslängd, hållbarhet, standard etc. att belysas genom det stora jämförande material som finns tillgängligt.
Beskrivning av provvägen
Läge och trafik
Provvägen är belägen på väg 63, delen Yngshyttan - Saxån, som ligger mellan Filipstad och Hällefors. Årsmedeldygnstrafiken, ÅDTt, var 1540 fordon enligt trafikmätning från november 1993 (Vägverket). Andelen tunga fordon var 13 Omgivningen består av kuperad skogsterräng. Provsträckorna ligger på en raksträcka med till synes homogena terrängförhållanden. Vägen är ca 8 m bred.
Provsträckor
Provvägen omfattar sex provsträckor med återvinningsmassor och nytt obundet bärlagergrus samt tre referenssträckor med konventionell varmmassa. Tre av provsträckorna innehåller 100 kg/m2 (ca 5 cm) återvinningsmassa som bärlager (AGÅ) med 80 kg/m2 (ca 4 cm) återvinningsmassa som slitlager (MABÅ). De andra tre provsträckorna innehåller 100 kg/m2 återvinningsmassa som bärlager (AGÅ) med 80 kg/m2 nytillverkat slitlager, MABT16. I samtliga sträckor med återvinningsmassor ingår 10 cm nytt bärlagergrus.
Referenssträckorna består av AG16 resp. AG25 med MABT16 som slitlager. Beläggningen lades direkt på den gamla vägbanan (obs, inget nytt bärlagergrus). MABT16 benämns idag ABT16/B180. I AG:n ingår bitumen med penetrationen B 180. Sträckornas placering, materialsammansättning och uppbyggnad framgår av figurerna 2 och 3 samt arbetsrecepten redovisas i tabell 1.
Tabell 1 Arbetsrecepten fö r provsträckoma.
Sträcka Slitlager Bärlager
0 (ref.) 80 kg MJAB 100 kg MJAG
1 80 kg MABA 2,0 % BE60/2200 + 1,5 % vatten 100 kg AGÅ 1,5 % BE60/2200 + 2,0 % vatten 2 80 kg MABA 3,0 % BE60/2200 + 1,5 % vatten 100 kg AGA 1,5 % BE60/2200 + 2,0 % vatten 3 80 kg MABA 4,0 % BE60/2200 + 1,5 vatten 100 kg AGÅ 1,5 % BE60/2200 + 2,0 % vatten 4 80 kg MABT16 100 kg AGÅ 1,5 % BE60/2200 + 1,5 vatten 5 80 kg MABT16 100 kg AGA 3,0 % BE60/2200 + 1,0 % vatten 6 80 kg MABT16 100 kg AGA
5,0 % vatten (ej bindemedel)
7 (ref.) 80 kg MABT16 180 kg AG25
8 (ref.) 80 kg MABT16 120 kg AG25
9 (ref.) 80 kg MABT16 60 kg AG16
Materialkontrollerna omfattade bindemedelshalt och kornkurva. Resultaten finns i tidigare rapporter berörande provvägen (se litteraturlistan).
80 MABT16 60 AG16 80 MABT16 120 AG25 80 MABT16 180 AG25 (2 lager) 80 MABT16 100 AGÅ (5,0% vatten) 10 cm GBL 80 MABT16 100 AGÅ (3,0% BE60/2200) 10 cm GBL 80 MABT16 100 AGÅ (1,5% BE60/2200) 10 cm GBL 80 MABÅ (4,0% BE60/2200) 100 AGÅ (1,5% BE60/2200) 10 cm GBL 80 MABÅ (3,0% BE60/2200) 100 AGÅ (1,5% BE60/2200) 10 cm GBL 80 MABÅ (2,0% BE60/2200) 100 AGÅ (1,5% BE60/2200) 10 cm GBL
Figur 2 Provsträckor vid väg 63, delen Yngshyttan - Saxån. Sträckorna 1-6 omfattar kall återvinning medan sträckorna 7-9 är referenser.
Str 1 Str 2 Str 3 Str 4 Str 5 Str 6 Str 7 Str 8 Str 9
80 MAB A 80 MABÅ 80 MABÅ 80 M A B16T 2,0 % BE
100 AGÅ
3 ,0 % BE 4 ,0 % BE
100 AG Å 100 AGÅ 100 AGÅ 100 AGÅ 100 AGÅ 180 AG25 120 A G 25 | 6 0 A G 1 6
1 . 1,5 % BE 1 , 5 % BE 1 , 5 % BE 1 ,5 % BE 3,0 % BE 5,0 % V a tten N y tt GBL 10cm .... . . G a m m a l beläggning ' V . : . " v::;:::;; :v GBL g am m alt i m . ■■ i glfll BjPPil;
1 ÉÉÉI v f M il
Figur 3 Schematisk bild över provsträckoma med återvinningsmassor, sträckorna 1-6. Sträckorna 7-9 är referenser med varm asfaltbetong. 800 m 700 m 600 m 500 m 400 m 300 m 200 m 100 m 0 m -100m Str 9 Str 8 Str 7 Str 6 Str 5 Str 4 Str 3 Str 2 S t r l (StrO) VTI notat 62-1999 13 80 MJAB 100 MJAG o r d i n a r i e b e l ä g g n i n g
Fräsgranulatet
Den befintliga beläggningen bestod ursprungligen av 100 kg MABT16 som delvis förseglats under årens lopp. Beläggningen lades mellan 1980 och 1983.
Fräsmassorna togs upp med hjälp av en fräsmaskin typ Wirtgen 1900 C som hade fräsbredden 1,9 m och tandavståndet 15 mm (bild 1). Fräsgranulatet innehöll en stor andel grövre asfaltklumpar beroende på att den relativt tunna, uppspruckna beläggningen, som dessutom hade dålig vidhäftning till underlaget av grus, var svår att sönderdela. Andra faktorer som inverkade på fräsgranulatets sammansättning var den mycket varma väderleken som rådde med +25 °C i skuggan och att fräsmaskinen gick på maximal hastighet. Det visade sig senare att ungefär hälften av fräsgranulatet innehöll klumpar större än 32 mm som togs bort vid sorteringen (bild 2). Fräsmassorna lagrades i ca två veckor i upplag innan försöket kom till stånd.
Bild 1 Kallfräsning av befintlig beläggning med Wirtgen 1900 Väg 63,
delen Yngshyttan - Saxån.
Bild 2 Sortering av det frästa granulatet vid upplag.
Bindemedlet
Bindemedlet utgjordes av bitumenemulsion, typ BE60 M/2200, som levererades av Nynäs Bitumen. Basbitumenet i emulsionen är mjukbitumen med kinematiska viskositeten 2200 vid 60°C. Samma typ av bindemedel har under senare år använts vid ett flertal återvinningsobjekt. Emulsionen innehöll ca 2 % lösningsmedel.
Förprovning - asfaltgranulat
Laboratorieprovningen av fräsgranulatet är en fundamental del av försöket och redovisas i följande avsnitt. Förprovningen omfattar dels provtagning och karakterisering av det gamla asfaltgranulatet, dels proportionering genom tester av mekaniska egenskaper och beständighet på blandningar av asfaltgranulat, nytt bindemedel och vatten. I figur 4 ges en översikt över proportioneringsförfarandet.
Figur 4 Laboratorieprovning - procedur fö r proportionering.
Karakterisering av asfaltgranulatet (gammal beläggning)
Asfaltgranulatet har karakteriserats genom kornstorleksfördelning av asfaltgranulat resp. extraherat material, bindemedelshalt, packningsegenskaper och analyser av återvunnet bindemedel. Resultaten redovisas i figurerna 5 och 6 och i tabell 2.
Figur 5 Kornkurva på tvättsiktat resp. extraherat asfaltgranulat från väg 63.
Figur 6 Packningskurva fö r asfaltgranulat. Maximal skrymdensitet och optimal vattenkvot enligt tung instampning.
Tabell 2 Analyser på återvunnet bindemedel från asfalt granulatet.
Provning Metod Resultat
Penetration vid 25 C, m m /10 MBB 37-82 58
Kinematisk viskositet vid 135°C, mm2/s ASTM D 2171-83 301
Mjukpunkt, kula och ring MBB 38-82 51
Kommentarer:
Bindemedelshalten var 4,9 % i granulatet. Kornkurvorna visade att granulatet var välgraderat och liknade ett obundet bärlagergrus. Efter extraktion hade materialet en kornkurva liknande ABT16 med relativt hög finmaterialhalt.
Optimal vattenkvot låg mellan 5-6 % enligt tung instampning. Vattenseparation uppträdde vid 6-8 %. Vattenkvoten i upplaget låg mellan 1,0-1,6
Bindemedelsanalyserna visade att bitumenets egenskaper avsevärt förändrats genom åren. Den erhållna penetrationen och mjukpunkten liknade specifikationerna för bitumen typ B 60. Det ursprungliga bitumenet var B 180. En stor del av åldringen eller hårdnandet av bindemedlet skedde sannolikt redan vid tillverkningsprocessen i asfaltverket. Åldringsförloppet är också avhängigt av hålrumshalten och åldern hos beläggningen samt av klimatet. Den förhårdning som sker av bindemedlet medför att beläggningen får försämrade egenskaper i fråga om flexibilitet, vilket medför att sprickkänsligheten ökar. Den gamla beläggningen på Rv 63 hade delvis förseglats pga krackeleringar.
Proportionering, mekaniska egenskaper och beständighet
Allmänt
De provningsmetoder som ingår i undersökningen innebär att laboratorietillverkade provkroppar innehållande asfaltgranulat, vatten och i de flesta fall bitumenemulsion testas med avseende på mekaniska egenskaper. Provningarna görs vid fyra olika emulsionskvoter samt på blandningar av enbart granulat och vatten. Vattenkvoten i granulatet har också varierats. Egenskaperna hos återvunnit bindemedel vid olika inblandningskvoter redovisas också.
Vid provning av kallblandade massor är det många faktorer som i hög grad inverkar på resultatet. Blandningsförfarandet, prepareringen av provkroppar - typ av packningsmetod, härdningstiden och temperaturen, parametrar som är kopplade till provberedningen, är faktorer som noggrant måste styras upp och kontrolleras. De mekaniska egenskaperna har bestämts genom pressdragprovning (indirekt draghållfasthet), styvhetsmodul och stabilitet samt flytvärde enligt Marshall. Metoderna har hämtats från "varmsidan" och det är inte säkert att de ger ett relevant resultat för denna typ av beläggningar.
Eftersom det handlar om kallblandade asfaltmassor som innehåller vatten redan vid tillverkningen och som erhåller förhållandevis högt hålrum är det viktigt att skaffa sig en uppfattning om materialets beständighet för vattenpåkänningar och vinterklimat. Därför har vattenkänsligheten och frys-töbeständigheten undersökts. Provningarna görs på provkroppar som först härdas vid förhöjd temperatur i 7 dygn innan de utsätts för påkänningar i form av vattenmättning, vattenlagring och ibland även frys-töväxlingar. Provningsmetodiken är framtagen på VTI och har tidigare använts vid bedömning av emulsionsstabiliserat bärlager.
Uppläggningen av undersökningen har gjorts på grundval av erfarenheterna från VTI Notat nr V I68 som behandlar laboratorieprovning av asfaltgranulat med inriktning på mekaniska egenskaper och proportionering. Flertalet av provningarna har gjorts genom dubbelprov. I följande avsnitt redovisas endast medelvärden i diagram. Enskilda provningsresultat och kompletta provningar finns redovisade i tidigare publikationer (se litteraturlistan).
Inom varmsidan har ett nytt förfarande tagits fram (Peet Höbeda) som innebär att provkropparna mättas i saltlösning och även utsätts för frys-töväxlingar. Provningen görs vid högre och lägre hålrumshalt och ibland vid varierande bindemedelshalt. Nämnda provningsförfarande har visat mycket relevanta egenskaper för varm massa men provningen är sannolikt för sträng för kalltillverkade massor.
Provblandningar - receptur
Laboratorieprovningen omfattar följande fem recept:
Tabell 3 Recept under förprovningen.
Bindemedelstillsats Vattentillsats Emulsionskvot vikt- % vikt-% 0 5 1 (0,7) 3 2(1,4) 3 3 (2,0) 3 4(2,7) 3
Siffran inom parentesen anger tillsatt restbitumenkvot Inverkan på bindemedelsegenskaper
För att få en uppfattning om egenskaperna hos bindemedlet i granulat och återvinningsmassor har penetrationen, kinematiska viskositeten och mjukpunkten bestämts på återvunnit bindemedel från massaprov. Resultaten redovisas i tabell 4.
Tabell 4 Förändring av bindemedelsegenskaperna hos asfaltgranulatet.
Recept Penetration 25°C, mm/10 Kinematisk viskositet 135°C, nrni^/s Mjukpunkt KoR °C Asfaltgranulat 58 301 51 2,0 % emulsion 133 109 42,4 3,0 % emulsion 159 74 40 4,0 % emulsion 201 53 38 Blandningsförfarande
Asfaltgranulat, vatten och bitumenemulsion blandades i degblandare typ Hobart enligt följande förfarande:
1. Ca 5-10 kg torrt granulat neddelades
2. Granulatet värmdes till 60°C (endast för Marshall, i övrigt rumstemp.) 3. Vatten inblandades under omrörning i ca 30 sek
4. Bindemedlet, 60°C, tillsattes och massan blandades i ytterligare 2 min
Innan asfaltgranulatet behandlades torkades det på plåtar vid rumstemperatur och materialet större än 22 mm siktades bort (några procentenheter).
Preparering av provkroppar
Provkropparna tillverkades enligt Marshallinstampning, 50 slag per sida (i princip MBB 14). Temperaturen i massan/provet hölls kring 60°C vid prepareringen. Provkropparna lagrades (härdades) i 7 dygn vid förhöjd temperatur (40°C) i värmeskåp. Det första dygnet fick provet sitta kvar i formen.
Bakgrunden till att proven instampades vid förhöjd temperatur var att det tidigare för återvinningsmassor visat sig svårt att erhålla hela, provningsbara provkroppar vid Marshallinstampning vid rumstemperatur. Speciellt vid låga bindemedelskvoter blir provkropparna sköra och svårhanterliga.
Anledningen till att Marshall valdes som packningsmetod är att utrustningen finns på de flesta väglaboratorier. Marshallpackning anses dock generellt efterlikna packningsförloppet på vägen dåligt. Ingår vatten i provet, som är fallet för återvinningsmassor, dämpas packningen också av det porvattentryck som uppstår i provet och hålrummet blir ofta förhållandevis högt.
Som ett alternativ till Marshall tillverkades också provkroppar genom statisk packning. Det är en förhållandevis enkel metod att arbeta med och packningsarbetet kan lätt varieras. Asfaltgranulatet behöver inte värmas utan provprepareringen görs vid rumstemperatur. Provkropparna får ett lägre hålrum än vid Marshall, vilket medför att kvalitén och hanterbarheten blir bättre. Frågan är dock om statisk packning inte överdriver packningsarbetet jämfört med vägen, bl. a har vissa undersökningar tidigare pekat i den riktningen. Hålrummet förändras dock med tiden på vägen genom efterpackningen från trafiken och kan bli förhållandevis lågt även för kallblandade massor. Som jämförelse har också kombinationen knådande och statisk packning tagits med (Kneading Compactor). Provkropparna utförda med statisk packning tillverkades enligt följande:
1. Ca 1100 g massa delades ned och placerades i en Marshallcylinder
2. Massan stöttes 20 ggr i centrum och 20 ggr i kanten med en stav (9,5 mm diameter och 405 mm lång) så att den omlagrades och förpackades något 3. Provet placerades i pressen och belastades med 5,6 ton (7,0 MPa) vid
deformationshastigheten 1,3 mm/min. Trycket fick vid maximala belastningen ligga kvar i 60 sek
4. Provet lagrades några timmar innan det trycktes ut ur formen 5. Provet lagrades i 7 dygn vid 40°C
Förfarandet påminner mycket om Hveem-metoden (dock utan Kneading Compactor) som bland annat används i USA.
Mekaniska egenskaper
Efter 7 dygns härdning i värmeskåp vid 40°C provades följande egenskaper hos provkropparna:
• Hålrumshalt och vattenkvot
• Pressdraghållfastheten - beskriver materialets draghållfasthet, provningstemperatur: 10°C
• Styvhetsmodulen - ett mått på materialets lastfördelande förmåga och flexibilitet, provningstemperatur: 10°C
• Stabilitet och flytvärde enligt Marshall - beskriver materialets känslighet för plastiska deformationer, provningstemperatur: rumstemperatur Resultaten redovisas i figurerna 7-10.
Figur 7 Hålrummet som funktion av emulsionskvoten.
Figur 8 Draghållfastheten som funktion av emulsionskvoten. Provning på torrlagrade (7 dygn) resp. vattenmättade prov.
Figur 9 Styvhetsmodulen som funktion av emulsionskvoten.
Figur 10 Stabiliteten enligt Marshall som funktion av emulsionskvoten.
Vattenkänslighet
Ett realistiskt provningsförfarande för kallblandade asfaltmassor bör ta hänsyn till materialets känslighet för vatten. Provning av enbart torrlagrade prov skulle ge ett missvisande resultat och till exempel gynna finkorniga och bindemedelsfattiga material med hög kohesion i torrt tillstånd. Resultatet redovisas i figur 11.
Vattenkänsligheten provades enligt följande:
A. Förbehandling
1. Provet (Marshallprovkroppar) torrlagrades i 7 dygn vid 40°C 2. Provet vägdes
3. Pressdraghållfastheten bestämdes vid 10°C
B. Vattenlagring (vacuummättning)
4. Provet vacuummättades i 1 tim vid 40 mbars undertryck följt av 23 timmars vattenlagring vid atmosfäriskt tryck vid rumstemperatur 5. Provet vägdes
6. Pressdraghållfastheten bestämdes vid 10°C
C. Utvärdering
7. Vattenupptagningen (absorption) och vattenmättnadsgraden beräknades 8. Vidhäftningstalet beräknades som förhållandet mellan
pressdraghållfastheten för vattenlagrat och torrlagrat prov i procent
Figur 11 Inverkan av emulsionskvoten på vidhäftningstalet (beständigheten mot vatten). Marshalltillverkade prov.
Frys-töbeständighet
Beständigheten mot frys-töväxlingar har bestämts enligt ett förfarande som från början utvecklades för bitumenstabiliserade bärlager och som på senare år också använts vid beständighetstester inom varmsidan. Resultatet redovisas i figur 12. Försöken utfördes enligt följande steg:
A. Förbehandling
1. Marshallprov torrlagrades 7 dygn i torkskåp vid 40°C
2. Provet vägdes och höjden mättes med skjutmått (4 mätningar) 3. Pressdraghållfastheten resp. styvhetsmodulen bestämdes vid 10°C
B. Vacuummättning i vatten
4. Provet placerades i exsickator och täcktes med dest.vatten 5. Vattenmättning i en timme under vacuum, 40 mbars undertryck
6. Provet lagrades ytterligare 23 timmar i vatten under atmosfäriskt tryck vid rumstemperatur
7. Provet vägdes
C. Frys-töbehandling
8. Provkropparna placerades i fryslådan och täcktes med våt sand (Baskarp nr 6, vattenkvot: 20 vikt-%)
9. Fryslådan placerades i klimatskåpet som var inställt på 10 frys-töcykler. En cykel omfattade 12 tim vid + 23°C och 12 tim vid -23°C
10. Efter avslutad frys-töväxling vägdes provet och höjden mättes 11. Pressdraghållfastheten och styvhetsmodulen bestämdes vid 10°C
D. Utvärdering
11. Vattenupptagningen (absorptionen) och eventuell svällning beräknades efter frys-töbehandlingen
12. Beständigheten beräknades som förhållandet mellan resultaten för frys- töbehandlat och torrlagrat prov i procent
Figur 12 Inverkan av emulsionskvoten på frys-töbeständigheten. Marshalltillverkade prov
Kommentarer:
• Hålrummet påverkades markant av packningsmetod. Marshallinstampade prov erhöll hålrum på 10-20 volym-%, med det högsta värdet för blandningar av enbart granulat och vatten. Provkroppar tillverkade enligt statisk packning erhöll betydligt lägre hålrum, 4-11 volym-%. Hålrummet minskade med ökad emulsionskvot.
• Pressdraghållfasthetens storlek påverkades av packningsmetoden, bindemedelshalten och av vattenlagringen. Prov tillverkade enligt statisk tillverkning erhöll högre värden än Marshalltillverkade. Maximal draghållfasthet erhölls vid 1-2 vikt-% emulsion för Marshallprov och 0-1 vikt-% vid statisk packning. Proven med enbart vatten och granulat uppvisade oväntat höga värden trots de högsta hålrummen.
• Styvhetsmodulen visade ungefär samma resultat som draghållfastheten. Statisk packning gav de högsta värdena. Ett maximum förelåg vid 1 vikt-% emulsion för Marshallpackade prov. Provningen gjordes endast på torrlagrade prov. • Stabiliteten uppvisade samma mönster som övriga hållfasthetsprovningar. Vid
lägre bindemedelshalt erhöll prov tillverkade enligt statisk packning markant högre värden än prov tillverkade enligt Marshall. Vid högre bindemedelshalter var skillnaden liten.
• Beständigheten för vattenlagring och frys-töväxlingar förbättras avsevärt av 1- 2 vikt-% inblandning av emulsion. Mer bindemedel förbättrar inte beständigheten ytterligare enligt testerna. Framför allt frys-töbeständigheten är låg för blandningarna med enbart granulat och vatten.
De hållfastheter som presenteras i undersökningen ska inte betraktas som beläggningens "sluthållfasthet" utan syftet är att i första hand ta fram ett optimalt arbetsrecept som grundas på relativa, jämförande tester av för återvinningsmassorna viktiga egenskaper. Tidigare provningar har visat att härdningstiden och temperaturen har stor betydelse för resultatnivån men den relativa skillnaden mellan olika blandningar verkar vara oförändrad. Det är dock viktigt att provet ges tid att härda ordentligt innan provningen. Förfarandet med 7 dygns lagring vid 40°C har visat sig vara tillräckligt härvidlag. Vatteninnehållet i provkropparna ligger då på 0,1-0,3 vikt-% vid provningstillfället.
Skillnaden mellan packningsmetoderna var som störst vid lägre bindemedelsinnehåll men minskade markant vid högre mängd nytt bindemedel. Vid fetare massor har sannolikt bindemedlets smörjande inverkan större betydelse än hur pass väl packad massan är.
Vid utläggningen har återvinningsmassornas stabilitet stor betydelse eftersom beläggningen måste tåla trafik omedelbart efter utläggning och packning. Stabiliteten påverkas förutom av mängden nytt bindemedel även av granulatets vatteninnehåll. Av den anledningen bör vattenkvoten i asfaltgranulatet noggrant kontrolleras och helst styras upp vid utförandet. Packningskurvan enligt tung instampning kan ligga till grund för bedömningen av lämpligt vätskeinnehåll i massan. Den totala vätskemängden i massan som omfattar vattnet i granulatet initialt, eventuellt tillsatt vatten och mängden bitumenemulsion bör inte överstiga den optimala, som för asfaltgranulat visat sig ligga omkring 5-6 vikt-%. Optimalt vatteninnehåll förbättrar också massans läggnings- och packningsegenskaper. Som framgår av laboratorieprovningarna är det förhållandevis komplicerat att testa återvinningsmassor på ett realistiskt och funktionellt inriktat sätt. Jämfört med varmblandade massor måste provprepareringen och provhanteringen styras upp och kontrolleras noggrannare. Det är många parametrar som kan inverka på resultatet, t ex vatteninnehållet kan förändras med tiden, provets ålder och hur det nya och gamla bindemedlet samverkar. Provningsförfarandet blir av den anledningen omfattande men det finns dock inga enkla metoder att ta till om man vill testa materialegenskaperna på ett verklighetsnära och relevant sätt.
Ett relevant provningsförfarande för kallblandade massor måste innehålla beständighetstester. Beläggningens beständighet mot vatten och frys-töväxlingar är viktiga att känna till i vårt nordliga klimat, med relativt korta somrar och fuktiga, växlingsrika vintrar. Hålrummet för kallblandade massor är också större än för varmblandade vilket innebär att beläggningen exponeras för tuffare påkänningar i fråga om fukt och åldring. Provningarna bör också göras på vattenlagrade prov som dock först måste härdas ett tag.
Provvägens utförande
Allmänt
Provvägens byggande finns utförligt beskrivet i VTI Notat V211. En kort sammanfattning av tillverkning och utläggning ges i följande avsnitt. I nästa kapitel ges en sammanställning över de material- och utförandekontroller som gjordes i samband med vägens byggande. Kontrollerna visar att erhållna recept ligger nära de föreskrivna (nominella) och erfarenheterna från vägens byggande är överlag positiva. Försöket kunde i stort sett genomföras som planerat utan några större störningar, vilket visar att hantering av återvinningsmassor inte skiljer sig från annan liknande kallteknik. Den här typen av åtgärder är inte så känsliga för nederbörd eftersom materialet redan innehåller vatten. Kraftigt regn kan dock orsaka emulsionsavrinning under transport och utläggning eftersom emulsionen i detta skede inte är färdigbruten. Temperaturen har också betydelse för resultatet, främst på kort sikt. Varm väderlek, både under och efter åtgärd, påskyndar t ex härdningen och efterpackningen av beläggningen.
Utläggning av bärlagergrus
Ett lager av ca 10 cm bärlagergrus, 0-32 mm, lades ut på sträckorna 1-6. Bärlagergruset som bestod av krossat berg utlades med asfaltläggare typ Barber Green och packningen av bärlagergruset utfördes med asfaltvält typ HAMM 6, en tandemvält med stålvalsar (linjelast 23 kg/cm). Packningen gjordes med 6 överfarter och med vibro.
För att uppnå tillfredsställande tvärfall på vägen var man efter utläggningen med asfaltläggaren tvungen att justera ytan med väghyvel och ställvis fylla på med mer bärlagergrus. Efter justeringen packades ytan med stålvalsvält typ Dynapac CA15, en envalsvält (linjelast 19 kg/cm). Ytan vattnades innan packningen. Ett prov togs per sträcka och graderingen bestämdes (figur 13). I flera fall uppfyllde inte bärlagergruset kraven i VÄG 94 på korngradering.
Figur 13 Gradering på bärlagergrus, sträckorna 1- 6.
Återvinningsmassorna tillverkades i ett satsblandningsverk fabrikat Kalottikone, typ MX-30 B Turbo som är ett blandningsverk konstruerat för kalla eller halvvarma massor (bild 3). Kapaciteten i verket är 100-200 ton/timme och satsstorleken maximalt 3000 kg. Verket är försett med ånguppvärmning som dock inte användes.
Massorna tillverkades i satser på 2000 kg. Vattnet tillsattes granulatet i biandaren ungefär samtidigt som bindemedlet. Normalt är verket inte utrustat för vatteninblandning varför pump och spridare fick monteras speciellt för provvägsförsöket. Vatteninblandningen fungerade bra och precisionen var tillfredsställande.
Tillverkning av återvinningsmassor
Bild 3 Asfaltverk typ Kalottikone MX -3 0 Turbo.
Utläggning av återvinningsmassor
Asfaltbundet bärlager - AGÅ:
Återvunnet asfaltbärlager, AGÅ, utlades på sträckorna 1-6 med en asfaltläggare typ BITELLI BB52 (bild 4). Massan packades med en vibrerande tandemvält typ BOMAG BW160 AC som är en kombinerad stålvals- och gummihjulsvält. Antalet vältöverfarter var 8.
AGÅ-sträckorna fick ligga i en vecka innan slitlagret påfördes. Detta för att vattnet i beläggningen skulle få en möjlighet att avdunsta innan ytan förseglades. Trafiken släpptes på ca en timme efter packningen.
Massorna med 1,5 vikt-% emulsion upplevdes som lätthanterliga, smidiga och lättpackade. Efter avslutad packning tålde ytan tung trafik och verkade mycket stabil. Enligt okulär besiktning hade enstaka grövre stenar i massan dålig täckningsgrad. I övrigt såg massan ut att vara ordentligt blandad och ytan upplevdes som mycket homogen frånsett enstaka stråk med lite grövre, separerat, material.
Bild 4 Utläggning av AGÅ-massor på sträcka 5.
Massan med 3,0 vikt-% emulsion upplevdes som kladdigare, trögare och styvare än övriga två AGÅ-massor. Trögheten i massan medförde att lagertjockleken blev mindre än planerat, ca 90 kg/m2 i stället för 100 kg/m2. Läggaren orkade helt enkelt inte att lägga nominell tjocklek. Massan var dock lättpackad. Trögheten i massan kan bero på att emulsionen delvis hade brutit i den varma väderleken. Ytan blev stabil, tät och homogen men upplevdes som kladdig och avsandades därför. Täckningsgraden var något bättre än för övriga sträckor men fortfarande förekom enstaka otäckta stenar i massan.
Massan med enbart vatteninblandning upplevdes som smidig och lättpackad. Fläckvis blev ytan något fuktig efter packningen men stabiliteten var ändå bra. Ytan var dock öppnare än på övriga sträckor och på så sätt mer ömtålig och känslig för trafik.
Slitlager - MABÅ
Ungefär en vecka efter utförandet av AGÅ-lagret, utlades återvunnet slitlager, MABÅ. Vägbanan klistrades först med BE 60 R. Utläggningen och packningen gjordes med samma maskiner som vid AGÅ-massorna. Packningen utfördes genom 8 överfarter och de sista överfarterna gjordes utan vibro. Ytorna blev inte speciellt kladdiga men för att inte ta några onödiga risker, både för trafikanterna och för att skydda slitlagret, avsandades vägytan. Den nyutlagda beläggningen hölls under arbetet avstängd för trafik i några timmar.
Massan med 2,0 vikt-% emulsion upplevdes som smidig, lättlagd och förhållandevis lättpackad. Ytan blev relativt tät, homogen och kändes stabil. En del av det grövre stenmaterialet hade dålig täckningsgrad.
Massan med 3,0 vikt-% emulsion upplevdes som styvare och segare än den med 2,0 vikt-% emulsion. Massan var dock mer lättpackad. Ytan blev tät och homogen. Stabiliteten var mycket god. Täckningsgraden bedömdes som något bättre än sträcka 1.
Massan med 4,0 vikt-% emulsion upplevdes som trög och fet. Massan "nöp" direkt efter utläggningen vilket kan bero på typen av emulsion (BE60M/2200). Om läggaren stod still i några minuter drog skriden isär massan med sprickbildning som följd. Ytan blev mycket tät och fet. Massan var lättpackad och blev mycket stabil direkt efter packningen. Solvärmen medförde att ytan blev mjuk och betydligt mjukare jämfört med de andra sträckorna. Täckningsgraden bedömdes som bäst av samtliga blandningar men det fanns fortfarande en del otäckta stenar i massan. Enligt vissa uppgifter kryper emulsionen med tiden på stenen genom trafikarbetet.
Bild 5-8 Utläggning av sträckorna med MABÅ. Ytbilden är från sträcka 3.
Slitlager - MAB
På provsträckorna 4-6 lades nytillverkad MABT16 som slitlager. Initialt blev ytan något mjuk beroende på att underlaget, AGÅ, troligtvis mjuknade på grund av värmen från MAB-massan. Av den anledningen uppstod en del spår initialt. Efter det att materialet svalnat förelåg inga stabilitetsproblem. Läggs varm massa direkt på kalltillverkad massa kan den här typen av effekter uppstå vilket kräver en viss beredskap. Det är bra om vägen kan hållas avstängd för trafik lite längre tid än vad som är vanligt inom varmsidan, för att underliggande lager skall hinna stabilisera sig (svalna av ordentligt).
Referenssträckor
Referenssträckorna 7-9 utfördes med konventionell förstärkningsteknik genom påförande av varmblandad beläggning typ AG och MAB. AG:n på sträcka 7 lades i två lager (90+90 kg). På varje sträcka togs ett massaprov för kontroll av bindemedelshalt och kornkurva.
B ild 9 Utläggning av AG på sträckorna 7-9 (referenserna).
Material och utförandekontroll
Allmänt
I samband med utförandet av provvägen togs ett antal prov av bindemedel och massa för analyser på laboratoriet. På vägen följdes spårutvecklingen, vatteninnehållet i beläggningen och temperaturen, både i vägen och i luften, kontinuerligt upp under och närmaste tiden efter utläggningen.
Bitumenemulsion
Ett prov av bitumenemulsionen togs från tankbilen i samband med leverans av bindemedlet till asfaltverket. Analysresultatet framgår av tabell 5.
Tabell 5 Analyser på bitumenemulsion, BE60/2200.
Metod Sort Analysresultat (medelvärde)
Bindemedelshalt Vikt-% 68,3 Vattenhalt Vol-% 29,5 Lösningsmedelhalt Vol-% 2,0 Viskositet STV 4 mm 50°C 13 Silprov, 0,5 mm 50°C <0,01 Kemisk brytning, (Glanshammar) 25°C 127 Destillationsåterstod: Kinematisk viskositet 60°C mm2/s 1733 Asfaltmassa Återvinningsmassa
Massaproverna analyserades med avseende på bindemedelshalt, kornkurva, hålrum och draghållfasthet. Hålrummet och draghållfastheten bestämdes på provkroppar tillverkade enligt Marshall. Provkropparna tillverkades och härdades på samma sätt som vid förprovningen, dvs. instampning vid 60°C följt av 7 dygns lagring vid 40°C. Innan provningen förvarades massaproverna förslutna i plastpåsar i ca en vecka. Vattenkvoten bestämdes dock omedelbart efter provtagningen. Resultaten redovisas i figurerna 14-17.
Figur 14 Produktionskontroll av bindemedelshalt på återvunnen massa och granulat.
Figur 15 Produktionskontroll av kornkurva på extraherat material.
Figur 16 Produktionskontroll av hålrumshalt på Marshalltillverkade provkroppar.
Figur 17 Produktionskontroll av pressdraghållfasthet på Marshalltillverkade provkroppar.
Kommentarer:
Bindemedelshalterna (figur 14) i de olika provsträckorna stämde väl överens med planerad inblandning av bitumenemulsion enligt arbetsreceptet (se tabell 1). Sträcka 3, MABÅ, innehöll t ex 7,8 vikt-% bitumen medan sträcka 6, AGÅ, innehöll 4,8 vikt-% bitumen.
Hålrummet (figur 16) varierade mellan 7 -llv o l-% , med det högsta värdet för blandningen med enbart vatten och granulat. Jämfört med förprovningen på laboratoriet uppvisade massaproven från vägen markant lägre hålrum.
Draghållfastheten (figur 17) påverkades som väntat av bindemedelsmängden. De högsta värdena erhöll blandningarna med de lägsta bindemedelsmängderna, 0 och 1,5 vikt-% emulsion. Sträcka 6 som innehöll enbart granulat och vatten uppvisade anmärkningsvärt hög draghållfasthet, ca 1000 kPa, trots ett hålrum på drygt 11 vol-%. Tydligen har den gamla beläggningen ett bra "restvärde" samtidigt som bindemedlet är styvt, vilket leder till förhållandevis höga draghållfastheter vid låga emulsionsmängder. Det nya bindemedlet som är betydligt mjukare än det gamla medför att beläggningen får mer viskösa, flexibla egenskaper.
Referensmassa, AG och MAB
I tabell 6 redovisas bindemedelshalt och kornkurva på AG16, AG25 och MABT16.
Tabell 6 Bindemedelshalt och komkurva på nytillverkad asfaltmassa.
Massatyp Bind.halt <0,074mm <2mm <4mm <8mm <ll,2m m
MABT16 5,9 9,3 40,5 52,4 71,0 86,4
AG16 5,2 8,7 40,3 61,4 77,7 89,2
AG25 4,5 6,1 31,9 41,3 55,4 62,6
Vatteninnehåll
Kallblandade massor måste till en början innehålla en "lagom" mängd vatten av olika skäl. Vattnet underlättar blandningen, gör massan mer bearbetbar och smidig samt påverkar också massans utläggnings- och packningsegenskaper. När massan väl kommit på plats på vägen är det en fördel om vattnet relativt snabbt försvinner så att härdningen kommer igång. Används massorna som bärlager måste materialet torka ut ett tag innan ytan förseglas. Av den anledningen fick AGÅ- sträckorna ligga i en vecka innan slitlagret påfördes.
Vattenkvoten i återvinningssträckorna första veckan framgår av figur 18.
Figur 18 Produktionskontroll av vatteninnehåll i återvunnen beläggning.
Kommentarer:
Vattnet i beläggningen avdunstade relativt fort. En vecka efter utläggningen av AGÅ-sträckorna låg vattenkvoten under 1 vikt-%. Redan efter ett dygn hade vattenkvoten minskat från ca 3-5 till ca 1-2 vikt-%. En bidragande orsak till den snabba avdunstningen var det torra och varma vädret som rådde under och efter utläggningen.
Temperatur och väderlek
Vädret var mestadels soligt och varmt under hela försöket (ca 2 veckor) med dagstemperaturer på 20-30°C i skuggan medan nätterna var kyliga, 0-5°C. En regnskur gav vid ett tillfälle 4 mm regn. Veckorna efter försöket var också mestadels soliga och varma men då föll sammanlagt 26 mm regn fördelat på flera tillfällen. Temperaturen i beläggningen och i luften (skuggan) under utläggningen av återvinningsmassorna framgår av tabell 7.
Tabell 7. Temperatur i massan och i luften under utläggningen.
Sträcka, (recept) Temperatur i massan, °C Temperatur i luften, °C 1, MABÅ (2% ) 20 17 2, MABA (3 %) 21 18 3, MABÅ (4 %) 22 28 4, AGÅ (1,5 %) 20 17-22 5, AGA (3,0 %) 20 24-25 6, AGA (0 %) 22 25 VTI notat 62-1999 37
Spårbildningen initialt (figur 19) mättes med hjälp av en rätskiva 1, 2 och 7 dygn efter färdigställandet av AGÅ- och MABÅ-sträckorna.
Spårbildning - initialt
Figur 19 Spårbildning initialt, sträckorna 1-6.
Kommentarer:
Under den första veckan uppmättes i medeltal några millimeters spårdjup, vilket måste anses som acceptabelt. Sträcka 3, MABÅ med tillsats av 4,0 vikt-% emulsion, uppvisade den största spårbildningen, ca 4 mm. Några av sträckorna uppvisade efter en veckas trafik ingen spårbildning alls. Som tidigare nämnts blev ytan på några av sträckorna i värmen mjuk, vilket ledde till en del ytliga spår (egentligen avtryck) som trafiken med tiden knådade ut (orsaken till att spårdjupen minskade för flera av sträckorna).
Uppföljning av provvägen
Allmänt
Kallblandad asfalt är ett mer "levande" material än varmblandad asfalt beroende på t ex mjukare bindemedel, relativt höga hålrum och vatteninnehåll i materialet (vätskefyllt hålrum), vilket medför att egenskaperna på vägen i hög grad kan förändras med tiden. Den första tidens efterpackning från trafiken har oftast en positiv inverkan på beläggningen genom den knådning (påminner om vältning med gummihjul eller vals) som vägytan erhåller, speciellt varma dagar. På längre sikt kan alltför höga hålrum medföra oacceptabel spårbildning och försämrad beständighet. Den här typen av material används dock på lågtrafikerade, mindre vägar där spårbildningen har mindre betydelse för t ex framkomligheten. Höga bindemedelshalter i kombination med mjuka bindemedel kan också medföra vissa problem. Plastiska deformationer och blödningar är exempel på detta.
Från den första hösten 1992 till slutet av 1999 har provvägen hittills följts upp genom följande provningar och mätningar:
Tabell 8 Uppföljningar av objektet.
Parameter Mätmetod
Spår RST, Profilograf
Jämnhet RST
Textur RST
Friktion SFT, SAAB Friction Tester Skador, sprickor etc. Okulär besiktning
Materialets tillstånd Analys av borrkärnor
Spårutveckling
Spårutvecklingen har följts upp genom tvärprofilmätningar med VTI:s profilograf. Ur tvärprofilerna som är tio per sträcka har enligt trådprincipen maximala spårdjupen beräknats för vänster och höger spår i båda körriktningarna. I figur 20 redovisas spårdjupet i form av medelvärden per sträcka för hela vägen (båda hjulspåren i båda riktningarna) och avser mätningen från hösten 1994. I figur 21 redovisas spårutvecklingen från 1992.
Figur 20 Beräknat spårdjup från uppmätta tvärprofiler hösten 1994.
Figur 21 Spårutveckling 1992-1994. Beräknat spårdjup från uppmätta
tvärprofiler.
Kommentarer:
Sträckorna 1-3, MABÅ och AGÅ, uppvisade större spårutveckling än övriga sträckor, ca 7-9 mm efter drygt två års trafik. Studeras recepten (för MABÅ) ökar spårbildningen med bindemedelshalten och mest spår och även tendenser till plastiska deformationer uppvisade sträcka 3 med tillsats av 4,0 vikt-% emulsion i slitlagret.
Sträckorna 4-6, AGÅ samt nytt slitlager, uppvisade mindre spårutveckling, ca 4- 6 mm. Av AGÅ-recepten erhöll den med 1,5 vikt-% emulsion markant minst spårbildning.
Referenssträckorna med nytillverkad asfalt erhöll under samma tid ca 4-5 mm, dvs. lika mycket spår som AGÅ-sträckan innehållande 1,5 vikt-% emulsion. Skillnaden var liten mellan de tre olika AG-tjocklekarna.
Studeras spårutvecklingen enligt de tidiga profilmätningarna (1992-1994 var tillväxten störst 1994 med 2-5 mm, sannolikt beroende på den varma sommaren. Anmärkningsvärt är att sträcka 4 med AGÅ som bärlager och MAB som slitlager erhållit den minsta spårutvecklingen av samtliga sträckor, inklusive referenserna med AG. Efterpackningen första sommaren låg på 1,5-4,Omm med de högsta värdena för sträckorna med de största bindemedelshalterna.
Spårvidden, avståndet mellan spåren, ligger på omkring 2 meter, vilket indikerar att den tunga trafiken är orsaken till huvuddelen av spårbildningen. Som jämförelse kan nämnas att intilliggande ordinarie beläggning, som utgörs av MJAB och MJAG, under samma tid erhållit en spårbildning på ca 5 mm, dvs. ungefär av samma storleksordning som referenserna och den bästa återvinningssträckan. Det är viktigt att påpeka att hela spårbildningen inte bara beror på deformationer av den nya beläggningen utan också på dubbslitage (en mindre del) och i viss mån på deformationer i underlaget.
Laser-RST
Vid mätning med Laser-RST-bil, utvecklad på VTI, erhålls mått på vägens spårdjup, längsojämnhet (IRI) och makrotextur (ytskrovlighet uttryckt som RMS, Root Mean Square).
RST-mätning brukar ge några millimeter mindre i spårdjup jämfört med tvärprofiler eftersom profilograf (och Primal) fångar upp profilen över hela vägbanans bredd, vilket inte RST gör (max 3,2 m).
IRI-värdena som presenteras är medelvärdet från mätningar av båda hjulspåren per körfält. Makrotexturen avser RMS-värdet från dels körbanan mellan hjulspåren dels det högra hjulspåret. Hög makrotextur (skrovlighet) anses gynnsamt ur trafiksäkerhetssynpunkt. Viktiga vägyteegenskaper såsom friktion, vattenstänk, ljusreflektion, buller och vattenavrinning påverkas i olika grad av makrotexturen. Hittills har åtta mätningar genomförts mellan höstarna 1992 och 1999. Resultatet av RST-mätningarna framgår av figurerna 22-27 och omfattar vägens båda körriktningar.
Figur 22 Spårdjupsdata enligt Laser-RST.
Figur 23 Spårdjupsdata enligt Laser-RST. Sträcka 1-3.
Figur 24 Spårdjupsdata enligt Laser-RST. Sträcka 4-6.
Figur 25 Spårdjupsdata enligt Laser-RST. Sträcka 0 och 7-9 (referenserna).
Figur 26 Jämnhetsdata(IRI) enligt Laser-RST.
Figur 27 Makrotextur (ytskrovlighet) enligt Laser-RST.
Kommentarer:
Spårbildning
Spårtillväxten varierar i hög grad över tiden och mellan sträckorna. Orsaken till spårbildningen är efterpackning, dubbslitage, i något fall plastiska deformationer samt i ett par fall stenlossning, främst den senaste vintern 1998/99. Skillnaden mellan sträckorna är påtaglig, framför allt mellan de olika återvinningssträckorna.
Provsträckor med MABÅ och AGÅ (två lager återvinningsmassa)
• Sträcka 1 med tillsats av 2,0 % emulsion uppvisade under de första åren minst spårbildning men har med tiden på grund av stensläpp erhållit det största spårdjupet av samtliga sträckor, 17 mm.
• Sträcka 2 med tillsats av 3,0 % emulsion har under hela perioden erhållit en måttlig spårbildning, ca 8 mm, varav 4 mm utgjordes av efterpackning den första sommaren. Det innebär att spårtillväxten legat under 1 mm per år.
• Sträcka 3 med tillsats av 4,0 % emulsion har under varma somrar erhållit mindre plastiska deformationer (valkar finns på vägen) med följd att spårbildningen blivit högre, 15 mm.
Provsträckor med MABT och AGÅ (bärlager av återvinningsmassa)
• Sträcka 4 med tillsats av 1,5 % emulsion har erhållit en mycket måttlig och kontinuerlig spårbildning under mätperioden, ca 5 mm efter drygt 7 års trafik. Huvuddelen av spåren beror på dubbslitage och sannolikt bara några millimeter på efterpackning.
• Sträcka 5 med tillsats av 3,0 % emulsion har erhållit betydligt mer spårbildning, nästan 10 mm. Det innebär en fördubbling i spårdjup jämfört med sträcka 4.
• Sträcka 6 med tillsats av enbart vatten uppvisar en total spårbildning på ca 7 mm.
Referenssträckor med MABT och AG (varm massa)
• Skillnaden i spårbildning är liten mellan referenserna av varm massa. Sträckorna har erhållit ca 5 mm spår jämt fördelade under mätperioden (1992- 99). Det mesta bör vara dubbslitage (enligt VTIs slitagemodell ca 3 mm).
Ordinarie beläggning med MJAB och MJAG (halvvarm massa)
• Den ordinarie beläggningen som utgörs av mjukbitumenbeläggning har erhållit
en spårbildning på 9 mm, varav 2 mm kan härledas till den senaste vintern då en del stenlossning har förekommit på denna sträcka. Spårbildningen innan låg på ca 1 mm per år.
Jämnhet
IRI-värdena (figur 26) som beskriver ojämnheterna i vägens längsled har med tiden ökat, dock i varierande grad beroende på sträcka och tidpunkt för mätningen. Den påtagliga stenlossningen på sträcka 0 och framför allt sträcka 1 medförde en markant försämring av IRI-värdet. Sträckan utan inblandning av nytt bindemedel har också utvecklats sämre än de övriga sträckorna, sannolikt beroende på att en del bärighetsskador uppstått. Sträcka 4, som erhöll minst spårbildning av samtliga återvinningssträckor, är likvärdig med de bästa referenserna. Den tunnaste av referenserna har också haft en markant sämre utveckling än de flesta av de övriga sträckorna, vilket visar att varmmassa som har betydligt högre styvhetsmodul än kallmassa, inte nödvändigtvis behöver innebära att vägen påverkas mindre av trafikpåkänningarna.
Det är viktigt att påpeka att sträckorna 1-3 redan från början fick lägre IRI-värden än övriga (som har ABT) på grund av massornas tröghet vid läggningen. Bortsett från stenlossningen på sträcka 1 den senaste vintern har inte MABÅ-sträckorna utvecklats sämre än övriga sträckor.
Makrotextur
Makrotexturen som beskriver vägytans skrovlighet redovisas normalt inte vid RST-mätningar men har i detta sammanhang bedömts intressant att ta med. Högre värden tyder på öppnare, skrovligare vägyta med t ex i vissa avseenden bättre friktionsegenskaper. Som det framgår av figur 27 skiljer sig MABÅ-sträckorna tydligt inbördes och texturen minskar med ökad bindemedelsmängd. Resultatet stämmer bra överens med intrycken från besiktningen. Ytan upplevs tätare och fetare vid de högre bindemedelshalterna och på sträcka 3 förekom på gränsen till blödningar efter sommaren 1994. Friktionsmätningar behandlas i ett senare avsnitt.
Sammanfattningsvis visar RST-mätningarna att vägens ytegenskaper på ett mycket tydligt sätt påverkas av mängden nytt bindemedel i återvinningsmassorna. Skillnad mellan 2,0 och 4,0 vikt-% bitumenemulsion är mycket tydlig, främst i fråga om spårdjup och yttextur. Sammantaget erhåller sträckan med MAB och AGÅ med 1,5 vikt-% emulsion bäst vägyteegenskaper av återvinningssträckorna och är likvärdig med de bästa referenserna.
Friktion
Friktionen har mätts med Saab Friction Tester. Mätningarna utfördes sommaren 1993 och hösten 1994 på våt vägbana (genom en av bilen sprayad vattenfilm på ca 0,5 mm). Resultatet framgår av figur 28.
Figur 28 Friktionsmätning 1993-1994. Sträckorna 1-4.
Kommentarer:
Friktionen var 1993 överlag mycket bra. Enligt mätningen från 1994 var resultatnivån lägre men i de flesta fall på en acceptabel nivå. Sträcka 3 (4,0%) som uppvisade tendenser till blödningar erhåller det lägsta friktionsvärdet (0,56 i medelvärde). Övriga MABÅ-sträckor låg i nivå med referensen, MABT16.
Fallviktsmätning
Efter vägens byggande har flera fall viktsmätningar utförts. Mätningarna utfördes i yttre hjulspåren i båda riktningarna.
Fallviktsresultaten redovisas som krökningsradien, R, som beskriver påkänningarna i de övre lagren, främst slitlager + bärlager, och kan sägas vara en indikation på vägens förmåga att motstå deformationer och sprickbildning (se litteraturlistan). R har beräknats från deflektionerna DO och D30. Formeln för R är följande: R = - ~r rXlO 3 2 x D 0 ™ - i Dr där R = krökningsradien (m) r = radien (mm) DO = deflektionen i centrum (mm)
Dr = deflektionen vid avståndet r från centrum (mm)
Värdena för krökningsradien korrigerades senare med avseende på den rådande temperaturen och beläggningslagrets tjocklek (R+1° c). Beläggningstemperaturen som användes här är medelvärdet av yttemperaturen och lufttemperaturen vid det aktuella mättillfället. Formeln som användes för korrigering är följande:
R+io°c_ ( T / 1 0 ) 0,0000308 * h * h * D0 ^ j^ ”mätt”
där R matt = den uppmätta krökningsradien (m) T = beläggningstemperatur (°C)
D0 = deflektionen i belastningscentrum (mm) h = beläggningslagrens tjocklek (mm)
Temperaturen är en parameter som markant kan inverka på fall viktsdata, speciellt under varma sommardagar.
För att beskriva undergrundens bärighet har deflektionen, Döo valts. Vid tunnare konstruktioner anses D6o vara ett mått på undergrundens bärighet. Vid provvägsförsök är det viktigt att få en uppfattning om det mellan sträckorna föreligger eventuella skillnader i undergrundens bärighet. De måste i så fall beaktas vid utvärderingen.
Resultaten (medelvärden per sträcka) redovisas i figurerna 29-30 och bilaga 2.
Figur 29 F'allviktsmätningar (krökningsradien) 1992-96.
Figur 30 Fallviktsmätningar (deflektionen D60) hösten 1992-96.
Kommentarer:
Det är alltid svårt att rättvist jämföra olika typer av beläggningar. Referenssträckorna, vilka innehåller ett betydligt styvare bindemedel och samtidigt är välpackade, uppvisar som väntat mindre deformationer än
