Packningsbenägenhet och stabilitet hos asfaltbetong HAB 16T av olika sammansättningar : En studie med hjälp av marshallkroppar

Nr 169 : 1979 ISSN 0347-6030

169

Statens väg- och trafikinstitut - Fack : 58101 Linköping National Road & Traffic Research Institute : Fack - S-58101 Linköping - Sweden

Packningsbenägenhet och stabilitet hos astfaltbetong HAB 16T av olika

sammansättningar

- en studie med hjälp av marshallkroppar

169

Packningsbenägenhet och

stabilitet hos asfaltbetong

HAB16T av olika

sammansättningar

- en studie med hjälp av marshallkroppar

av Anders Björklund och Christer Backman

Föreliggande studie har gjorts på uppdrag av Statens vägverk (VV).

Projektet har efter inledande pilotförsök planerats av avd dir Anders Björklund i samråd med avd dir

P A Andersson (VV). 1:e forskn ing Christer Backman

har ansvarat för det praktiska genomförandet av

försöken och utfört delar av beräkningarna.

Det experimentella arbetet utfördes huvudsakligen

under 1977 men även i början av 1978.

Institutets egna medel har måst användas då det be-dömts nödvändigt med kompletterande försök för att få ett tillräckligt underlag till en rapport.

Linköping i januari 1979

REFERAT ABSTRACT

SAMMANFATTNING SUMMARY

INLEDNING

MÅLSÄTTNING OCH PLANERING STENMATERIAL Val av stenmaterial Framtagning av fraktioner ASFALTMASSOR Val av massasammansättningar Blandning FRAMSTÄLLNING AV MARSHALLPROVKROPPAR Allmänt

Mätning av provkr0ppens höjd under packningen

Bearbetning av mätresultaten

STABILITETSFÖRSÖK ENLIGT MARSHALL RESULTAT

Allmänt om redovisningen i bilagorna

Packning

Marshallhålrum för de olika

samman-sättningarna

Packningsbenägenheten enligt Heukelom och Arand

Motståndsförmåga mot kvarstående de-formationer VTI RAPPORT 169 II III 12 13 13 14 14 23 29

7 . 3 . 1 Allmänt

7.3.2 Marshallstabilitet och flytvärde

8. REFERENSER

9. FÖRTECKNING ÖVER BILAGOR

VTI RAPPORT 169 Sid 29 32 45 46

av Anders Björklund och Christer Backman Statens väg- och trafikinstitut (VTI)

Fack

581 01 LINKÖPING

REFERAT

Denna undersökning har utförts framför allt för att studera packningsbenägenheten hos asfaltbetong HAB l6T

med olika sammansättningar vid packning enligt Marshall. Marshallstabilitet och flytvärde har också bestäms på de flesta av de instampade provkropparna.

Ett samband mellan Heukelom's och Arand's packnings-faktorer har påvisats vilket underlättat bedömningarna.

För allt det använda stenmaterialet har en ökad binde-medelstillsats medfört en större packningsbenägenhet.

Partikelformen på materialet grövre än fyra mm visade sig påverka packningsbenägenheten.

Stabilitetsförsöken visade att Marshallprovkroppar

med två procent hålrum och/eller 85 procent

asfalt-fyllt hålrum och/eller 90 procent filler och bitumen-fyllt hålrum erhöll ett flytvärde kring fyra mm.

Detta var oberoende av det använda stenmaterialet.

En proportionering av stabila slitlagermassor bör base-ras på en realistisk packningsmetod som representerar såväl trafikens efterpackning som vältpackningen med avseende på volymsförhållandena packningsbenägenheten

och partikelorienteringen hos beläggningen.

II

Compactibility and Stability of Asphalt Concrete HAB 16T of Different Compositions - a Study with the Aid of Marshall Specimens

by Anders Björklund and Christer Backman

The National Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI)

Fack

8-581 01 LINKÖPING Sweden

ABSTRACT

This investigation has been performed above all to study the compactiblity of dense asphaltic concrete

(HAB 16) of various compositions during compaction in

accordance with the Marshall method. Marshall stability

and flow value were also measured on most of the compacted Specimens.

A connection between Heukelom's and Arand's

compacti-bility factor was verified, which facilitated the

evaluation.

For all the mineral aggregates used an increased addi-tion of bitumen led to a greater compactibility.

The particle shape of the mineral coraser than four mm proved to have an influence on the compactibility. The stability tests revealed that Marshall Specimens with two per cent air voids and/or 85 per cent voids filled with bitumen and/or 90 per cent voids filled with filler and bitumen obtained a flow value of about four mm. This was independent of the aggregate used. A mix design procedure for stable wearing courses ought to be based on a realistic method of compaction which represents post-compaction by traffic as well as compac-tion by rollers in respect to the volumetric relacompac-tion- relation-ships, the compactibility and the particle orientation of the pavement.

SAMMANFATTNING

Denna undersökning har utförts framförallt för att studera packningsbenägenheten hos asfaltbetong HAB l6T med olika sammansättningar vid packning enligt Marshall.

Marshallstabilitet och flytvärde har också bestämts på de flesta av de instampade provkrOpparna.

Blandningar har framställts efter två Olika kornkurvor

bägge med 16 mm maximal stenstorlek och endast med en

skillnad i fillerinnehållet. Stenmaterialet har varit

enbart okrossat naturmaterial, en kombination av kros-sat och okroskros-sat material samt helt kroskros-sat material.

Inflytandet av en ökad flisighet och stänglighet hos blandningen av det krossade och okrossade materialet

har undersökts. Kalkstensfiller har använts. Binde-medlet har varit A 135 och bindemedelshalten har

varierat.

Under packningen har skrymdensitetens tillväxt med antalet slag bestämts vilken har legat till grund för använda mått på massans packningsbenägenhet.

Ett samband mellan Heukelom's och Arand's packnings-faktorer har påvisats vilket underlättat bedömningarna.

För alla sammansättningar av stenmaterialet har en

ökad bindemedelstillsats medfört en större

packnings-benägenhet.

I försök att utvärdera stenmaterialets inflytande har jämförelser utförts vid ett och samma Marshallhålrum

nämligen två volymsprocent. Packningsbenägenheten

visade sig därvid vara störst då enbart okrossat material använts. Vid ett utbyte av det okrossade materialet större än fyra mm mot ett krossat och kubiskt erhölls en försämring. Ett fortsatt utbyte

IV

av även det finare okrossade materialet tycktes

emellertid inte ha någon ytterligare effekt. En ökad flisighet och stänglighet hos det grövre krossade

ma-terialet verkade försämra packningsbenägenheten.

Filler-halten tycktes sakna betydelse, åtminstone inom det

undersökta området.

I vilken utsträckning ovanstående skulle gälla för packningssätt som mer påminner om olika vältars ger

inte denna undersökning besked om. Inte heller kan

några slutsatser dragas om effekten av trafikens

efter-packning på beläggningar med de olika stenmaterialen.

Dessa är viktiga frågor ty stenmaterialkornens

orien-tering lika väl som volymsrelationerna mellan binde-medel, stenmaterial och hålrum har en väsentlig

betyd-else för riksen att få permanenta deformationer i bitu-menbundna lager. Denna undersökning har visat att flyt-värdet bättre än Marshallstabiliteten svarar mot för-ändringar i de volymetriska förhållandena. För allt stenmaterial har det t ex visat sig att Marshallprov-kr0ppar med två procent hålrum och /eller 85 procent

asfaltfyllt hålrum och/eller 90 procent filler- och

bitumenfyllt hålrum har fått ett flytvärde kring fyra

mm.

Då har bindemedelshalterna för de olika sammansätt-ningarna, uttryckta i vikprocent av totala massan,

väsentligen legat mellan följande Värden.

terialet 1,20 och 1,30 1,45 och 1,60 1,20 och 1,30

10 4,1-4,6 4,6-5,l 5,6-6,l 5,1-5,6

6 5,6-6,l 5,6-6,l 6,6-7,l 6,1-6,6

En prOportionering av stabila slitlagermassor bör

ba-seras på en packningsmetod som representerar såväl trafikens efterpackning som Vältpackningen med avseen-de på volymsförhållanavseen-dena, packningsbenägenheten och partikelorienteringen hos beläggningen.

VI

Compactibility and Stability of Asphalt Concrete HAB 16T of Different Compositions - a Study with the Aid of Marshall Specimens

by Anders Björklund and Christer Backman

The National Swedish Road and Traffic Research

Institute (VTI)

Fack

8-581 01 LINKÖPING Sweden

SUMMARY

This investigation has been performed above all to study the compactiblity of dense apshaltic concrete

(HAB 16) of various compositions during compaction in

accordance with the Marshall method. Marshall stability

and flow value were also measured on most of the compacted specimens.

Mixtures with two different grading curves wereproduced both with 16 mm maximum particle size and only with a

difference in the filler contents. The aggregate used

was uncrushed semirounded gravel, a combination of this aggregate and angular material, and wholly angular

material. The influence of an increased flakiness and elongation was investigated in the mixture with the combination of uncrushed semirounded gravel and angular materials. The filler consisted of limestone. The

bitu-men had a penetration of 80/100 and the bitubitu-men content

varied.

During compaction the growth of the bulk density with the number of blows was determined, which formed a basis for the estimates of the compactibility of the mixture.

A connection between Heukelom's and Arand's

compacti-bility factor was verified , which facilitated the

evaluation.

For all combinations of the mineral aggregates used in this investigation an increased addition of bitumen led to a greater compactibility.

To try to evaluate the influence of the mineral

aggregate, comparisons have been made at one and the same Marshall void content, which was two per cent by volume. The compactibility appeared to be the greatest when solely uncrushed semirounded gravel was used. At an exchange of this material wider than four mm

compared with the angular and "cubical" particle shape, a deterioration was obtained. A continued substitution

also of finer angular materials for rounded aggregate, however, did not seem to have any further effect. An increased flakiness and elongation of the larger angu-lar aggregate seemed to make the compactibility poorer.

The filler content appeared to be of no importance,

at least in the investigated area. It does not appear from the investigation to what extent the above-men-tioned could be applicable to methods of compaction

that are similar to those of different rollers. Nor is

it possible to draw any conclusions from the effect of traffic compaction on pavements with the various

aggregates. These are questions that are of importance for the orientations of particles as well as the volume relationships between bitumen, mineral aggregate and voids are essential for the risk of getting permanent

deformations in the bitumen bound layers. This investiga-tion has shown that the flow value better than the

Marshall stability corresponds to alternations in the volumetric relationships. For instance, for all the

aggregates it has been shown that Marshall specimens

with two per cent air voids and/or 85 per cent voids filled with bitumen and/or 90 per cent voids filled

with filler and bitumen have obtained a flow value Of

about four mm.

Then the bitumen contents of the various compositions

VIII

expressed in per cent by weight of the total mix were essentially as follows:

Bitumen Contents

Filler content angular/semi- angular/semi- angular

er cent b semirounded rounded aggre- rounded aggre- aggregate,

ge. ht f y 0 t gate, flakiness gate, flakiness flakiness

1:e age aggreDa e index between index between index between

agg 8

1.20 and 1.30

1.45 and 1.60

1.20 and 1.30

10 4.1-4.6 4.6-5.1 5.6-6.1 5.1-5.6

6 5,6-6.1 5.6-6.l 6.6-7.1 6.1-6.6

A mix design procedure for to be based on a realistic

represents post-compaction tion by rollers in respect Ships,

of the pavement.

VTI RAPPORT 169

stable wearing courses ought

method of compaction which by traffic as well as

compac-to the volumetric relation-the compactibility and relation-the particle orientation

Hjulspår i beläggningar meför allvarliga risker ur trafiksäkerhetssynpunkt. Dels kan vattensamlingar lättare bildas med risk för vattenplaning, dels

även-tyras körkomforten.

Hjulspåren kan uppträda dels genom dubbdäcksslitage, dels genom otillräcklig motståndsförmåga mot

perma-nenta deformationer i flera eller enskilda belägg-ningslager - även slitlagret - samt genom otillräcklig

bärighet. Åtskilliga undersökningar har pekat på vik-ten av att använda täta slitlagerbeläggningar med håll-fast stenmaterial för att i görligaste mån minska dubb-slitaget. Lättpackade slitlagermassor kan då i

prak-tiken vara att föredra för att begränsa verkan av

0-gynnsamma väderomslag, stillestånd vid uppträdande maskinhaverier etc. Alltför lättpackade, täta massor medför emellertid en ökad risk för plastiska

deforma-tioner sommartid. Denna fara ökar i takt med högre

tillåtna axeltryck och en större andel av tyngre

for-don.

I Statens vägverks Byggnadstekniska anvisningar (BYA)

(l) anges därför vissa krav på slitlagermassor. De ställs t ex på stenmaterialets egenskaper och

sammansättning. De avser också den täthet som massan

minst och högst får ha vid laboratoriepackning enligt Marshall. Allt detta avgör den bindemedelshalt som

skall användas.

2 MÅLSÄTTNING OCH PLANERING

Avsikten med detta projekt har varit att skapa

ytter-ligare underlag för en ändamålsenlig prOportionering av slitlagermassor.

Det har då gällt att närmare studera kornformen, sten-materialsammansättningen och bindemedelshalten och

vilket inflytande detta har på packningsbenägenheten hos massan. Det har också gällt att undersöka hur mot-ståndsförmågan mot permanenta deformationer kan tänkas påverkas.

För detta ändamål avsågs att göra olika laboratorie-blandningar av HAb 16 t och stampa in prover enligt

Marshall med registrering av täthetstillväxten. Dessa

prover skulle sedan stabilitetstestas.

3.1 Val av stenmaterial

Stenmaterialet som använts har varit dels helt krossad

granit från Skärlunda, dels åsgrus från Åtvidaberg.

Kalkstensfiller valdes framför naturligt filler för

att säkerställa en jämn kvalitetsnivå.

3.2 Framtagning av fraktioner

Allt stenmaterial av respektive typ har omsorgsfullt tvättats, torkats och uppsiktats i fraktionerna:

0,074-0,125, 0,l25-0,250, 0,250-0,5, 0,5-l,0, l-2, 2-4, 4-5,6, 5,6-8, 8-ll,3 och ll,3-l6 mm (sidlängder,

kvadratiska maskor). Materialet mindre än 0,074 mm

har ej använts.

Det krossade materialet har dels varit relativt kubiskt med ett flisighetstal på 1,30, 1,20 och 1,30 för

frak-tionerna 5,6-8, 8-ll,3 och ll,3-l6 respektive dels varit flisigare och stängligare med flisighetstalen

1,60, 1,60 och 1,45 för respektive fraktioner. Det

flisigare materialet har framställts av skärv i en av institutets käftkrossar.

Det mera kubiska materialet har erhållits från en krossanläggning under driftsmässiga förhållanden.

Kompaktdensiteten hos naturgruset bestämdes tre gånger på fraktionen ll,3-l6 mm och gav 2,669, 2,667 samt

2,675 g/cm3. En enkelbestämning på fraktionen 8-ll,3 gav 2,669 g/cm3.

Graniten undersöktes på fraktion 16-20, dubbelprov, och gav 2,645 respektive 2,643 g/cm3.

En enkelbestämning på kalkstensfillret resulterade i 2,720 g/cm3.

Nedanstående foto visar prov från de tre grövsta frak-tionerna från respektive material som använts.

Kalkstensfillret har visat sig ha ett s k Rigdental

(VM)

efter torrpackning erhåller ett relativt lågt hålrum.

på i medeltal 67 %. Detta innebär att fillret

Det tillgängliga utrymmet för bindemedel i fillrets porer är då relativt litet. Man brukar betrakta fillret

som svagt med tanke på den större kompakta volym av fillret som behövs för att ge plats åt ("stabilisera") en viss volym bindemedel (se f ö bilaga 1).

4.1 Val av massasammansättningar

Stenmaterialet har i de olika fallen sammansatts av de uppsiktade fraktionerna så att stenmaterialkurvan i stort sett legat mitt emellan och löpt jämnt med

BYA:s gränskurvor för HAB 16T. Avvikelser har

automa-tiskt uppstått då material <0,074 mm ingått med 6 resp

10 Vikt-% av stenmaterialet (se f.ö. bilaga 5). Nedan-stående siktdiagram visar de två olika kornkurvor som

använts samt BYA:s gränskurvor.

Pa ss eran de rn ön qd , vüd pr oc enf U1 0

U.5. s'randord sikfar EI O Höldiamehar för så" , mm 0

.

5 7 IO IS 20 3040 606

monr.

200

10000 3) 4000 2010 10

l_ IL ,. IMF_ gl_ ,11,31 ;J

mV/:yw

90

2

g

2

2

in är

80 E å E E E :V E

70

60

m /g/

_

_

_

-

i

40

:m

_

_

E.

2.'

i_

:

: r -

_

-

_

20 52/ W

å

E313 E

-

-

E

,0

i

. /za .E

55

E

f ; §4/ E å å ä 5 i 5

0

r

I IW 'F

l i [I 11'] II'F 'T

I;

l fT'IIl'rTYI 'T1'

Tål

T I I I I

5I

I III!? IEI

:1

I i

"1114:

I I I

0050074010 0,15 0,2 0,: 040,5

I,0 1.5 2 b 4 5

10 Ii 20 30 40 5060

0.031 0.062 005 0.25 5.6 8 II; le 32 64 D Fri moskvidd för" siktar, mm

En försöksserie utfördes med enbart krossat material och 6 respektive 10 Vikt-% kalkstensfiller. Därvid har

det mera kubiska materialet genomgående använts. Sex olika bindemedelshalter, 7,1, 6,6, 6,1, 5,6, 5,1 och

4,6 Vikt-% av hela massan har prövats. Bindemedlet

har varit A 135. Bøtecthgen på den Åman än K.

En andra försöksserie gjordes med enbart naturmaterial

och 6 respektive 10 vikt-% kalkstensfiller. Även här

användes sex olika bindemedelshalter av A 135 nämligen

6,1, 5,6, 5,1, 4,6, 4,1 och 3,6. Beieclzn/éngen på ben/Lem

änll

Till nästa serie användes en blandning av det kubiskt krossade materialet och åsgruset. Därvid utgjordes

materialet större än 4 mm av krossat och det som var mindre än 4 mm av naturmaterial. Kalkstensfillret

in-gick som tidigare. Bindemedelshalterna valdes till

5,6, 5,1, 4,6 och 4,1 vikt-%. Sell/Cem beteckna/s KR.

Slutligen varierades föregående serie så att det ku-biskt krossade materialet utbyttes mot det flisigare och stängligare. I övrigt förändrades inget.Bøümkmügen

på bønien än FR.

Sammansättningarna kan för överskådlighetens skull redovisas på följande sätt: SERIE Fillerhalt i vikt-% av Stenmateria-let (F) Bindemedels-halt i vikt-% av hela massan

4,6

5,1

5,6

(WB)

6,1

6,6

7,1

U 1 U 1 4 > 4 > s s s s U 1 t h us s s A 135 xl m m m m a ä N §\ ä \ N k a m r e m k e m

VTI RAPPORT 169

Blandningen har skett i en lO-liters motströmsblandare

av märket Sandby. Den består av en roterande cylindrisk behållare med en trebladig omrörare och ett avstrykar-blad. Varje blandning har bestått av 6 kg stenmaterial

samt aktuell bindemedelsmängd. Stenmaterialet och

bindemedlet förvärmdes i värmeskåp till normenlig

temperatur. Stenmaterialet och den avsedda bindemedels-mängden tillsattes blandarkärlet. Blandningen pågick

till massan okulärt bedömd var homogen, dock minst

fyra minuter.

5 FRAMSTÄLLNING AVMARSHALLPROVKROPPAR

5.1 Allmänt

ProvkrOpparna har tillverkats enligt Marshallmetoden ASTM D 1559 med smärre ändringar. De framställda mas-sorna och instampningsformarna har tempererats norm-enligt varpå packning med fallhammare med 50 slag på

varje sida skett. Instampningen har dock med nödvändig-het tvingats avbrytas ett antal gånger för mätning av

provkroppshöjden. Efter avslutad packning har

skrym-densiteten enligt DIN 1996, YDIN(100), bestämts. Tre

provkrOppar per blandning har framställts. Två av

dessa har därefter stabilitetstestats enligt Marshall varefter kompaktdensiteten på bägge proven bestämts.

5.2 Mätning av provkroppens höjd under

packningen

Provkroppens höjd har normalt bestämts efter 3, 4, 5,

10, 20, 50 och 100 slag. För vissa massor i serien FR tvingades man av försökstekniska skäl att utesluta mätningarna i början. I det besvärligaste fallet har mätningarna t ex kunnat påbörjas först efter 7 slag.

Mätningarna har skett manuellt med en mätklocka på en

bygel (se foto på nästa sida). Före varje instampning har mätning skett på en passbit med känd höjd, 60,0 mm, på den bottenplatta som skulle användas och med bygeln

i avsett läge. Klockans utslag, här kallat KO, medger

bestämning av en referenshöjd vid varje försök som

60,0-KO

.

hos mätklockan.

d v 8 den höjd som svarar mot utslaget noll

cylinderform, krage och prov har dragits ut till ett

mätläge där bygeln med mätklockan applicerats sedan

kragen dock först tvingats borttagas. Utslaget, i

detta fall benämnt K(3) har noterats och provhöjden

h(3) = K(3) + 60,0 - KO har beräknats.

Mätanordningen har tagits bort och bottenplattan har

skjutits in i stampläge för ytterligare ett

packnings-slag. Provet har förts ut i mätläge för bestämning av

h(4) skjutits in igen för fortsatt packning etc.

5.3 Bearbetning av mätresultaten

För att kunna beskriva packningsförlOppet riktigt

d v 3 hålrum och packningsgrad efter antalet slag måste

man bestämma skrymdensiteten och dess beroende av an-talet slag. Först måste man då egentligen definiera vad man avser med skrymdensitet. Eftersom vi här har

10

en konstant provvikt skall vi alltså avgöra vad vi skall räkna som provets totala (skrym-) volym. Skall den vara basytan i Marshallcylindern multiplicerad med den uppmätta höjden eller skall den t ex vara

skrym-volymen enligt DIN på det instampade provet? Klart är

att en skillnad mellan dessa volymer finns för ett prov och att den bör vara störst i början av

packning-en. Då bör nämligen porer och ojämnheter i provets

mantelyta och ändytor vara som störst. Vi har dock i denna undersökning bestämt skrymvolymen enligt DIN efter avslutad Marshallpackning. Denna volym har vi dividerat med den nominella basytan 81,0732 cm2

(ø = 4") för att få en korrigerad sluthöjd, här be-nämnd hDIN(lOO).

Eftersom vi även mätt upp sluthöjden, h(lOO), har vi

här fått en korrektion som är skillnaden mellan dessa värden. De uppmätta höjderna efter olika antal slag har sedan ändrats med detta be10pp och multiplicerats med den nominella basytan. Skrymdensiteten har på detta sätt beräknats för olika packningsarbete. För vart och ett av de tre instampade proven per

samman-sättning har packningsfaktorn C_H enligt Heukelom då

kunnat bestämmas. Medelvärdet av dessa CH-Värden har använts för att karakterisera massans

packningsegen-skaper enligt Heukelom (se bilaga 1) och (2).

Medelvärdet av skrymdensiteterna för de tre proven och vid olika antal slag har beräknats. Denna Värdeuppsätt-ning har underkaststs s k Optimal exponentiell regres-sionsanalys enligt Arand för bestämning av

packnings-parametern CAl gällande för den aktuella

sammansätt-ningen (se bilaga 2) och (3). Med samma CA-värde får

man då ett tillhörande regressionssamband för

packnings-gradens tillväxt. Ur detta erhålles ett tillhörande

C -värde (se bilaga 3). Detta jämföres med medelvärdet_H

av de enskilda CH-värdena enligt tidigare.

Med en antagen kompaktdensitet för massan, som här

satts lika med medelvärdet av de erhållna resultaten från två av de tre proven, har även ett

regressions-samband för hålrummets packningsberoende erhållits.

CA-värdet förblir oförändrat. Detta samband jämföres i några fall med resultaten från de enskilda proverna. Det tredje provet har därvid ansatts en kompaktdensi-tet som varit lika med medelvärdet av de två under-sökta provernas.

De beräknade skrymdensiteterna under packningstillväx-ten är givetvis behäftade med osäkerheter och påverkas bl a av höjdbestämningen. Detta är behandlat i bilaga 7.

12

6 STABILITETSFÖRSÖK ENLIGT MARSHALL

Två av de tre instampade proven har stabilitetstestats enligt Marshall. Därvid har ASTM D 1559 följts. Sta-bilitetsvärdet och flytvärdet har registrerats.

7 RESULTAT

7.1 Allmänt om redovisningen i bilagorna

Uppmätta höjder och beräknade skrymdensiteter efter

olika antal slag finns redovisade i tabellform för

samtliga prov i bilaga 6 (20 sidor). På dessa sidor finns även regressionssambanden för skrymdensitet, packningsgrad och hålrum angivna. Varje sida hänför sig till en stenmaterialsammansättning, de två

filler-halterna 6 respektive 10 %, samt en och samma

binde-medelshalt. Detta innebär alltså att två sammansätt-ningar â tre prov finns redovisade på samma sida.

Resultaten för stenmaterialsammansättningen K vid de

olika bindemedelshalterna finns på sidorna 1-6, för

serie R på sidorna 7-12, för KR på sidorna 13-16 och slutligen FR på sidorna 17-20.

Bilaga 7 ger som tidigare nämnts en uppfattning om

mätosäkerheten och dess inverkan.

Vikt- och volymdata på de färdigpackade Marshallprov-kropparna liksom Marshallstabilitet och flytvärden

finns tabellerade i bilaga 8 (8 sidor). Här finns

även noterat uppmätta C -värden, ur regressionen

fram-H

tagna CA-värden samt därmed sammanbundna CH-Värden. Sidorna 1 och 2 gäller för Serie K, sidorna 3 och 4 för serie R, sidorna 5 och 6 för KR och sidorna 7 och 8 för FR-serien.

Tabellnomenklaturen överensstämmer för övrigt med

beteckningarna i bilagorna 1-4, som mera ingående

för-klarar de olika storheterna och deras inbördes samman-hang.

14

7.2 Packning

7 2-1

Mêäêbêlläâl:9@_§êä_ês_9l25ê_âêemâaâäää-Qiaaêäaê

Närmast följande åtta diagram visar hålrummet som

funktion av antalet slag. Därvid hänför sig varje

diagram till en stenmaterialsammansättning, en

filler-halt och de använda bindemedelsfiller-halterna. Linjeskarorna

representerar regressionssambanden för hålrummets packningsberoende. Ur regressionen framtagna CA- och

därtill hörande CH-värden finns även angivna i

anslut-ning till kurvorna.

För överskådlighetens skull finns regelmässigt ej de enskilda resultaten från de instampade proven medtag-na. På varje diagram har vi emellertid utmärkt enskilda

resultat för en av sammansättningarna. Därvid har vi

även prickat in hålrumsvärdena för det tredje provet för vilket vi ansatt kompaktdensiteten till medelvärdet av de två bestämda. På så sätt får vi en uppfattning

om de enskilda resultatens överensstämmelse med

regres-sionslinjen. Läsaren kan själv om han så önskar utföra jämförelser i ytterligare fall med hjälp av uppgifterna

i bilagorna 6 och 8.

Helt krossat WB: 7,1°/o F: 10% flisignetstal 6,57. ?JO-1,30 (K) 6,1°/. 5,6°/. 5,1% 4,517.

HÅLRUM°A

0

WB°/° 6,6 118,90 12,21. 7,1 115,58 11.45 6.1 121,51 13,51. d ,5 12209150/ ,1 122791581. 4,6 '121,72 16,28 ( D m Q O U I ÖM N N N N N d d d -üud -ád -Ãd wN -o c o o o q m m wa -O 10 20 30 40 50 .60 70 80 90 100 ANTAL SLAG VT I RAPPORT l 6 9

Helt krossat flisighetsta! 1,20 -1,30 (K)

HÄLRUM°A

0

( D C D Q O U U ' I ÖC O N -N N N N - ø-n a ud -a d d -n -O w ro -0 CD a) u cn U1 b (9 h) d 0 10 20 30 1.0 50 60 70 80 90 VTI RAPPORT 16 9 WB :7,1clo 5,5% 6,10/0 5,5% 5,1°/. 4,5% l6 F :6'lo 7,1 5,5 5,1 5,6 5,1 4,5 100 WB(°/o)cH cA 119,13 15,47 120,37 15,13 121,82 15,12 123,01. 15,98 121,20 17,23 119,70 17,91 ANTAL SLAG

Helt' runt (R) we=s,1°/o 1==10°/. 5,6% 5,1% 4,6°/o 4,1°/. 3,07o

HÃLRUM °/o

0 CH CA 1 114,21 15,07 116,04 13,45 111,50 10,71 117,98 14,07 119, 91 15,09 119,14 15,90 L O C D Q G U ' T J S C O N N N N N d - ø-ød d -ød -A d d u: m) -C) m> a x: 0) 01 b-GD N) -C3 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ANTAL SLAG VTI RAPPORT 16:9

18 HEH runt (R) : : 6-°/. \ »» 'T I ( 0 5 5 0 1 m e m' âo åño â c 0 \ O

HÅLRUM <7.,

_{0 wB°/o CH CA} -. 5,6 114,92 15,47 ,1 115,47 15,02 5,1 117,41. 15, 1.6 4,6 116,90 16,71. 3,15 115,30 17,79 4,1 117,16 16,41. ( D O D Q O U U ' l b O O N N N N N d -D -D -A -O -D d -A d _ wN -o m m q m m äwN -O 10 20 30 40 50 6.0 70 80 90 100 ANTAL SLAG VTI RAPPORT 16 9

Krossat/rum WB = 5,6°/o F: 10°/. Hishe'tstal 5,1% 1,20-1,3O (KR) 4,60/0 ' 4,1%

HÃLRUM *70

0

wav. CH cA d 5,1 119,00 14,52 5,15 118,31 14,09 4,15 119,90 15,39 4,1 120,35 16,03 c o o o xa m m b ww w '9 -° 0 to a) Q cm 01 b c» ha .. o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ANTAL SLAG VTI RAPPORT 169

20 Krossat/runt WB: 5,6°/. _ F: 2 60/0 flisighetstal 5,1% 1,20-1,30 (KR) 4,6% 4,! 0

HÃLRUM °/o

0

\NB°/° -Å 5,5 118,59 17,74 5,1 118,57 17,53 4,5 '118,47 17,83 ,1 117,15 17,05 c o o o q m m b ww N üo m m q m m h wm _ . o 10 20 30 40 50 60 70 80 9.) 100 ANTAL SLAG VTI RAPPORT 16 9

Krossat/runt WB: 515Wo F=10olo flisighetstal 511Vo 1,45 1,60 Låsa/o 4,1°/o

HÃLRUM °/o

0

wav. CH CA d 5,6 121,22 16,68 5,1' 123,30 17,32 4,6 125,06 15,71. 4,1 123,66 16,29 O m üm m b wm N N N N _ _ _ _ . d N d o wm q m a g öäzo

+10 20 30 40 5060 70 80 90 100

ANTAL SLAG

VTI RAPPORT 16 9

22 Krossat/runt WB: 5,6°/c F = 6°la flisighetstal 5,1% LAS-1,60 (FR) 42,6% 4,1%

HÅLRUM°4

0

WB'Vo CH CA _ 5,6 121,32 l8,07 5,1 120,91 16,46 ( O O Q O ' D C D L N M N 4,6 121,19 15,61 .-0 0 4,1 119,66 20,09 N N N N d -A - ñ-b d -A - ñ-_ h -D d e o m e m t h N -h ++10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ANTAL SLAG VTI RAPPORT 16 9

Resultaten kan sammanfattas i följande punkter:

1. En ökad bindemedelshalt medför ett minskat hålrum

vid samma stenmaterialsammansättning inklusive

filler och samma packningsinsats.

2. En inom det undersökta området ökad fillerhalt

sänker hålrummet vid i övrigt oförändrad sten-materialsammansättning, bindemedelshalt och pack-ningsinsats. Fillerökningen medför alltså en

sänkning av hålrummet i hela stenmaterialbland-ningen (lägre VMA).

3. Vid övergång från ett helt runt material till

alltmer krossat men efter identisk kornkurva

(speciellt då fillertyp och fillerhalt) krävs en ökad bindemedelshalt,åtminstone i volymprocent av packat prov, för att hålrummet efter en viss

pack-ningsinsats skall hållas oförändrat. Ökas dessutom flisigheten och stängligheten hos det grövre

kross-materialet krävs ytterligare bindemedel. Hålrummet

i hela stenmaterialblandningen ökar nämligen allt-mer (högre VMA).

7-2'2 EêEEQåEEåäêâäg§22§E§E_§El292_äê95§ÃQE

991.1_êäêälé

Packningsbenägenheten definieras olika av Heukelom

(se bilaga 1) och av Arand (se bilaga 2). Vilken definition man än väljer så framgår det dock att en tät massasammansättning inte med nödvändighet behöver vara mer packningsbenägen än en öppen.

I enlighet med Heukeloms betraktelsesätt har CH-värdena

knutits till det s k fria bindemedlet (se bilaga 1). Följande diagram visar medelvärdena av de uppmätta

24

värdena för respektive sammansättning som funktion av det fria bindemedlet (vilket här är uttryckt i vol-% av hela provet men med hålrummet undantaget, se för Övrigt bilaga 8). För tydlighetens skull har kurvor anpassats för de olika stenmaterialsammansättningarna

inklusive fillerhalterna.

Ett intressant faktum är att kurvorna lika gärna hade

kunnat anpassats efter de C -värden som svarar mot de_H

A-värdena. Dessa CH-värden ligger nämligen nära medelvärdet av de experimentellt

erhållna (se bilaga 8).

ur regressionen framtagna C

VTI RAPPORT 169

_ PA CK-N IN G S F A K TO R EN LI GT HEUK EL OM CH = [I 4 -1 -K F= 10 °l o o_ _ °K F: 6°/ o 4__ -+ KR F= 10 °/. o- --0KR F=5°/ ° + ... ... +R F:10 °/ o o . . . . ... . o R F Z GO / o +_.|_ +FR F=10 °/ o o_ |. _oFR F=6°/ o 12 5 -12 1. '1 123 -1 12 2 -121 -4 12 0 -119 -11 8-11 7 -11 6-* 11 5-11 4-* 11 3* 11 2w 11 1* ₁₁0 VO LYM E F T E R 5 SL AG VO LY M EFTE R 10 0 SLAG °1 00 °/ o '-1--N rm PN! ,m »0 _b-43 11 5 mm EINQ EM EDEL I v0 L°h

26

Resultaten bekräftar i tillämpliga delar Heukeloms resultat. Eller

1. En ökad halt av fritt bindemedel för en och samma H-värdet avtar, vilket skall tolkas som en ökad packnings-stenmaterialsammansättning medför att C

benägenhet.

En minskad halt av fritt bindemedel medför dock också att CH

enligt Heukelom skall förklaras med att ingen

full--värdet till slut börjar avta, vilket ständig packning av sammansättningen erhållits

efter 100 slag.

Vid ett visst relativt högt innehåll av fritt bindemedel skulle massan med högre fillerhalt vara mer packningsbenägen än motsvarande massa med låg filler halt.

Vid ett lågt innehåll av fritt bindemedel skulle emellertid det omvända gälla.

Maximat på resp kurvor tycks kunna knytas till VFa d v 5 till den skenbara fillervolymen.

Våra resultat visar också vad som händer med olika stenmaterialsammansättningar enligt Heukeloms

resone-mang.

6. Vid successivt utbyte av runt material mot helt

krossat förskjuts de två kurvorna för 6 respektive 10 %

packningsbenägenheten vid ett och samma fria binde-filler uppåt. Som regel gäller därför att

medelsinnehåll skulle minska.

Motsvarande tycks hända vid utbyte av det kubiska

materialet mot ett flisigt. Det kubiska blir mer

packningsbenäget om jämförelsen görs vid samma fria bindemedelsinnehåll.

Det kan dock vara mera meningsfullt att utföra

jäm-förelsen vid den fria bindemedelshalt som ger ett

önskvärt sluthålrum enligt Marshall. Om detta sätts

till ca 2 % förändras slutsatserna delvis.

3 och 4. ökat fillerinnehåll ger en mer svårpackad

massa .

6. Oförändrad, eller ju mer krossat desto mer

svår-packat.

7. Ingen större skillnad tycks ha uppstått i vårt

fall vid övergång från kubiskt till flisigt material. Dock är denna slutsats baserad på extrapolerade

resultat.

Gör man i stället motsvarande analys enligt Arands betraktelsesätt kan man på analogt sätt ställa de ur regressionen erhållna CA-värdena i relation till det fria bindemedlet (vilket alltså här blir yttryckt i vol-% av hela provet men med hålrummet undantaget). Detta visas i nästa diagram, där räta linjer med fog kan anpassas till de olika sammansättningarna. Detta

tycks emellertid inte gälla för sammansättningen med

det flisiga materialet. Över huvud taget är bestäm-ningarna på denna massa osäkrare. Dessutom har höjd-mätningarna skett vid delvis andra slag. För

tydlig-hetens skull har därför denna sammansättning ej

med-tagits.

VTI RAPPORT 169

PA

CK

NI

NG

SP

AR

AM

ET

ER

CA

EN Ll GT A R A N D +- -- 0-K F= 10°/ ° o _ __ o K F : 6. / o +. _-+ KR F=10 °/ . o. - -O F= 6 °/ ° .0 . .. . .. F = 1 0°/ 0 0. . . . . . . 0 R F 26 0 / 0 p 25 -22 -21-* 20- ₁₆4 ₁₅{ _11.- ₁₃- ₁₂- 11-1 10 .-N '-N: -m -LO -5 'CD '0)

=

VB

'V

FA

*V

F

FR IT T B I N D E M EDE L VOL 'l o 28

Diagrammet kan i ord tolkas på följande sätt:

1. Ett ökat innehåll av fritt bindemedel för en och

samma stenmaterialsammansättning medför alltid ett lägre CA-värde, vilket medför en högre packnings-benägenhet.

2. En höjning av fillerhalten medför även för varje sammansättning och oförändrat innehåll av fritt bindemedel ett lägre CA-värde. Mässan blir alltså mer lättpackad.

3. Vid successivt utbyte av runt material mot helt krossat vid konstant filler- och fritt bindemedels-innehåll höjs CA-värdet.

Om man i stället utför jämförelserna vid den fria

bindemedelshalt som ger ett sluthålrum enligt Marshall på 2 % förändras slutsatserna enligt följande:

2. En höjning av fillerhalten medför, för varje

sten-materialsammansättning, en mindre ökning av pack-ningsbenägenheten.

3. Vid utbyte av det grövre runda materialet (>4 mm)

mot det kubiskt krossade erhålls vid bägge filler-halterna en något försämrad packningsbenägenhet. Vid fortsatt utbyte av det finare naturmaterialet

mot stenmjöl erhålls ingen ytterligare försämring.

7.3 Motståndsförmåga mot kvarstående

deforma-tioner

7 - 3 - l

êllIEêQE

Marshallstabilitet och flytvärde är sedan åtskilliga

år i flera av världens länder normgivande för

30

ning av packade bituminösa massors motståndsförmåga mot uppträdande spårbildningar. Metodens fördelar och

olägenheter har länge diskuterats. Delade meningar

råder om metodens tillämpbarhet vid bedömning av

mas-sors motståndsförmåga mot permanenta deformationer.

Den på senare år allt tyngre och intensivare trafiken

i kombination med varma somrar ( och på sina håll in-förda dubbdäcksförbud) har bl a aktualiserat frågan om lämpligare undersökningsmetoder. Enaxliga, statiska

s k krypförsök har därvid på flera håll studerats men

även andra metoder såsom dynamiska triaxiella metoder har undersökts. Framför allt har man emellertid

ytter-ligare försökt klarlägga orsakerna till instabilitet och därpå angivit riktlinjer för att i görligaste mån undvika sådana i såväl bituminöst bärlager som

bind-lager och slitbind-lager. Allmänt har man då pekat på föl-jande punkter:

l. Sluthålrummet skall vara tillräckligt högt för att

undvika ett s k lokalt eller zonalt isotropiskt kvasi-hydrostatiskt spänningstillstånd i belägg-ningen under trafiken. I ett slitlager som av slitstyrkeskäl bör vara tätt, kan te x till och

med tre volymprocent vara för lågt från

deforma-tionssynpunkt.

2. Det asfaltfyllda hålrummet vid rumstemperatur får

inte vara för stort (def. se bilaga 4). En tempe-raturökning betyder att asfalten fyller ut det

kvarvarande hålrummet alltmer och tillståndet nämnt

i punkt 1 inträder. I kombination med den allt lägre viskositeten förflyttas stenmaterialet allt

lättare under trafiken och risken för kvarstående deformationer ökar. Ett asfaltfyllt hålrum på högst

85 % vid rumstemperatur har angivits som en gräns för slitlager.

Dessa båda punkter innehåller sådant som påpekats

sedan lång tid tillbaka. Däremot har en del delvis nya rön framkommit (4),

3.

(5) och (6) som t ex

AV två massor som endast skiljer sig med avseende

på fillerinnehåll och som packats till samma hål-rum och asfaltfyllda hålhål-rum, kommer den beläggning som har högst fillerinnehåll att riskera få den största permanenta deformationen. Detta har med-fört att man diskuterat gränser även för det s k bruksutfyllda hålrummet (def. se bilaga 4). Med bruk avser man då för enkelhetens skull bindemedel plus filler, d v s korn väsentligen under ca

0,08 mm.

Under utvecklingen av nya undersökningsmetoder har man på sina håll gjort jämförelser med Marshall-värden. Det har därvid rapporterats (4) att ett högre flytvärde enligt Marshall väl svarar mot en ökad spårbildning vid körningar i provvägsmaskin. Däremot har man inte funnit något särskilt markerat samband mellan Marshallstabiliteten och resultaten

från körningar i provvägsmaskin. P g a flytvärdets

goda korrelation har man dock fått ett någorlunda hyfsat samband mellan kvoten av stabilitet och flytvärde (den s k styvheten) och spårbildningen. Ju styvare beläggningen varit desto mindre risk

för spårbildning tycks ha förelegat.

Ytterligare en sak som belagts under senare tid är att undersökningar på borrkärnor inte ger samma resultat som på Marshallprovkroppar. Detta gäller även om packningsgraden relativt Marshall är

den-samma. Vid krypförsök t ex, som korrelerat väl med

Spårbildningarna, utförda på både

Marshallprov-krOppar och borrkärnor har de förra givit för goda

värden (4).

32

Volymrelationerna stenmaterial, bindemedel, filler och

luft räcker alltså uppenbarligen inte till för att be-döma motståndsförmågan mot permanenta deformationer. Det tycks också ha en betydelse hur stenmaterialkornen

är belägna i förhållande till varandra och i vilken grad man kan vänta sig att ett bärande stenskelett

skall uppstå under trafikens inverkan. Man inför för

detta begreppet konsolidering.

7-3-2

MêäêäêllâäêäiliEåE-99§-§lXEZäE§§

I följande åtta diagram som påminner om Niess diagram (5), (6) redovisas volymrelationerna hos de färdig-packade MarshallprovkrOpparna. Varje blad hänför sig

till en och samma stenmaterialsammansättning (d v 5

en fillerhalt) och de använda bindemedelshalterna. De enskilda resultaten finns markerade. Därvid har som tidigare kompaktdensiteten för det tredje, ej stabili-tetstestade, provet ansatts till medelvärdet av kompakt-densiteterna för de två övriga.

På varje blad finns två diagram. Det övre avses rikta intresset till det bruksfyllda hålrummet och det undre

till det asfaltfyllda hålrummet. En punkts läge i ett

diagram är entydigt fastlagt genom värdena på två av storheterna längs diagrammets kanter.

I det övre kan exempelvis värdena på hålrummet (H) och

"bruksinnehållet" d v 5 volymprocenten bindemedel plus

filler (VB+VF) användas vid lägesbestämningen.

I det undre diagrammet kan hålrumsvärdet och

volympro-centen bindemedel (VB) väljas.

Ur diagrammen erhålles sedan värdena på de övriga

an-givna storheterna speciellt då det bruksfyllda och det asfaltfyllda hålrummet.

På första diagrambladet illustreras gången genom att studera provet K93 (se bilaga 8 sid 2).

I diagrammen har de känsliga områdena för ett bitumi-nöst slitlager enligt 7.3.1 utmärkts eller

1. Där hålrummet bedömts som kritiskt. Här är detta

satt till två vol-% (bägge diagrammen)

2. Där det asfaltfyllda hålrummet kan vara kritiskt. Vi har använt det tidigare anförda 85 % (undre diagrammet)

3. Där det bruksfyllda hålrummet kan riskeras bli av-görande eller enligt föregående vid 90 % utfyllnad

(övre diagrammet)

På varje diagramblad finns även tabellerade medelvärden av Marshallstabilitet och flytvärde, kvoten av dessa samt Arands packningsparameter för de två undersökta proven per bindemedelshalt. Dessa värden kan via kopp-lingen mellan vikt- och volymprocent asfalt, vilken t ex anges längst ner på varje blad, knytas till de volymetriska sammanhangen i diagrammen (se f ö bila-gorna 4 och 8).

och flytvärdet F är bestämda

Marshallstabiliteten P_D4 M

så som anges i nedanstående figur.

Kraft (kN)

PM

FM Deformation (MM)

34

HELT KROSSAT MATERIAL (K) FLISIGHETSTAL 1,20- 1,30 FILLERHALT F=10°/.

BRUKSFYLLT HÃLRUM

Elâ;__ 233' ?233 :§21: ?2:255 ?ääåmPROV NR

VM VMAf 4,6 5,1 5,5 6,! 56,6 i 7,1 WB nns-va V?I-./o votJ/o 2:0 9 , O §9 3 PM .KN bz 3 A r:M MM 8I PM/'FM kN/Mr»CA 80 79 78 77 76 vol-V. 75 74 73 72 16 15 12 13 VBU/F VMVFVMA vol-'lo vol-'lo vol-V. _35 40 4550 55 6065 70 75 80 m 9 ' 90 1030' 89 H 88 87 86 85 VOI-.I'O 84 83 82 m VB vol-'h VI t"- e VTI RAPPORT 169

HELT KROSSAT MATERIAL (K) FLISIGHETSTAL 1,20-1,30 FlLLERHALT F:6,°/o BRUKSFYLLT HÃLRLJM 31% 23:8? §25_- äáâ lägg RRov NR VM VMAf 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6 7,1 Wavêkts-Vo '°"'/°V°*'°/° 7,0 _7,5 8? 8% 9,0 9,5 100% 9,39 9,18 9,43 9,49 8,92 8,63 PM kN 82 "3 65 ñ\§ñx\* 3,5 3,5 3,6 4,3 4,7 FM, MM B \\ \ \ 2,62 2,62 2,64 2,08 1,84___PM'/F,=AkN/MM

' '9

\ \

17,2 15,0 16,1 16,1. 155ch

80 79 78 77 76 75 74 73

KRmSKT OMRÅDE H VO|-°/o VMN%VMA 91 90 88 87 86 85 81. 83 82 8-1 mp7. why. 3,5 40 6550 55 6065 70 75 8C 85 90 100%_{__x .} 17 18 9 10 30*

\\...

ASFALT FYLLT HÃLRUM

KRITISKT OMRÅDE VB+VF voloñâ VTI RAPPORT 16 9 vol-'lo 7,] »WB vikts -°/.

36

HELT RUNT MATERIAL (R) FILLERHALT F='10°/o

BRUKSFYLLT HÃLRUM [2221- 23; ägg' 23; 3 PROV NR

VM VMA: 3,6 '4,1 4, 5,1 5,6 6,1 wa mmm V°' '^'°"°° 7,0 7,5 89 8? 53,0 9:5 100 7- 13,3711,44 12,60 7,68 6,46 6,85 PM kN 82 18 65 \ ' ' 3,4 3,7 4,4 5,7 5,9 FM MM _ 3,37 3,41 1,75 1,13 1,16 13,4/chth 8' 19 15,1 14,1 13,5 10,7 15,1 CA 80 20 60" _ KRITISKT OMRADE 79 21 78 22 77 '1:33:22. .

76 24

'::.'::::::' ' ' ' - - - -- H "al-'I' 75 25 0 74 26 1 73 27 2 72 28 3 V30VF VMGVF VM A vol-'lo vom. WW. 35 40 4550 55 6065 70 75 91 9

_{\\ \\\}

4 \ \\ \ 90 10 30-* 89 11 88 12 87 13 86 14 85 15 H o' I V 0-.. 84 16 0 83 17 1 82 m 2 81 19 3 VB V0l-°/ø »WB vikts-Va VTI RAPPORT 16 9

HELT RUNT MATERlAL (R) FILLERHALT F:6°/o

BRUKSFYLLT HÃLRUM

då' 12185' 33%' 45%? 522%' 32% PROV NR

VMVMÅf 3,6 4,1 4,6 5,1 5,8 8,1 V1'gvikts-'h

V°"°/°V°"°^

7,0 7,5 89 8? 9,0 9,5 1.00 'lo

10,61. 11,79 11,52 8,05 8,56 8,92 PM kN

82 18 65 \

\\\

2,6 2,8 3,1

3,1. 3,8 3,7 FM MM

81 19

_

\

4,21 3,72 2,37 2,25 2,41 PM/FMkN/MM

18,1. 18,7 15,5 15,5 15,0 CA

80 20

,

KRlTISKT OMRADE

79 21

78 22

77 23

78 21.

H VOl-.lo

75 25

0

71. 28

1

73 27

2

72 28 3 VB*VF _- V 0l -'/0

,05-1% WW, 35 1.0 45 50 55 8085 70 75 80 85 90 100°/.

91

9

'

"'

90 10 30'

89

88

87

88

85 H vol-'A 84 0 83 1 82 2

81

3

VB vol-'Va VT I RAPPORT l 6 9 ViktS-'Vt

38

KROSSAT OCH RUNT MATERlAL (KR) FLISIGHETSTAL 1,20-1,30 FILLERHALT F:109/o

BRUKSFYLLT HÃLRUM ' ' ' PROV NR

VM VMAf 4 1 1. 6 5 1 5 6 WB vikts-"s V°'"^V°""- _' i i 1 1190 10467 10,94 9,81 PM kN

82 '8

A

3,1 3,3 3,8 4,3

FM MM

3,84 3,23 2,88 228 PM/FMkN/MM 160 154 1 5 1 1 cA 81 80 . KRITISKT OMRADE 79 78 77 76 V01-.lo 74 73 72 VB+VF

VMoVF VMA vol-'lo

vol-'Va vol-*'/o 91 9 90 10 30' 89 88 87 86 85 VOl-'Va 81. 83 82 81 VB VMJA »WB vikts-Vo VTI RAPPORT 16 9

VM VMAf

vol-'A vol-'lo

KROSSAT OCH RUNT MATERLAL1KR)

FILLERHALT F = 6°lo FLISIGHETSTAL 1,20-1,30

PROV NR wa vikis-° . PMkN BRUKSFYLLT HÃLRUM 1.1 4 6 51 56 10161001916 988 82 18 65 81 19 80 20 60' 79 21 78 22 77 23 76 24 75 25 74 26 90 95 100°/.l i_ - 2,8 3,7 3,5 3,5 3 63 2,71 2,52 2,82 171 178 175 177 FM MM

PM/FM kN/MM

CA

KRITISKT OMRÅDE vol-V0 72 28 VMNF: VMA vol-V. vol-v. 35 40 1.550 55 6065 70 7580 V5+VF VOI-°/o 91 9 90 10 30'* 89 11 88 12 87 13 86 14 85 15 84 16 83 17 82 18 \\ '-VOl '/o 81 19

voi-"70VB SÅ-"2,3 V 5 K 35 '- 9/0 VTI RAPPORT 16 9

40

KROSSAT OCH RUNT MATERIAL (FR) FLISIGHETSTAL LÅS-1,60 FILLERHALT F=1vO°/o

BRUKSFYLLT HÃLRUM ' ' PROV NR

VM VMAf z. 1 1. 5 5 1 5 6 WB vikts-Vo

V°*'°/"°"°/°

_{82 18 v}

v,

_{. L}

11 68 10 28 10 52 9 93

?M kN

3,3 3,1 3,2 4,2 FM MM 3,51. 3,32 3,29 2,37 PM/FMkN/MM (16 3) (15 7) (17 3) 167 CA 65 81 19 80 20 , KRITISKT OMRADE 79 21 78 22 una.. - a o a .. u-n u u .o n 0 o o . a n. - n a u . . . .. 77 23 76 24 VO|-°/0 75 25 c n o . c . c c n n. g u . - . . ..

73 27

72 28 V50VF vol --'/0 V V VMA

-vä°f vol-V. 35 1.0 1.550 55 60 65 70 ?S 80 85 90 1 '7. ASFALTFYLLT HALRUM

r wa. 9] 9 \\ \\ \ 90

KRITISKT OMRÅDE 39 88 87 86 85 H vol-v. 81. 83 82 81 3 L 5 6 7 8 9 10 H 12 13 14 15 16 VB | voz-v. VSle-:U/o I VTI RAPPORT l 6 9

KROSSAT OCH RUNT MATERIAL (FR) FLISIGHETSTAL LÅS-1,60 FlLLERHALT F=6°lo

BRUKSFYLLT HÃLRUM

PROV NR

VM VMAt 1.1 45 51 58 wa vikts-'V-V°*-'/°V°'-°/°

_{82 18}

70

_*

90 -95 100 °/c

_*

_'

11,11 10,12 9,58 8,58 PM kN

2,4 2,7 30 37

FM MM

4 82 3 75 319 2 32

PM/FM kN/MM

(20,1) (15 6) 65) 181

CA

81 19 80 20 . KRITISKT OMRÅDE

79 21 78 22 77 23 76 21. H 1101"/0 75 25 71. 26 73 27 72 28 V V VMA .

vil/E; vc:-°/. 35 110 1.5 50 55 6065 70 7580 85 90 1CD°/. ASFALTFYLLT HALRUM

\ . 91 9 \ ' 90 10 30'\ KRITISKT OMRÅDE 89 11 -20* 85 15 H vol-V. 81. 16 -83 17 -82 18 81 19 VB vol-'[0 »WB vikis-°/. VTI RAPPORT 16 9

42

Ur diagrammen erhålles under ovan angivna

förutsätt-ningar följande högsta bindemedelshalter för de olika sammansättningarna uttryckta i Viktprocent av totala

massan .

Filler- Helt runt Krossat/runt Krossat/runt Helt krossat

halt flisighetstal flisighetstal flisighetstal

mellan mellan mellan

1,20 och 1,30 1,45 och 1,60 1,20 och 1,30

10

4,1-4,6

4,6-5,1

5,6-6,1

5,1-5,6

6

5,6-6,1

5,6-6,1

6,6-7,1

6,1-6,6

Intressant att notera är att flytvärdena tycks svara

bättre mot de angivna kritiska områdena än vad

Marshall-stabiliteten gör. Det skulle alltså överensstämma med

det man på senare tid funnit vid provvägsförsök och

krypförsök etc.

Trots den större Spridningen i stabilitetsvärdena kan man märka ett högre maximalt värde då fillerhalten är

högre. Detta inträffar vid en lägre bindemedelshalt då

man f ö har en högre täthet i stenmaterialblandningen (lägre VMA). Heukelom (2) har dock funnit att den maxi-mala stabiliteten för olika massor på ett entydigare

sätt svarar mot det s k hålrummet i den solika fasen

VSP (def. bilaga 1). Detta gör detmöjligt att

fram-ställa generella kurvsamband över stabilitet och

flyt-värden och deras beroende av ett korrigerat VMA-värde

och ett korrigerat bindemedelsinnehåll i volymprocent. Det vanliga VMA-värdet och bindemedelsinnehållet är då korrigerat med en term för fillerinnehållet. Denna positiva term har en faktor som beror på fillrets

styrka. Det finns skäl att här helt kort beröra filler-typens inverkan.

Vi har i dessa undersökningar använt ett s k svagt

filler. Med ett filler som t ex bildats vid krossning

av berg och som ofta förekommer i praktiken erhålles i regel en högre porositet i fillret (lägre s k

rigden-tal VFR). Därvid kommerockså hålrummet i

stenmateri-alet att generellt ligga på en något högre nivå, vilket gör det nödvändigt med en något högre bindemedelshalt för att komma ner till ett givet hålrum vid samma packningsinsats (se bilaga 1). Det förefaller alltså inte otänkbart att de angivna bindemedelshalterna i

tabellen på omstående sida då skulle behöva höjas

något.

Enligt Heukeloms resultat (2) skulle ett relativt

högt innehåll av ett starkt filler medföra den högsta Marshallstabiliteten vid en i övrigt oförändrad sten-materialsammansättning. Den bindemedelshalt vid vilket

detta inträffar blir beroende av fillertypen och fil-lerhalten. Då är också det korrigerade VMA-värdet som

lägst. Detta korrigerade VMA-värde ligger mellan det egentliga VMA-värdet och VMA

materialet utom fillret.

f, d v s hålrummet i

sten-Heukelom har dock inte funnit någon motsvarande

på-verkan på flytvärdet. Vissa provvägsförsök (4) har dock

resulterat i mindre spårdjup då ett starkare filler

använts.

Sammanfattningsvis kan sägas att våra utförda

under-sökningar ytterligare understrukit den avgörande

be-tydelse partikelformerna har på en lämplig bindemedels-halt. En hel del av de prövade sammansättningarna

faller givetvis utanför vad som är praktiskt lämpligt

och som även finns angivet i BYA (1). Det är dock

lika önskvärt som naturligt att volymetriska samman-hang klargörs före val av bindemedelshalt i viktprocent.

44

REFERENSER

"BYA, byggnadstekniska anvisningar", Statens Väg-verk, TV 103, 1976.

"The Role of Filler in Bituminous Mixes", W

Heuke-lom, Shell Bitumen Reprint No 17.

"Verdichtungemathematisch-analytisch betrachtet",

Institut für

(TH),

Bitu-Professor Dr.-Ing. Wolfgang Arand,

Karlsruhe l974-ll.

Strassenbau der Universität men, Teere, Asphalte, Peche,

"Plastische Verformbarkeit von Asphaltmischungen",

Mitteilung Nr 37, Institut

Eisenbahn- und Felsbau an der Eid-Zürich november 1977,

iür Strassen-,

genössischen Technischen Hochschule Zürich.

"Erhebungen über die Ursachen plastischer

Verfor-mungen in bituminösen Fahrbahndecken", Dipl.-Ing.

V Nies, Köln. Bitumen 4/1975.

"Gedanken - Hinweise und Empfehlungen für

Konzep-tion und Ansats von Eignungsprüfungen im

bitumi-nösen Decken bau", Dipl.-Ing. V Nies, Köln. Bitu-men 5/1975.

FÖRTECKNING ÖVER BILAGOR

l. Heukeloms ansats för beskrivning av en

asfaltmassas benägenhet att låta sig

packas. Definition av packningsfaktorn CH

2. Arands ansats för beskrivning av en

as-faltmassas benägenhet att låta sig packas. Definition av packningsparametern CA

3. Sambandet mellan CH och CA

4. Vikt- och volymprocent hos en massa under

marshallinstampning - exempel på dessa re-lationer vid fem och etthundra slag på en antagen HAb 16 t

5. Beräkning av stenmaterialsammansättningen

6. Uppmätta och korrigerade höjder samt därur

beräknade skrymdensiteter vid olika antal slag. Erhållna exponentiella regressions-samband mellan skrymdensitet och antal slag, hålrum och antal slag samt packningsgrad och antal slag

7. Inverkan av mätosäkerheten på beräknade

skrymdensiteter

8. Vikt- och volymdata på de färdigpackade

marshallprovkr0pparna. Uppmätta C -värden, ur regressionen framtagna C -värden samt

därtill hörande CH-värden.

Marshallsta-bilitet och flytvärde

Heukeloms ansats för beskrivning av en asfaltmassas

benägenhet att låta sig packas. Definition av

pack-ningsfaktorn CH.

Fillret anses kunna binda en viss bindemedelsvolym i

sina porer.

Antag att ett visst filler utgör 100 volymprocent i

sitt mest packade tillstånd.

Antag att VFR volymprocent då är kompakt filler.

100-V_FR

figur)_ Detta hålrum i fillret kan t ex bestämmas enligt volymprocent kan alltså fyllas med bindemedel (se

en metod angiven i BS 812:l967 sid 51. Beteckningen VFR

har valts i enlighet med (2) och betecknar det s k

Rig-dentalet. 00000000000< b00000000000 000000000000 MER1W'VFRVG_°°/0 b000000o0000 b00000000000 v V0L.0/. FASTA 000000000000 FR O_ . 000000000000 F|LLERKmN OMFORDELA __ b00000000000 0000000000.. 1OO'VFRVOL'°/0 PORER 00000000000 FASTA 000000000000

H . "nu". FILLERKORN VFRVOL-v.

000000000000 00000000000 000000000000

SUMMA: 100 VOL-°/o SUMMA: 100 VOL"°/0

Antag att vi har ett Marshallinstampat prov efterss

slag (se bilaga 4 och nedan).

VlKTS'./0 VOLYM - 0/.

STENMATERIAL _{W Yu)}

WN

UTOM FDLLER

VM (Sh-ä?

wF FASTA FILLERK. vF (s):!Eç_U5_)

|:

wB BINDEMEDEL va (skiva-Yu)

?B

HÃLRUM

Hls):1OO-VM(s)-Vp(s)-VB(S): (1- Ifilma

SUMMAzxm SUMMAz100

Bilaga 1

Sida 2

Eftersom V_FR volymprocent fasta fillerkorn medför 100

volymprocent filler i sitt mest packade tillstånd

innebär VF(s) volymprocent fasta fillerpartiklar

|._ : O O FR

l

VF(s) - _<1

volymprocent filler i sitt mest packade tillstånd.

Därvid kan man tänka sig att

- VF(s)

volymprocent bindemedel är beläget eller bundet i

fillret (se figur).

VlKTS-'Vo VOLYMS-Vo STENMATERIAL WM VM(S) UTOM FILLER VF(M wF FASTA F|LLERK. V (5,100

QUNDET amoen. \ _E_- - VF (s)

wB FRITT amoem. . VB(S)_ (s) 100 . WF.S) HALRUM VFR HB) SUMMA2100 SUMMA: 100 Heukelom definierar nu _ lOO . . o .

V_Fa (5) - V (5)_{F VFR} som skenbart fillerinnehall l

vo-lymprocent,

VB(s) - VFa(s) + VF(S) som fritt bindemedel i volym-procent och VF(s)-lOO VSP(s) = H(s) + VB(s) - V + VF(s) = FR VF(s)-lOO = VMA(s) - _VFR + V (5)_F

som hålrummet i den fasta fasen.

För hålrummet i stenmaterialet utom fillret d V 5 VMA(s) + VF(S) inför vi beteckningen VMAf(s)

_ volymen hos ett instampat prov efter 5 slag_lOO o =₆

H _ volymen hos samma prov efter 100 slag = Y(lOO)_{-çTgT- 100 0}9

blir ett mått på massans benägenhet att låta sig packas.

Hur uppför sig dessa storheter vid variationer i sam-mansättning och packningsinsats?

1. Vid ett visst antal slag (5) får man vid konstant fillertyp (VFR = konst.) och fillerhalt (WF) men olika bindemedelshalter (WB) olika smörjande

effek-ter och alltså olika Y(s). Detta påverkar framför allt H(s) men även VM(s), VF(S) och VB(s) som

också är linjära funktioner av Y(s). Om t ex WB ökar från ett förhållandevis lågt värde minskar H(s) successivt. 0 kommer att minska Y(s) att öka

till ett maximalt värde och därefter sakta avtaga.

VB(s) kommer hela tiden att öka. Följden blir i praktiken att VMA(S) = VB(s) + H(s) minskar till

ett av stenmaterialsammansättningen beroende värde

Bilaga 1 Sida 4

och därefter sakta ökar. Ungefär vid den

bindeme-delshalt WB

ett minimum d V 5 där är stenmaterialet inklusive

(VB) där Y(S) har maximum har VMA(s)

fillret som tätast packat. Där kommer också VSP(s)

att ungefärligen ha sitt lägsta värde liksomäven

VMA_ d V 3 hålrummet i det packade stenmaterialet

f

utom fillret.

2. Om man i stället ändrar fillerhalten (WF) vid

gi-konst.) och konstant

binde-ven fillertyp (VFR

konst.) och packningsinsats medelsinnehåll (WB

(s slag) inträffar följande: En höjning av W från

ett lågt värde innebär att stenmaterialet tiil en början får en allt tätare sammansättning. Fillret fyller ut porer i det grövre stenmaterialet. Vid

ytterligare ökat innehåll uppstår till slut ett

överskott som hindrar det grövre stenmaterialet att

komma i sitt tätaste läge.

Jämfört med moment 1 ovan innebär alltså en höjning av en från början låg fillerhalt ett lägre VMAmin(s).

Bindemedelshalten (V (5)) vid vilket detta nya minimum

inträffar blir lägre? Eftersom VF(s) ökar blir det

fria bindemedlet VB(s) - VFa(s) + VF(s) lägre. Det

visar sig att hålrummet, H(s), knappast eller obetyd-ligt påverkas. Ett lägre VMAmin(S) innebär också lägre VSP(s) men högre VMAf(s).

3. Vid en förändring av fillertyp vid 1 övrigt

oför-FR variabelt, wF, WB

konstant) gäller följande: Om VFR minskar ökar

ändrade betingelser (V och s

VMA(S) något beroende på att fillertypen i sig har

mer porer. VMA_min (3) kommer att öka något och

in-träffa vid ett högre bindemedelsinnehåll (VB) än

före ändringen av fillertyp. Hålrummet H(S) blir då

lägre, likaså VSP(s) men VMAf ökar något. Det fria

bindemedlet avtar.

Packningsfaktorn CH relaterar Heukelom till det fria

bindemedlet som därvid omräknats i vol-% av hålrums-fritt material. Då erhålles följande relationer för

en sand-filler-bitumenblandning:

volym efter 5 slag

H = volym efter 100 slag 100 o\°

C 125 "' FILLER B (OLIKA VF) D 13 V VF °/o V VB _VF0.

CH ökar med minskat fritt bindemedel därför att massan blir mindre flytande och inte packas lika väl under

massans egenvikt. Fler slag behövs därför för att få

fullständig packning. När mängden fritt bindemedel

blir litet eller t o m negativt blir massan

ytterli-gare svårpackad, särskilt i närvaro av mycket filler,

så att ingen fullständig packning erhålles efter 100

slag och följaktligen minskar CH. Detta orsakar ett

maximum i kurvorna. Detta maxvärde har funnits öka

linjärt med den skenbara fillervolymen, vilket visas

på nästa sida.

CH MAX,°/o 125-120" Bilaga 1 Sida 6

o FnLER A 110 _ A FILLER B U FILLER c w5+ l l l i l l I J 1000 10 20 30 LO vFo_-/.v VTI RAPPORT 169

Arands ansats för beskrivning av en asfaltmassas

be-nägenhet att låta sig packas. Definition av

packnings-parametern QA.

n

Hålrumsminskningen per slag vid Marshallpackningen anses här vara proportionell mot skillnaden mellan det hålrum man hitintills uppnått och det minsta hål-rum man kan ernå vid långt driven Marshallpackning av den aktuella massan. PrOportionalitetsfaktorn blir då beroende av massatypen. Även sluthålrummet blir

bero-ende av massatypen. Matematiskt kan man formulera

detta på följande sätt:

dig:) = -å - (H(s) - H(oo»

efter separering av variablerna erhålles

dH(s) _ _ då

H(s) - H(w) _ C

ds

d[ln(H(s) - H(°°))] = -

--C-som efter inlegration av bägge led ger

ln(H(s) = _ + A

där A är en tills vidare godtycklig konstant. Det

se-naste sambandet kan även skrivas som

s H(s) - H(w) = eA - e eller I ( M m H(s) = H(w) + B - e där B = eA

innan något slag har utförts i Marshallfallhammaren

Bilaga 2 Sida 2

är 5 = 0. Det relativt höga hålrummet som då före-ligger är alltså H(O). Detta bestämmer konstanten B

enligt följande

H(O) = H(w) + B - eo; B = H(O) - H(w)

Följaktligen gäller:

H(s) = H(w) + [H(O) - H(w)]e Ol ... (1)

a:

Detsamma kan visas gälla för skrymdensiteten y(s). Detta inses lätt då

H(s)

(1 - YShioo, H(O) = (1 - légl)100 och

H(w) = (1 - léêl) - lOO. Insättes dessa uttryck i (l) erhålles nämligen

(1 - Y?Uloo = (1 - 1%?Ä)100 + [(1 - légl)100

s

- (l - Y(°°))i00]e

p

Multipliceras bägge led med I%ö erhålls efter någon

omformning

_ å

ns) = wo) + H(O) - y<oo ]e C

(2)

som alltså är av samma form som (1).

Divideras sedan bägge led i (2) med y(lOO) d v 5 skrymdensiteten efter färdig Marshallpackning

erhål-les:

_ å

Y(S) __ 'Y(m) Y(O) __ j1(w) C

?Tib0 ' y(lOO) + yiib0

y(100)]e

°°°°° (3a)

Detta är ett uttryck för packningsgraden relativt Marshall vid olika antal slag. Införes här

-..i/_(_s_>_.

___Y_(_0_>__.

K(s) - y(100) lOO, K(O) - Y(100) 100 och

00_ Y(°°) , o

K( ) - ?TIUÖT lOO erhalles _ s

5

2K(s) = K(a0 -+ [K(O) - ZK(w)]e ... (3b)

d V 5 åter igen samma principiella samband.

Faktorn C avgör massans packningsbenägenhet och är

liten för en lättpackad massa och högre för en mer svårpackad. Konstanten C kan inte bestämmas ur tre

ober ekv. på normalform utan måste tagas fram genom s k otpimal exponentiell regressionsanalys ur värdena på t ex skrymdensitetens tillväxt efter antalet slag. Or-det Optimal har valts därför att Or-det gäller att pröva sig fram med en exponentiell ansats tills högsta

kor-relationskoefficienten erhållits. Detta arbete

under-lättas väsentligt med en något avancerad fickkalkylator. Denna anpassning bör emellertid utföras på medelvärdet av t ex skrymdensitetens tillväxt på flera prov.

Man kan också tänka sig att i modellen ovan låta den oberoende variabeln vara antalet slag per sida. Så har Arand gjort. Proportionalitetsfaktorn betecknar vi här med CA. För en och samma massa bör CA-Värdet vara lika med eller åtminstone nära halva C-värdet. Vi har i våra

undersökningar bestämt C-värdet och satt likhetstecken

mellan CA-värdet och halva C-värdet.

Man kan lämpligen åskådliggöra packningsbenägenheten

hos två olika massor genom att studera packningsgradens

tillväxt enligt ekvation 3. Därvid erhålles följande diagram:

Bilaga 2 Sida 4 4LK(s) packningsgrod °/o 101 Mossa 11 100' 99« klz1m2-BÅO'C'å CA] :13 98. _{kn_100.9 6,57 e 25- _ . -i om _ 25} -97< 96' 95'

' v 1 Antal slag per sida _ T

5 15 25 35 50 - ii?

Massan I gäller som mer lättpackad än II och

9 . D

CAI < CAII (observera har att CHI > CHII) etta ser

man på den kraftigare ökningen i packningsgrad för massa I i området mellan 5 och 25 packningsslag per

sida och det förhållandevis snabbt erhållna slutvårdet som nästan uppnåtts redan efter 2 x 50 slag.

Sambandet mellan CH och C_4A

Då CH = l$%%çl-° lOO % enligt definition erhålles

y(5l_ = 100

y(lOO) CH °

Ur ekvation 3a erhålles, om Vi låter 5 slag på en sida

motsvara 2,5 slag per sida och om C utbytes mot CA.

_ âiä

CA

v(0) { e

__l___1li+[_____m_]

₀₎

_v<100>

_v<100>

_{y 100)}

Följande samband mellan CH och CA erhålles då

100 Y(w)

____________+[__________

CH y(lOO) Y

vilket genom övergången till packningsgrader i % (se

3a och 3b i bilaga 2) överförs till

_ âi5 2 cA = K(w) + [K(O) - K(w)]e |_ | O O EE VTI RAPPORT 169