Indirekt bestämning av brytpunkten hos asfalt

(1)

i sti 5 4 se k 2 K 2 15 i . 4 s 2 l e E tl x 4 (2 14 uta k K ö i t F t s k i $ 2 h 3 43 v H F f y 2 5 k K t a 2 > > _ % $ $ % t 3 -% NJ k i 4 E S k ä % Si ll 5 3 s 3 ; äv i » Ga te k å Fö rst ul par % + 5 3 3 K Y i 4 vå de t" i 5 i x & K å tel S e 2 2 i k t Sy s 3 kj , 4 ä $ % 3 x 4 ; % y $ f 3 fö 3 ä 2 1 ä t F % $ . k m m a ä d ö & 4 % 3 3 ä. ä t 4 % f. f d $ # k s $ 4 k He n s Fö ll 4 1 -4 å ' y -/ x % vs 5 2 k s 3 -s 1 i x 2 $ ; 5 % i # % gå £. 2 s K ' äe 5 k R 2 # s å s 2 8 f . v 5 k F k i si t at tet # f k . 9 3 ä 2 2 $ ä %%, # Sf t k k % * 1 e + j t £ s s st t s dek" g % 2 12 5 5 Kil e S f il . s g + as e i -$ * k. i s t t . 2 2 $ 5 % k c * s kl 2 4 2 i 0 v 2 g > 3 s 4 k i + 4 + h ' 5 > 2 s t i in st a l i # K $ E $ . an nu : S W S s ä * 5 2 & -& 2 a t S x h t 3 S k l e ä % k 4 5 4 # i gt + g % s i 2 3 . f W . f ' S 4 / % % i +. st 4 + ' 9 m e t å x £ 5 f f % , 2 ' + K söm 3 5 k S e sis je d 2 3 3 % . K s 0 04 81 2 5 v H 3 hå ät Sri 2 5 v 5f S # % 5 E $ x 4 så * 40 .# i % Su g 2 * i % k % k är e % S *. y v -% $ x ti 3 3 X 3 s f o s 3 5 . 3 8 s so rt ve 4 kt Sogn uts e e # gt x o j n S k 1 3 * 3 a e K X % g a t ; 2 ä h kl v 3 * 3 k d. i + v e % j k k ö det i 28 F n e x ' n o n & f S v * * % å 4 r # % n d % v * å t 4 3 4 m + % o m m e t e i t & a ä % % 2 X he tt $ 15 v $ k -. v S et %% ä S l SW. 355 k Ze rg $ hå 58 ) k # P (5 -5 4 % * 2 f is t f S m 3 I * Vik 4 i oc h o s $ j S m m m k ä & s > * % 2 f % $ så (&" 2 s 220 0 2 l, ice 8 ä 5 $ -> F. k k i # 5 Mi % PC -å P s % k 3 Sv e S s ä f % -S v hor x % * t 3 S red s £ 3 kost 5 3 f N styck et 2 t y i & 2 S vä ä i 3 KP Sr S k a XP k 5 4 $ ssk % 2 % spe-? * " Z : 12 % -h e k Ma rs k 5 v K: y ' n t e P S f Se s 3 $ % k N sil 9 F * » f por rang » kid A » 3 ' i ä ä S E + r Sk s d t M SA P » x e k 1 ä s + e Q i f e t i ä 5 k 2 % i E Ku a t ; k å s 2 2 s k 4 å f 4 3 2 -% 3 # * $ G P rån R z i * k 2 i "S V vig %, > S s r $ $ $ $ 4 ä d -> s % $ S Se s & i y y tåg * & * & h 2 k Bes % E å 2 s x ett % x 3 $ i $ & Ks K x 256 x fö el ve s h tå $ -F f 2 $ 3 h k öv 3 $ 4 o $ 4 S h 5 p % 2 % $ k k i 2 v Spe ls 3 % 5 & He s st P * % Sä & y f å 5 h k S 3 K *T a c r ig i % ä : an ar 2 big 200 3 3 5 3 $ s h $ & " % i $ % f f F 5 2 * it -R v 2 i 3 v 5 n 2 2 2 3 R å x % pit R h et e Fu sk d ät s F S E K 5 St 4 3 ös 2 % s * % ä 4 2 0 e s 2 % / E s s St as % k 5 # ä 20 ,5 ; ja d S E 4 t 5 öd et v % * & E & $ * 5 $ 2 r spe f 2 $ & 1 x & 2 S L R = v t 2 x 2 Kon .a © j e På ts k 3 9 * v a 5 g e -1 S -j d > * v fe e v K M S h i G * 3 d , f x 4 . A £ $ # * X v 3 3. s i i x $ 2 & 5 s $5 4 r å 3 , 6 # kB 3 å v a NO Srv va x å . plug h % å z a 3 2 -% $ % 8 ir 2 * * s 5 k Sr -n 2 ke: 03 4 y R ,, 3 25 i T ss l n * > å F 5 k $ s $ $ f edi k i % 4 2 4 Kv & ; f 3 v 3 3 05 8 i % h å 21 V vad ls " $ ads ; Fe 4 A % 4 5 e s tåget #5 * = $ se-3 sås ä $ i 3 $ _ 1. oc t K ' #* Sö ke t * e X $ * 2 3 * a v 2 * ag+ F H P A $ 5 . 5 % & X i 3 % © % $ > x 5 å 3 --3 % LX S &" ji_g? e k 3 2 #3 3 G ä n 8 -.-000 0 --5 ST_X 2 i Kr $ % 2 a 2 f Sv_et s få * 30 o i i $ Sa viker 3 = 5 4 i # Rs s a 4 14: 4 Nr % s b e t s f : ä S i_s e s 5 % 3 $ 7 $ i y t 3 2 k 1 2 D > jod 5 % F så 20% 3 at p 08 5 t i k = ) P st S 2. s $ $ & Un_d 4 est t S S k > 2 $ P "1 3 4 . å i 5 * % $ $ k i p s je 3 5 tå 1 2 o s å i ua .b a 4 ä t % EX P y ed t "al % F 5 % 4 $ x ek . % 2 Pr el 3 ' 3 P Ca s & i x H D e x k 2 2 x s l t e e v * Maf a f u % v 4 5 . at fö -p B . f kl ev Fig H . t f ;-M i u t x '; % 5 i s P Ke A i * + is & 25 Ka s f % * a > 5 X kö 2 g ä a 4 het i s $ f i h 8 3 3 i n & i R f EVS Ad y $ $ p s kens i hos . 5 $ X så f __ _ 3 å .. y 2 f k k l % * 1 i 3 s » 4 is % $ i s u s i 3 0 9 3 % $ s iP ö de sk E d e ä a å 5 . s 2 s 0 4 N ä ä ; # Se 4 2 v % 2 2 $ n s t y f k 2 D s s Sx . s 3 K N & 4 p l ä S x % f t Tor Y K o f ö l Ni ke k 3 R 3 å & s f h o l f i $ å gr f 5 e 4 i e . f 5 , ä $ 3 S y Ka 2 v % i i. t f å * 3 * 4 Sa . $ h E P at v c 3 ; (* Se n; st å 5 s a 4 2 & $ ig Q & 2 + % v si i a k K. C 249 -5 5 s t k d t 3 $ 4 h h jo e 0 k k 2 * ' * k k x P R $ + . e ä $ i is % $% % 4 & i s ; $ $ $ 3 * k 3 & e f S i_v S 2 s *2% S 2 5 f % . $ 2 3 23 S -s $ 2 ; f k Fo © -M Ag E% x F K TBK i & + 4 2 A # f % 3 å & år 5 $ & r i c k 3 27 % v 3 i ä E 2 k i tik h p hed 2 a å x : %s fx i $ K e 1 0 0 S i % $ 8 0 5 k * u A e 2 s F 8 b + å S 5; + k i 2 al k / 2 % kr v 4 k 8 S 2 + el 3 i 2 i al , ' å h v & le > h 2 % % r 0 ac h + N i 3 W å S e d 4 % 5 S % 3 g k 5 j 3 % . ka lt X * 2 4 för sae tå + et a hl % v i då-8 3 i jul v ... Ak! Det t 3 4 * 4 E j h S % % | v $ x S # % lä h % % v 4 $ öv k k a p % gt ä t s n i å & K X , t t såg "ö de k l ä t t. ka t s % k 3 e ok s -k i * å 5 2 2 3 å _ j vu y 4 ä > #5 y hå äv y = F i är d ö t t i fl x 2 k r x 3 ä $ # ä & X 25 3 $ $ N FE . Z * % site t 2 k % 2 res R * Se t 3 des 24 & S å s s " 2 k Sox % N å p &. £ fu så % 5 Kit s 4 v ix & P e e £ 5 ä Sök s t is Z u 57 2 ki T O R stt » P är -F lr Z 2 i 7 s X £ ie 2 % p % 2 4 O h tes s V s F p S ä ; hr & S # $ S % k s x Pa mis : 5 N 8 s 0 K + KH 2 S F + C M » * 0 X S $ äts $ v B x i s e ä 4 2 k v 2 x ä i l X i , S 2 S H R ä: id 2 4 ä 5 4 2 t g 4 i $ S A 2 2 2 v $ v x * $ l s % E 4 $ k a t % jer 1 s E d Det 1 $ f Ste ps S t S d 2 . $ k e x ' % + * a v e 2 ie 5 4 K k E $ S S i % % f Vis s kille ä a c t . H SX at 20 ks & r $ #2 M k å t * s f e t % » å 25 pan . s e ko rt e

(2)

' 208 ° 1981 Statens väg- och trafikinstitut (Vl'l) - 581 01 Linköping

N 0347-6049 National Road & Traffic Research Institute ' S-581 01 linköping - Sweden

208 Indirekt bestämning av brytpunkten hos asfalt

(3)

FÖRORD

Projektet har samfinansierats av Statens vägverk (VV) och Statens väg- och trafikinstitut (VTI). Det har utförts i anslutning till VTI:s kvalitetsövervakning av asfaltleveranser, som sker på uppdrag av VV.

Linköping i juni 1980

Åke Rosengren

(4)

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

SAMMANFATTNING SUMMARY

1 BAKGRUND

2 ANALYS AV PROBLEMET

UNDERSÖKNINGAR OCH RESULTAT

.1 Penetration vid OOC

3.2 Diagrambestämning av brytpunkten 4 SLUTSATSER 5 LITTERATURFÖRTECKNING Bilagor VTI MEDDELANDE 208 Sid II 16 18

(5)

Indirekt bestämning av brytpunkten hos asfalt av Åke Rosengren

Statens väg- och trafikinstitut (VTI)

581 01 LINKÖPING

SAMMANFATTNING

Kvalitetsnormerna för asfalt har maximigränser för brytpunkten.

Bestämningen av brytpunkten är förhållandevis arbets-krävande. Dessutom har metoden otillfredsställande repeter- och reproducerbarhet.

Med syfte att komma ifån brytpunkten har problemet analyserats med hjälp av diagram enligt Heukelom, i Vilket kan avläsas viskositets- och penetrationsvärden vid olika temperaturer samt mjukpunkten och brytpunkten för en inlagd asfalt.

Genom bestämning av penetrationen vid OOC med 100 g

och 5 5 skulle man kunna få en god ersättning för

bryt-punkten. Ett precisionsinstrument har därför byggts och mätningar har gjorts på 1978 och 1979 års

asfalt-prov.

Det visade sig emellertid att penetrationsvärdet i

många fall blev väsentligt lägre än som kunde förväntas på basis av andra reologiska data. Differenserna har ej kunnat säkert förklaras.

Å andra sidan blev det bra överensstämmelse mellan experimentellt bestämda brytpunkter och brytpunkter

bestämda grafiskt på basis av penetrationen vid 250C

och viskositeten vid 6OOC. Den grafiska metoden

före-slås därför för rutinkontroll av asfalt.

(6)

II

Indirect determination of breaking point of bitumen by Åke Rosengren

The National Swedish Road and Traffic Research

Institute (VTI)

581 01 LINKÖPING

SUMMARY

The standard specifications for bitumen have maximum limits for the Fraass breaking point.

The determination of breaking point is comparatively arduous. Besides, the method suffers from poor repeat-ability and reproducibility.

In order to get over the breaking point the problem has been analysed by means of the bitumen test data chart according to Heukelom in which, for a plotted bitumen, viscosity and penetration values can be read off at different temperatures as well as softening point and breaking point.

By determining the penetration at OOC (100 g, 5 s)

one might obtain a good substitute for the breaking point. A precision instrument was therefore built and measurements were made on samples taken from the Swe-dish production of bitumen in 1978 and 1979.

It appeared, however, in many cases that the obtained value was considerably lower than that one predicted on the basis of other rheological data. The author has not been able to explain the differences.

On the other hand there was good agreement between the experimentally determined breaking points and the

breaking points determined graphically on the basis of penetration at 250C and viscosity at GOOC. This graphic method is therefore suggested for routine

(7)

1 BAKaRUND

Statens väg- och trafikinstitut följer vid intern avalitetsvärdering av vägasfalt de nya

kvalitets-normer som institutet föreslagit statens vägverk,

vilka normer ger bättre information än de som ännu gäller enligt BYA. De nya kvalitetsnormerna ges i bilaga 1.

Genom bestämning av penetrationen vid 250C och vis_ kositeten vid GOOC och 1350C får man en god ehuru icke

fullständig reologisk kontroll av asfaltkvaliteterna i temperaturområdet över 250C. För kontroll av lågtempe-raturegenskaperna bestämmer man också brytpunkten.

Bestämningen av brytpunkten, som är en kvarleva från äldre normer, är förhållandevis mycket arbetskrävande. Dessutom har metoden otillfredsställande repeter-och reproducerbarhet. Det finns därför ett starkt behov av ett förfarande som ersätter den experimen-tella bestämningen av brytpunkten.

2 ANALYS AV PROBLEMET

Direkt funktionsanknytning har bara viskositeterna. Penetrationen och brytpunkten är var för sig föga

upplysande om asfaltens reologiska karaktär, än mindre

om asfaltens funktionella egenskaper. Om man emeller-tid lägger in erhållna data i diagram enligt Heukelom (1) (Shells "Bitumen Test Data Chart") får man värde-fulla informationer, som i gynnsamma fall kan över-föras till funktionstermer även för

lågtemperatur-området.

(8)

Heukelom har i sitt diagram byggt samman ett temperatur-viskositetsdiagram och ett

temperatur-penetrations-diagram och antagit sådana skalor att destillerade

asfalter praktiskt taget fria från kristalliserade paraffinvaxer representeras av räta linjer, se fig. 1. Brytpunkten motsvarar en penetration något högre än

1 (övre prickade linjen) och mjukpunkten penetration

nen 800 (undre prickade linjen). Linjens lutning står i bestämt förhållande till penetrationsindex. Indexet kan avläsas på den snedställda skalan vid sidan av diagrammet efter dragning av en med asfaltlinjen

parallell linje från den med 523 betecknade punkten.

Ur mjukpunkten (avläst eller experimentellt bestämd) och penetrationsindexet kan man sedan med hjälp av diagram enligt Van der Poel (2, 1), se fig. 2, bestäm-ma asfaltens ungefärliga styvhet vid olika temperaturer och belastningstider och därmed erhålla direkt funk-tionsanknutna data (3, 4, 5). Styvheten definieras enligt 0 s = -8 där s.= styvheten 0 = dragspänningen 8 = töjningen

Längre tid och högre temperatur ger lägre styvhet på grund av asfaltens viskoelastiska karaktär.

Vid kristallisation eller smältning av paraffinvaxer i asfalten förskjuts linjen i kristallisations- eller smältområdet, vilket i många fall kan iakttagas i ett brett temperaturområde kring mjukpunkten, se fig. 3.

Kristallisation kan också förekomma vid lägre

tempe-raturer.

(9)

V T I M E D D E L A N D E 2 0 8 0/ 90 21 LO 69 PE I 0' (MB) Nf IRAHON. 0.1 mm 50 40 30 20 |0 0 IO

Duagn by KOMMUN: /Shell*Labocalo:ium, Amsterdam Gwynghl She" Research NV

Figur 1. Diagram enligt

ur Venezuela-olja (1).

O 120 MO

BITUMEN TEST DATA 'CHART

(Hei. W Heukelom, J ha! Pell 55 (1969MO4-4l7) TYPICAL EXAMPLES OF CLASS S B|TUMENS

VARIOUS GRADES

OF VENEZUELAN STRAIGHT-RUN BITUMEN

NUMBERS REFER TO THE PENETRATION AT 25 C

V|SCOSITY. POISES

150 ISO HO löO |90 200 210 220 230 240 ?50

TEMTRAHSRE. C

(10)

V T I M E D D E L A N D E 2 0 8 Stittness modulus. N/mz F I +4 *4 103 io* .

1:_

_{* v3 »9:492 4 Nee-ewa \}

, i: e*

_1,;2

_{eeeexxxee>.§§ke§awi\\\\ew}

m

xa put um_ ton aua d

i? Revised van der Poet Nomograph for bitumenr stiffness

/ (Ref. c. van der Poel,J.Appt. Chem. 4_ (1954) 221)

Temperature difference, "C

000 60 0 to 20 30 40 50 60 70 eo *90 00 "0 120 00 MO |50 tGO WO tBO l90 200

Above pen Ullllllllllllllll'HHIHIILILLIIUIIIIIIlllLJ[Årtjilllllttlt[LJttIttttlltltlllijltlllllIIJ11111'tillllllllllllljlid Betow pen

r

/

The penetration-index (PDhOI been defined by: Exampie for a bitumen with Pl=+20 and Two p 1:75 0.

20- PI __ 5Otog pen at T,--tog pen ut T. I T0 obtain the stittness modutus at T=-H°C and a frequency of 10 Hz:

tOo PI _ T|_Tg connect tO Hz on time scale with 75-(-tt)=86° on temperature scale.

The stittness modutus, defined as the ratio ale =etresslstrain, is a tunction Read S=5utOa N/m2 on network at PI=+2.0.

at time of toadinq (frequency). temperature difference with Two 9". and Pl. /

Two pm is the temperature at which the penetration would be 800.

-This is obtained by extrapotatinq the experimental tog penetration /

versus temperature line to the penetration value 800.

At low temperatures and/or high trequencies the stittness modulus .

ot att bitumens osymptotes to a limit of appr. 31109 N/mz. /

Units: .

r N/mz =tO dyn/cmz ==t.021|0 5 tigt/cm.2 :1.45110-4 tb/sq.in. /

1 N s/ma =ro P

KSLA, August 1953, 3"1 edition 1972 /

owe. 69.12.1164b _rum-»hm _{Freqnemy. H1}

5 4 3 2

tO I? 10 10 IO tlh ein 51h non iclioylzd 17a 30a nian: IOy tOOv

. _Frr _r _TTT _Y _rlr ₁i _'tr r rr I IVH IIITi 468] 2 468] 2 460] 2 4681 2 16:] 2 468] 2 468 10* 10° 10° 107 10° io9 io'° v-< " ' : 0 -4 O -i ' N .. .r _ ' -N Time ot loading, 5

(11)

V T I M E D D E L A N D E 2 O 8 0/ 90 21 40 69 PENEIRAIION. 0.! mm I (f ... ... . .. ... .. mm .. .. .. .. . . ... 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 00 90 100 HO |20 150

Demqn by Kmamujm/Shell-Lobomtaium, Amsterdam

Capylith Shell Resnuch NV .

BHUMEN TEST DATA CHÄRT

(Rel W Heukelom. J hsl. Pen 55 (1969MO4 #417)

TYPICAL EXAMPLE OF A CLASS W BITUMEN

COMPARED WITH A CLASS S BITUMEN

VISCOSHY. POISES

150 30 170 |80 |90 200 2|0 220 230 240 250

TEMPERAIURE. '0

Figur 3. Diagram enligt Heukelom med en destillerad asfalt av notmal kvalitet och en destillerad asfalt inñehållande krlstalliserande paraffinvaxer (1).

(12)

V T I M E D D E L A N D E 2 0 8 Pmannen. 01 mm (9 1

.. Bitumen Test Data Chart

(Rel. W. Hedelom, J. 1nsl. Petr. §§119691404-4I7)

wscosm. ?01553 105 s (RIG) . .... .. - 50 - 40 - 30 -20 - 10 0 10 ' 20 30 40 50 60 10 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 TEMPERATURE. 'C

Design by Konirüligke/SheH-Lobomlovkm, Amsterdam

Cut/111th Shell Research NV.

(13)

En oxiderad asfalt fri från paraffinvaxer

represente-ras Vid högre temperaturer av en rät linje och under

sin mjukpunkt av en annan rät linje som är flackare

(högre penetrationsindex),se fig. 4. Paraffinvaxer

ger störningar på samma sätt som vid destillerad

asfalt.

Det framgår av fig. 1, 3 och 4 att maximikrav på brytpunkten styr kvaliteten mot högre brytningsindex och mindre kristallisation av paraffinvaxer i

lågtempe-raturområdet.

Under antagande att det är mycket obetydlig kristalli-sation av paraffinvaxer under OOC skulle kanske bryt-punkten kunna ersättas av penetrationen vid OOC. Ska denna penetration kunna hanteras i diagram enl Heukelom

måste den bestämmas på samma sätt sompenetrationen

vid 250C, dvs med belastningen 100 g och tiden 5 s. Vare sig man bibehåller fordran på brytpunkten eller ersätter denna med fordran på annan lågtemperaegenskap skulle man kanske i många fall kunna nöja sig med att göra en extrapolering från viskositeten vid GOOC genom penetrationen vid 250C. För oxiderade kvaliteter och kvaliteter som innehåller paraffinvaxer smältande eller kristalliserande i området 25-600C skulle det i dia-grammet avlästa (genom extrapolering erhållna) värdet för lågtemperaturegenskapen i fråga med största

sanno-likhet bli Sämre än det som bestäms experimentellt.

Endast om det avlasta värdet inte bleve godkänt med Viss

marginal skulle då en experimentell bestämning i

låg-temperaturområdet behöva tillgripas.

En komplikation är att brytpunktskravet ligger på materialet efter upphettning enligt TFOT, medan penetrationen Vid 250C gäller ursprungligt prov, på vilket också finns fordran på viskositet vid 6OOC

(14)

(bilaga 1). Brytpunkten kan stiga något vid upphett-ningen, dock inte gärna mer än ett par grader med

kvaliteterna 1978, på vilka utvärderingen enligt

nedan görs. De analyser som gjordes 1976 gav genom-snittligt ingen förändring av brytpunkten vid

upphett-ningen.

3 UNDERSÖKNIFGÃR OCH RESULTAT

3.1 Penetrationen vid OOC

Penetrationen vid OOC, 100 g, 5 5 har bestämts experi-mentellt på de för kvalitetskontroll åren 1978 och 1979 av Statens Vägverk uttagna proven på asfalt. Penetra-tionsmetoden beskrivs i bilaga 2.

År 1978 bestämdes penetrationen bara på en penetra-tionsburk av varje asfalt, dock med minst tre nålar. Resultaten ges i tabellerna 1 och 2. Medelvärdet för

de tre nålarna har betecknats med å,

standardavvikel-sen med s och skillnaden mellan största och lägsta värde med w. Det experimentellt bestämda värdet har jämförts med det värde som kan avläsas i diagrammet enl Heukelom efter dragning av en rät linje från viskositeten vid 6OOC genom penetrationen vid 25OC till temperaturlinjen OOC. För en del av proven har det experimentellt bestämda värdet blivit mycket högre än det diagramberäknade, se kvalitet 210-300. Detta bör inte utan kritisk granskning tillskrivas kristal-lisation av paraffinvaxer. Kan den stora differensen i en del fall bero på att temperaturen i verkligheten

inte varit OOC vid penetrationsbestämningen, på något apparatfel eller på en förhårdning i asfaltytan?

Efter-som det är fråga om en mycket ringa nedträngning av nålen kan en förhårdning i asfaltytan få mycket stor betydelse.

(15)

Tabell 1 1978 års prov, kvaliteterna med penetration vid 2500 70-100 V T I M E D D E L A N D E 2 0 8 Kvalitet 70-100 Prov VTI nr 7229 7293 7313 7500 7340 7566 7398 7396 7613 7639 Datum 1978 06-28 06-30 08-02 08-22 08-23 09-05 09-06 09-07 09-26110-12 . . 0 Penetratlon V1d 0 C (1) Exper. best. L0 0 0 \D k D N O O * -Q ' O O kO < 1 ' O O I\ I n g (2) Ur pen. 2500 - Visk. 600C 7 6 (3) Differens (2)-(1) +3 -1 -3 0 -G O +2 +2 +1 Brytpunkt (4) Experimentell bestämning -15 -16 -20 -11 -18 -17 -15 -16 -14 -16

(5) Ur pen. 2500 « Visk. 6000

-17

-16

-18

-15

-17

-15

-17

-16

-15

(6) Ur (1) -10 -17 -20 -15 -21 -15 -17 -12 -16 -14 (7) Differens (5)-(4) -2 0 +2 -4 +1 +2 -2 0 -2 +1 (8) Differens (6)-(4) +5 -1 0 -4 -3 +2 -2 +4 -2 +2

(16)

V T I M E D D E L A N D E 2 0 8

Tabell 2 1978 års prov, kvaliteterna med penetration vid 2500 145-210 och 210-300

Kvalitet Prov VTI nr Datum 1978-145-210 _210-300 7641 06-26 06-29 06-30 08-227292 7312 7395 _{06-27 06-29 07-03 08-03 08-30 09-21}7227 7272 7228 7316 7370 7498 _{10-18 10-31}7642 7614 7638 7646 . . o Penetration Vld 0 C (1) Exper.best. IK U J B (2) Ur pen. 2500 -visk. 6000 (3) Differens (2)-(1) Brytpunkt (4) Experimentell bestämning (5) Ur pen. 2500 - visk. 6000 (6) Ur (1) (7) Differens (5)-(4) (8) Differens (6)-(4) -25 -22 -22 +3 +3 -22 -22 -22 -23 -17 O \ f \ 0 0 0 -L ÖN v. . + -23 -17 +2 +8 R ' F N 0 0 : 3 0 a n + -23 -22 -16 +1 +7 a O O w-N 1\ +9 -21 -25 -18 +3 -23 -23 -24 k o m n m o v-* J N -21 -23 -22 -1 -19 -22 4-19 0 -20 -24 -23 -24 -24 -4 +3 -4 +2 -26

-18

-22

-19

-4

00

-18

-24

-6

10

(17)

11

År 1979 bestämdes penetrationen vid OOC för den skull på två penetrationsburkar. I enlighet med rutinen på VTI hade varje laboratorieprov fyllts upp på penetra-tionsburkar och hade asfaltytan belagts med

aluminium-folie så att praktiskt taget fullkomligt skydd mot

luft skulle erhållas vid upphettning i samband med senare provning. Aluminiumfolien fick nu vara kvar in i det längsta efter det att burken tagits ut från värmeskåpet för att svalna. Resultaten av bestäm-ningarna ges i tabellerna 3 och 4.

Det framgår av tabellerna att värdena i allmänhet är

säkra på en enhet när, Endast för ett av de 20 proven erhölls så stor differens mellan kg och 21 som två

penetrationsenheter, och först efter det att differensen

beräknats på de till heltal avrundade värdena. Något

samband mellan differensen och penetrationens storlek har ej kunnat påvisas (vid lineär regressionsanalys

erhölls korrelationskoefficienten 0,34).

Ser man så på differensen mellan det diagrambestämda och det experimentellt bestämda värdet för 1979 års

prov, tabellerna 3 och 4 finner man att det senare

i allmänhet blivit lägre. I intet fall har det experi-mentella värdet blivit högre. I några fall har diffe-rensen blivit stor, dock inte på långt när så stor som de största differenserna för 1978 års prov. Orsaken till differenserna kan tänkas vara

a) fel i värdena för viskositeten vid GOOC och/eller penetrationen vid 250C,

b) kristallisation av paraffinvaxer under 250C

c) fel i de experimentella bestämningarna av

pene-trationen vid OOC

d) överskattning av diagrammets precision och allmän-giltighet

(18)

'V TI Pl '5"4...! -D D E L A N D E 2 0 8

Tabell 3 1979 års prov, kvaliteterna med penetration vid 250C 50-70 och 70-100

Kvalitet Prov VTI nr Datum 1979 50-70 70-100 7782 05-30 06-07 06-19 08-318005 7802 7948 09-06 09-06 09-26 09-277921 8144 7992 8158 09-288141 . . o Penetratlon v1d 0 C

(1)

(2)

(3)

(4) (5) (6)

(7)

(8)

(9)

I N Exper. best. 1 t -' F m 3 Avrundat §1 Exper. best. 2 01 I N ' w 3 Avrundat §2 Differens (1)-(3) utan tecken Differens (2)-(4) utan tecken Medelvärde av §1 och §2 Ur pen. 25OC -visk. 600C Differens (8)-(7) 3,31 0,09 0,18 3 3,53 0,28 0,69 4 0,22 +3 5,58 0,24 0,57 6 5,56 0,20 0,43 6 0,02 4,68 0,69 1,99 5

5,82

0,53

1,29

+2 5,13 0,19 0,34 5 5,08 0,38 0,84 5 0,05 5,81 0,18 0,37 6

5,76

0,28

0,53

6 0,05 5,02 0,18 0,41 5 5,14 0,28 0,56 5 0,12

5,90

0,33

0,72

6 5,56 0,23 0,53 6 0,34 4,99 0,20 0,43 5 4,91 0,14 0,33 5 0,08 12

(19)

'V TI M E D D E L A N D E 2 0 8

Tabell 4 1979 års prov, kvaliteterna med penetration yid 2500 100-145, 145-210 och 210-300.

Kvalitet Prov VTI nr Datum 1979- 100-145 145-210 210-300 7783 7735 06-05 06-07 06-267762 06-267781 08-097859 7902 7916 06-197779 06-198006 06-277786 09-067915 . . o Penetratlon Vld 0 C (1) Exper. best. 1 (2) Avrundat §1 (3) Exper. best. 2 (4) Avrundat §2 (5) Differens (1)-(3) utan tecken (6) Differens (2)-(4) utan tecken och E (7) Medelvärde av §1 2

(8) Ur pen. 2500 -Visk. 6OOC

(9) Differens (8)-(7) 0,31 0,61 8 11 11,34 0,16 0,34 9 11 0,31 9 15 0,67 1,30 13 12,72 0,18 0,40 13 0,12 13 15 +2

0,33

0,65

10 10,72 0,32 0,78 11 0,39 11 12 +1

11,03 12,60 10,33 11,17

0,25

0,44

11 12,35 0,54 1,28 12 1,18 12 14 +2 12,59 0,79 1,96 13 12,11 0,51 1,41 12 0,48 12 13 +1 11,52 0,27 0,53 12 11,93 0,06 0,14 12 0,41 12 12 0 11,86 0,29 0,58 12 10,38 0,47 1,15 11 1,48 11 13 +2

10,82

0,58

1,24

11 10,73 0,68 1,49 11 0,09 11 14 +3 10,46 0,36 0,65 10 11,16 0,26 0,62 11 0,70 11 13 +2 8,74 0,51 1,06 9 9,11 0,24 0,57 9 0,37 9 13 +4 13

(20)

14

Mot a) talar resultaten från undersökningarna angående brytpunkten, se 3.2. Om penetrationsvärdet vid 250C eller viskositetsvärdet vid 6OOC varit för högt, vilket

kunde vara förklaringen till att de diagrambestämda

värdena för penetrationen vid OOC blivit högre än de experimentellavärdena, skulle det diagrambestämda

brytpunktsvärdet ha blivit för lågt. Resultaten tyder

snarare på motsatsen.

Också mot b) talar kanske resultaten från undersök-ningarna angående brytpunkten. Kristallisation av paraffinvaxer borde, kan man tycka, också taga sig uttryck i ökning av brytpunkten, men inget som helst samband kan konstateras mellan det experimentellt bestämda brytpunktsvärdet och differensen mellan den diagrambestämda och den experimentellt bestämda

brytpunkten. Det kan emellertid tänkas att paraffin-vaxerna får mindre tillfälle att kristallisera vid

brytpunktsbestämmningen än vid bestämningen av penetra-tionen vid OOC, vid vilken kyltiden är väsentligt

längre.

Beträffande c) kan anföras följande:

Dubbelbestämningarna på 1979 års prov visade god över-ensstämmelse. Differensen mellan den diagrambestämda och den experimentellt bestämda penetrationen var för dessa prov mindre än för 1978 års prov. Det kan inte uteslutas att de mycket stora differenserna för några av 1978 års prov haft sin grund.i utförandet av

bestämningarna. Det må erinras om att 1979 års prov behandlats försiktigare genom att aluminiumfolien fått vara kvar längre för skydd av asfaltytan mot förhårdning.

Enligt d) torde större differenser än ett par penetra-tionsenheter ej kunna förklaras.

(21)

15

Diagrambestämning av brytpunkten

I tabellerna 1 och 2 redovisas bl a experimentellt bestämda brytpunktsvärden och

beräknade ur viskositeten vid

motsvarande värden

GOOC och penetrationen

vid 2500 med hjälp av diagram enligt Heukelom.

Diffe-rensen dem emellan har blivit negativ.

ömsom positiv, ömsom I tabell 5 ges resultaten från en statistisk behandling av de erhållna brytpunkterna, dels för populationen av prov inom varje kvalitet, dels för hela populationen av prov. Det framgår av tabell 5

att standardavvikelserna S och variationsbredderna R

blivit betydligt mindre för den diagrambestämda bryt-punkten.

Ser man värdena

1°c och

för den

avser materialet före

i samma tabell på differenserna mellan medel-å finner man dessa vara av storleksordningen

i enlighet med vad det bör vara lägre värde diagrambestämda brytpunkten eftersom denna

upphettning enligt TFOT. Resul-tatet talar för att de stora spridningarna av den

experimentellt bestämda brytpunkten är att hänföra till dålig repeterbarhet. Härtill återkommes nedan.

Tabell 5 Resultat från statistisk behandling av brytpunktsvärden (experimentellt erhållna och diagrambestämda) för 1978 års prov

Kvalitet

70-100 145-210 210-300

(1) Exper. best.,

i 0(2 -15,8

-21,8

-21,4

e "

2,4

3,4

2,8

w " 9 8 8

(2) Ur pen. zgoc

å Oc -16,2

-22,3

-23,1

-visk. 60 C,

s "

1,0

1,3

1,0

w 3 3 3

(3) Differens (2)-(1) Oc - 0,4

- 0,5

- 1,7

(4) Exper.bestö, i OC -19,1 (5) Ur pen. 2% C _ O -visk. 60 C, x C -20,1

(6) Differens (5)-(4) Oc

- 1,0

VTI MEDDELANDE 208

(22)

16

Brytpunkten har också diagramberäknats ur den experi-mentellt bestämda penetrationen vid OOC. Detta har till-gått på följande sätt: Först har dragits en rät linje genom viskositeten vid 6OOC och penetrationen vid 25OC. Därefter har parallellt med denna linje dragits en rät linje genom sagda penetration vid OOC. Brytpunkten har avlästs på sistnämnda linje. Resultaten ges i

tabellerna 1 och 2, av vilka framgår att den så diagram-bestämda brytpunkten givit sämre överensstämmelse med den experimentellt bestämda brytpunkten än den först diagrambestämda brytpunkten. Spridningen har blivit

mycket stor, och intet samband kan konstateras mellan

den experimentellt bestämda brytpunkten å ena sidan och differensen mellan den experimentellt bestämda och

den diagrambestämda penetrationen vid OOC å andra

sidan. De extremt låga experimentellt bestämda penetra-tionsvärdena vid OOC har alltså inte återspeglats i nämnvärt högre experimentellt bestämda brytpunkts-värden. Om detta skulle ha varit fallet kunde man ha dragit slutsatsen att det varit fråga om kristallisa-tion av paraffinvaxer under 250C.

4 SLUTSATSER

Resultatet av undersökningarna angående penetrationen vid OOC har blivit nedslående; Det var tänkt att man på ett enkelt sätt skulle komma fram till en metod för ersättning av brytpunkten. Flera frågor återstår

emellertid att besvara för säker utvärdering av metoden. Eftersom denna i alla händelser inte kan ge direkt

funktionsanknutna värden är det förmodligen förståndigare

att satsa resurser på framtagning av ett töjningsprov vid OOC, som kan ge mer eller mindre direkt information om asfaltens förmåga att klara sättningar av belägg-ningen och temperaturchocker.

(23)

17

Diagrambestämning av brytpunkten på basis av penetra"

tionen Vid 250C och viskositeten vid GOOC kan däremot

föreslås som en metod för rutinkontroll av asfalt.

Dock må den ersätta den experimentella brytpunktsbestäm-ningen endast om det erhållna värdet mer än väl mot-svarar fordringarna.

(24)

(2)

(3)

(4)

(5)

18 LITTERATUREÖRTECKNING

Heukelom, W: "An improved method of characterizing asphaltic bitumens with the aid of their mechanical prOperties". Proceedings of the Association of Asphalt Paving Technologists 1973.

Van der Poel, C: "A general system describing the Visco-elastic prOperties of bitumens and its relation to routine test data". Journal of Applied Chemistry, May 1954.

Krom, CJ & Dormon, G M: "Consideration of a general functional specification for road bitumens on the basis of performance require-ments under critical circumstances". Seventh World Petroleum COngress, Mexico, 1967.

Dormon, G H: "Some observations on the

properties of bitumen and their relation to performance in practice and specifications". First Conference on Asphalt Pavements for

Southern Africa, held in Durban 1969.

Edwards, J M: "Bitumen specifications and quality". The Conference on Road Engineering in Asia and Australasia, held in Kuala

Lumpur 1973.

(25)

V T I M E D D E L A N D E 2 0 8 Typbeteckning alternativt 35-50 50-70 70*100 F 100-145 145-210 210-300 300-430 140 135 12A 115 Penetration vid 250C 35-50 50-70 70-100 100-145 145-210 210-300 300*430

Viskositet vid 6OOC minst Ns/m2 300 200 120 80 50 30 20

Viskositet vid 135°C

minst 400 310 260 215 180 150 130

Mjukpunkt minst 53 49 46

₍₃₎

(3)

Löslighet minst 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 Flampunkt minst 220 220 200 200 200 180 180 Densitet vid 250C g/ml

₍₃₎

Viktförlust högst 0\0 1,0 1,0 Brytpunkt högst -15 -20 xe q ; e J a d

e

Visk. vid 6OOC

högst Ns/m2 2000 1300 800 500 350 200 150

Duktilitet b ur ui q e q d d n i s ue ña

vid 25°c

vid 1000

minst minst cm cm 15 25 50 75 100 50 75 Anmärkningar:

₍₁₎

(2)

(3)

l Ns/m2 l mmZ/s

ingen fordran men bör bestämmas vid fullständig analys 10 poise l centistok T R A F I K I N S T I T U T 1 9 7 8 -1 0 -3 0 K V A L I T_E T S N O R M E R F ÖR V ÄG A S F A L T F ÖR E S L A G N A S T A T E_N S V ÄG V E R K I E N S K R I V E L S E F R ÅN S T A T E N S V ÄG -O C H B i l a g a 1

(26)

Bilaga 2

Sida 1 (4)

BESTÄMNING AV PENETRATIONEN VID OOC

För bestämning av penetrationen vid OOC har använts ett instrument som erhållits genom ombyggnad av en standardpenetrometer med anordning för automatisk be-lastning under tiden 5 5.

Det ombyggda instrumentet visas i figur 1. I figur 2

visas en närbild av den mot mätklockan utbytta

anord-ningen.

Figur 1. Den ombyggda penetrometern.

(27)

*Bilaga 2

Sida 2

Figur 2. Närbild (belastningsstaven med den påmonte-rade kärnan borttagen).

Vid ombyggnaden ersattes mätklockan med en lägesgivare av fabrikat HBM och typ W1E/5 (a). Lägesgivarens kärna monterades på belastningsstaven (b) i vilken penetra-tionsnålen fastsätts (inkl nål och montage av kärnan är lasten 100 g). Lägesgivarens spole kan förskjutas i vertikalled med hjälp av en mikrometer (o), som är fast anbringad vid penetrometerns bygel (d).

(28)

Bilaga 2 Sida 3

Till lägesgivaren användes en förstärkare tyvaC1A av samma fabrikat för utspänning i4 volt för fullt

mätom-råde, som är i1 mm (= i10 penetrationsenheter). Till

utrustningen hör också en pultlåda (e) med

strömför-sörjning till lägesgivaren/förstärkaren och med

digi-tal panelmeter med elektrisk nollställning för visning

av mätresultatet i millimeter.

Mätningen tillgår på följande sätt:

Moment 1: Belastningsstaven med penetrationsnålen

förs upp tills bygeln tar emot och låses.

Moment 2: Bygeln sänks med hjälp av ratten (f)

tills nålen får kontakt med asfaltytan.

Moment 3: Med hjälp av mikrometerskruven sätts

lägesgivarens spole i sådant läge att

digitalinstrumentet visar 0,00.

Moment 4: Belastningsstaven med penetrationsnålen

frigörs 5 5 med hjälp av automatlådan (g).

Moment 5: . Därefter avläses mätresultatet på

digi-talinstrumentet.

Asfaltprovet förutsätts.vara uppgjutet på penetrations-burk(-ar) med asfaltytan belagd med aluminiumfolie. För

tuppfriskning av asfalten får burken stå 1 h i

värme-skåp vid 1200C. Sedan burken fått svalna 5 min på la-boratoriebänk tas folien bort och burken får svalna ytterligare ca 2 h vid rumstemperatur. Burken termosta-teras därefter 2 a 2% h i isbad och flyttas slutligen till isbad på penetrometerstativet.

En bestämning baseras på resultaten från åtminstone

3 nålar.

(29)

Bilaga 2

Sida 4

Penetrometerns tillförlitlighet kan kontrolleras med hjälp av mikrometern. En ändring i mikrometerinställ-ningen kan avläsas på digitalinstrumentet.

(30)