Kalltillverkad asfalt - slit- och bärlager av asfaltemulsionsbeläggning : slutrapport av provvägsförsök 1993-1999

(1)

VTI notat 81-1999

Kalltillverkad asfalt - slit* och bär

lager av asfaltemulsionsbeläggning

Slutrapport av prowägsförsök 1993-1999

Författare

Torbjörn Jacobson och

Fredrik Hornwall

FoU-enhet

Väg- och banteknik

Projektnummer

60425

Projektnamn

Emulsionsbeläggningar

U ppd ragsgivare

Vägverket

(2)

(3)

Förord

För att förbättra kunskapsläget i fråga om emulsionsbeläggningar har ett antal provvägar och kontrollsträckor under snart sex år följts upp av VTI.

Undersökningen har finansierats av Vägverket (huvudkontoret) i Borlänge. Kontaktmän har varit Svante Johansson och Bengt Krigsman på huvudkontoret och Bo Simonsson från Vägverket Produktion medan Torbjörn Jacobson varit projektledare vid VTI. Från VTIs sida har också Fredrik Hornwall, Fredrik Nilsson och Karl-Axel Thörnström medverkat i projektets olika delar.

Linköping i december 1999,

(4)

(5)

Innehåll

Sa m m a n f a t t n in g____________________________________________________________ 5 Ba k g r u n d___________________________________________________________________9 ASFALTEMULSIONSBETONG - ALLMÄNT_____________________________________ 10 Pr o vv ä g a r o c h k o n t r o l l s t r ä c k o r - s y f t e_____________________________ 12 Sa m m a n s t ä l l n in g ö v e rp r o v n in g s o b j e k t_______________________________ 13 Up p f ö l j n in g a v p r o v- o c h k o n t r o l l s t r ä c k o r__________________________ 14 Vä g 2 4 3 , De g e r f o r s - M o _________________________________________________ 15 Provsträckor________________________________________________ 15 RST-mätning________________________________________________ 18 Plastiska deformationer_______________________________________ 20 Friktion____________________________________________________ 21 Borrkärnor_________________________________________________ 2 2 Skadeutredning på sträcka 3____________________________________ 2 7 Besiktning__________________________________________________ 30 VÄG 7 9 2 , St ä l l b e r g - St ä l l d a l e n_______________________________________ 35 Provsträckor________________________________________________ 35 RST-mätning________________________________________________ 37 Plastiska deformationer_______________________________________ 39 Friktion____________________________________________________ 39 Borrkärnor_________________________________________________ 40 Specialundersökning, sträcka 3 _________________________________ 44 Besiktning__________________________________________________ 45 VÄG 7 1 8 , Hä r n ö s a n d______________________________________________________ 4 8 Kontrollsträckor_____________________________________________ 48 RST-mätning________________________________________________ 49 Borrkärnor_________________________________________________ 50 Besiktning__________________________________________________ 53 VÄG 7 3 5 , PÅBO, VÄSTERGÖTLAND_________________________________________ 55 Kontrollsträcka______________________________________________ 55 RST-mätning________________________________________________ 55 Borrkärnor_________________________________________________ 5 7 Besiktning__________________________________________________ 58 Ko m m e n t a r e r o c h s l u t s a t s e r____________________________________________ 61 Li t t e r a t u r_________________________________________________________________ 67

Bilagor

1. Anvisningar i VÄG 94 för AEB och AEG

2. RST-mätning, väg 243, Degerfors - Mo, hösten 1997 3. RST-mätning, väg 243, Degerfors - Mo, hösten 1998 4. RST-mätning, väg 792, Ställberg - Ställdalen, hösten 1997 5. RST-mätning, väg 792, Ställberg - Ställdalen, hösten 1998 6. RST-mätning, väg 735, Påbo, hösten 1997

(6)

(7)

Sammanfattning

Utvecklingen av nya bindemedel och beläggningstyper inom kallsidan har ökat möjligheterna och därmed intresset för kallblandade asfaltmassor. De problem med avrinning och spill av bindemedel som tidigare var vanliga för öppna emulsionsmassor anses numera vara avhjälpta genom denna utveckling. Mycket precisa emulsioner som kan anpassas till stenmaterialet, samt förfinad tillverkningsteknik i verken, har på ett markant sätt ökat möjligheterna för kallblandad asfalt.

Kallblandad asfalt är en resurssnål teknik jämfört med varmblandad. Vid tillverkning av emulsionsbeläggning behöver, till exempel, inte stenmaterialet värmas upp. Mobila verk minimerar transporterna av stenmaterial och asfaltmassa vid produktion. Kallblandad asfalt används huvudsakligen på låg- till mellantrafikerade vägar där materialets flexibla egenskaper bäst kommer till sin rätt.

Rapporten beskriver fyra vägobjekt med slitlager av asfaltemulsionsbetong (AEB), och två vägobjekt med bärlager av asfaltemulsionsgrus (AEG). I två fall handlar det om provvägsförsök med ett större antal provsträckor inblandade medan övriga objekt behandlar uppföljning av ordinarie beläggning (kontrollsträckor). I samtliga fall lades beläggningar under sommaren och hösten 1993 och provvägarna är belägna i Bergslagen medan kontrollsträckorna ligger i Ångermanland och Västergötland. Trafikvolymen ligger för de aktuella vägarna mellan 400-1 500 fordon per dygn, det vill säga det handlar om lågtrafikerade vägar men i flera fall är andelen tunga fordon förhållandevis stor. De bitumenemulsioner som förekommer i undersökningen har bindemedel med viskositeter mellan 2000- 10000 medan de som idag föreskrivs för AEB och AEG i VÄG 94 ligger mellan 10 000-20 000 (något hårdare bitumen). När AEB vidareutvecklades i början av 90-talet (provvägarna planerades 1992/93), förelåg önskemål om en mjuk, flexibel och tät, kalltillverkad beläggning som bland annat kunde tänkas ersätta oljegruset och vara ett alternativ till MJOG (halvvarm teknik) som har en öppnare gradering. Ett syfte med provvägarna är att studera hur bindemedlets viskositet (hårdhet) och valet av stenmaterial inverkar på massans och beläggningens egenskaper, både vid tillverkning och utläggning, samt långsiktigt på vägen. En viktig frågeställning för täta massor med mjukbitumen är deformationskänsligheten för tung trafik, effekten av rundat stenmaterial (åsgrus) samt risken för blödningar (bindemedelsseparationer kan uppträda varma dagar). I försöken ingår därför både helkrossat bergmaterial och krossat åsgrus samt mjukare och hårdare varianter av mjukbitumenbaserade emulsioner. Den långsiktiga, systematiska uppföljningen av prov- och kontrollsträckorna belyser också frågor som berör livslängd, hållbarhet och vägytans tillstånd hos kalltillverkad, mjukgjord asfaltbetong.

Tidigare publikationer inom detta projekt är VTI notat 40-1994, 11-1995 och 78-1997. I denna rapport redovisas samtliga provtagningar, mätningar och

(8)

Provvägsförsöken visar att asfaltemulsionsbeläggning (AEB och AEG) enligt det nya konceptet (tätare gradering och mjukare bindemedel) med ett undantag fungerat bra. Vid tillverkningen och utläggningen av asfaltmassan observerades inga problem med bindemedelsavrinning utan det emulsionsvatten som förekom var klart och rent.

Resultaten från vägen visar att AEB med bra materialsammansättning inte är speciellt känslig för spårbildning och det gäller även för de sträckor där mjukare varianter av bitumenemulsioner (viskositet <5000) förekommer samt för sträckorna med krossat åsmaterial. Överlag är efter drygt fem års trafik spårbildningen oväntat liten enligt de årligen återkommande RST-mätningarna (3- 5 mm). Om hänsyn tas till den första tiden efterpackningen (första sommaren) som låg på högst 2 mm är den årliga spårtillväxten mindre än 1 mm. Det innebär att den här typen av beläggningar, trots relativt höga hålrum och mjuka bindemedel, inte kan betraktas som speciellt deformationskänsliga under förutsättning att kornstorleksfördelningen är bra, speciellt med avseende på fillerhalten.

I några fall har, efter en tids trafik, plastiska deformationer och blödningar uppstått. Anledningen verkar enligt den utredning som gjorts vara att materialet (asfalten) blivit alltför tätt på grund av att filler- och i viss mån bindemedelshalten blivit för hög samtidigt som vägen utsatts för förhållandevis stor andel tung trafik. På det objektet där rundare stenmaterial användes uppkom också efter 5-6 års trafik relativt omfattande stenlossning, vilket inte de andra objekten med krossat berg uppvisade. Överraskande är att den mjukaste bindemedelsvarianten (viskositet 2000) under mätperioden klarat flera av de varma somrarna bra, både avseende stabilitet och i fråga om blödningar trots att en del av sträckorna utsatts för full solbestrålning (öppen terräng).

Vägbanans ojämnhet, uttryckt i IRI (mm/m), ligger för den här typen av beläggningar på en relativt hög nivå (IRI-värden 1,5-2,3). Huvudanledningen är att kallblandade massor ofta blir styva och tröga att lägga ut i jämförelse med varm asfalt och därför kan konventionella asfaltläggare ha svårt att lägga ut kallasfalt på ett helt acceptabelt sätt. Även de sträckor som innehåller tillsats av Maxcoat, ett motmedel för styvare massor och vars uppgift är att göra massan smidigare, uppvisar ungefär samma jämnhet som motsvarande sträckor utan tillsats av Maxcoat. En bidragande orsak till höga IRI-värden kan också vara ojämnt underlag eller ojämna tjällyftningar, vilket är vanligt för lågtrafikerade vägar. RST-mätningarna visar också att vägbanans makrotextur (ytskrovlighet) påverkas av bindemedlets hårdhet och tendensen är att de styvare varianterna erhåller en råare och öppnare yta, framför allt med tiden. Vid blödningar blir texturvärdena låga genom att ytan blir slät. I de flesta fall har ytan blivit skrovligare med tiden, åtminstone efter tre till fem års trafik, vilket tyder på att en del materialförluster (sten och bruk) kan ha skett, eventuellt orsakade av dubbslitaget. De allra mjukaste varianterna bibehåller dock ursprunglig skrovlighet (slätare yta), sannolikt beroende på att ytan blir mjuk på sommaren och då knådas till av den tunga trafiken.

(9)

Friktionsmätningarna visar att våtfriktionen ligger på en hög nivå om inte blödningar förekommer. På den sträcka som uppvisat kraftiga blödningar hamnade friktionen mätt över hela sträckan på 0,4 i medeltal. På övriga sträckor (utan blödningar) låg friktionen mellan 0,7-0,9. Provsträckorna med helkrossat bergmaterial erhåller överlag högre friktion än de med krossat naturgrus. Vägytan är också betydligt skrovligare (makrotextur 0,5-0,8) för sträckorna innehållande helkrossat material jämfört med sträckorna innehållande krossat naturgrus (makrotextur enligt RST på 0,3-0,5).

Laboratorieundersökningar av borrkärnorna visar att emulsionsbeläggning är ett material med föränderliga egenskaper. I allmänhet har hålrumshalterna minskat samtidigt som draghållfastheterna ökat under det första åren efter åtgärd och framför allt för den del av beläggningen som ligger i hjulspåren. Speciellt för de hårdare bindemedelsvarianterna har pressdraghållfastheten ökat markant med tiden. Efter drygt två års trafik varierar hålrumshalten för AEB-lagret mellan 3-16 % medan pressdraghållfastheten ligger mellan 250-550 kPa. De lägre hålrumsvärdena representerar fetare ytor med i vissa fall blödningar. I de flesta fallen ligger hålrumshalten efter ett par års trafik mellan 6-12 % och draghållfastheten mellan 300-400 kPa. Beständigheten verkar vara bra enligt de provningar som gjorts på borrkärnor och vidhäftningstalen ligger i de flesta fall över 80 %.

Bärlager av asfaltemulsionsbetong, AEG, uppvisar hålrumshalter mellan 15,0-18,0 % och draghållfastheter mellan 180-250 kPa. Det innebär att AEG är något öppnare än AEB. Den här delen av undersökningen omfattar endast ett fåtal prov beroende på att endast två objekt följts upp och att en del av borrkärnorna också var trasiga. RST-mätningarna visade att kontrollsträckan med AEG-bärlager erhållit något större spårbildning jämfört med referenssträckan med varmmassa, AG. I båda fallen utgjordes slitlagret av AEB.

Enligt de upprepade skadeinspektionerna 1993-99, har förutom en del blödningar, deformationer och med tiden omfattande materialsläpp på en del av provsträckorna vid Degerfors, inga beläggningsrelaterade skador uppstått under de sex år som gått sedan emulsionsbeläggningarna lades. Överlag ser beläggningsytorna råare och öppnare ut nu (1999) än efter det första året (1994) och en del lokal stenlossning har observerats. Ytorna har dock inte behövt åtgärdas ännu förutom några mindre förseglingar i ett tidigt skede (Ställberg, 1993) på grund av separationer i nylagd massa. Efter ett par års trafik började lokala bärighets- och tjälrelaterade sprickor dyka upp på flera av sträckorna och har med tiden blivit flera men ingen systematisk skillnad föreligger mellan de olika provsträckorna eller objekten.

(10)

(11)

Bakgrund

Utvecklingen av nya bindemedel och beläggningstyper inom kallsidan har ökat möjligheterna och därmed intresset för kallblandade asfaltmassor. De problem med avrinning och spill av bindemedel som tidigare var vanliga för öppna emulsionsmassor anses numera vara avhjälpta genom denna utveckling. Mycket precisa emulsioner som kan anpassas till stenmaterialet har ökat möjligheterna för kallblandad asfalt. Numera går det till exempel att blanda in relativt höga bindemedelshalter i förhållandevis täta massor beroende på att emulsionen bryter och fäster på stenmaterialet i ett tidigt skede, till viss del redan under blandningsprocessen.

Blandningstekniken i verken har också utvecklats på senare år och framför allt vid kontinuerlig blandning av massorna. Ett exempel på detta är att ett eller flera olika typer av bindemedel stegvis kan blandas in i stenmaterialet, vilket medför att förutsättningarna för att tillverka en homogen massa med bra täckningsgrad på stenmaterialet har ökat avsevärt. De nya blandningsförfarandena medför också att recepten bättre än tidigare kan anpassas (skräddarsys) efter rådande förhållanden, till exempel avseende väderlek eller efter stenmaterialets egenskaper och sammansättning som kan variera från objekt till objekt.

(12)

Asfaltemulsionsbetong - allmänt

Kalltillverkning av asfalt är en resurssnål och miljöanpassad teknik. Eftersom stenmaterialet inte behöver värmas upp sparas energi och utsläppen av rökavgaser elimineras. Tekniken är mycket flexibel. Mobila blandningsverk och lokal emulsionstillverkning innebär att transportbehovet blir minimalt. Kallteknik lämpar sig också bra för glesbygd, långt från stationära asfaltverk. Kallblandad asfalt är också förhållandevis enkelt att återvinna. Återvinningen kan antingen ske i enklare blandningsverk genom tillsättning av nytt bindemedel (ibland även stenmaterial och vatten) i uppfräst och krossat granulat eller genom markinblandningsmetoder (stabilisering eller remixing) på vägen.

Kallblandade beläggningar används idag huvudsakligen på låg- till mellantrafikerade vägar (ÅDT <1500 fordon/dygn) och materialets flexibla egenskaper kommer bäst till sin fördel på vägar med sämre bärighet. Kallblandade massor är också normalt billigare än varmblandade massor men den låga prisnivån på senare tid för varmmassa och det ökande intresset för kall- till halvvarm asfaltåtervinning har medfört en svårare konkurrenssituation för asfaltemulsions betong. Emulsionerna har också blivit dyrare.

1 VÄG 94 (se bilaga 1) finns anvisningar för slit- och bärlager av asfaltemulsions betong (AEB 8, 11, 16 och AEG 16, 22 mm). Dagens emulsionsbeläggningar är av tät, kontinuerlig gradering och bör inte förväxlas med de tidigare öppna emulsionsbeläggningarna. Tät asfaltemulsionsbetong kan också sägas vara en emulgerad variant av mjukgjord asfaltbetong typ MJAB och MJAG och kravspecifikationerna i VÄG 94 är i stort sett identiska mellan de två beläggningstyperna. I båda fallen föreskrivs mjukbitumen eller emulsion baserad på mjukbitumen med viskositeten 10 000, 15 000 och 20 000 mm2/s. I de försök som redovisas i denna rapport ligger bindemedlets viskositet under 10 000 mm2/s, det vill säga de är mjukare och i detta avseende påminner de mera om mjukbitumenbundet grus med oljegrusgradering (MJOG). MJOG har dock en öppnare gradering (större andel grovt material) jämfört MJAB och AEB.

Bindemedelshalten för AEB 16 anpassas efter bindemedlets viskositet och riktvärdet enligt VÄG 94 ligger mellan 4,6-5,1 % för viskositetsintervallet 10 000- 20 000 mm2/s. Vid lägre viskositeter reduceras bindemedelshalten och i intervallet 2 000-9 000 mm2/s (aktuella viskositeter för provvägarna) hamnar riktvärdet på 4,1-4,4 % bindemedel. Den förhållandevis låga bindemedelshalten i massan och det faktum att kalla massor inte kan packas till lika låga hålrumsnivåer som varma massor innebär att beläggningar typ AEB och AEG erhåller relativt höga hålrumshalter (10-20 vol-% i hålrum), speciellt i början innan beläggningen härdat färdigt och trafiken packat till materialet. Med tiden sjunker dock hålrumshalten, ibland avsevärt, och hamnar på nivåer mellan 5-15 vol-%. Av den anledningen finns i VÄG 94 inga krav på hålrumshalter för AEB och AEG. Det är viktigt att komma ihåg att asfaltemulsionsbeläggningar behöver ett högre hålrum jämfört med varma massor för att vattnet skall kunna avdunsta. I emulsionerna ingår också vidhäftningsmedel som förbättrar beläggningens hållbarhet och gör den mindre känslig för vattenpåkänningar. Bitumenet åldras inte heller nämnvärt vid

(13)

De emulsioner som idag används är av typen katjonaktiva, vilket innebär att de genom kemiska reaktioner bryter mycket tidigt mot stenmaterialet, speciellt om finmaterialinnehållet är stort. Detta är positivt för massan genom att risken för bindemedelsavrinning blir liten men medför sannolikt att materialet kan bli styvare och mer svårlagt och svårpackat. Den andra fasen i härdningsförloppet, förhårdningen av materialet, sker vid packningen och framför allt efter det att vattnet avdunstat från den nylagda beläggningen. Inverkande faktorer här är förutom massans och emulsionens sammansättning yttre faktorer såsom temperatur, nederbörd och trafikarbetet.

(14)

Föreliggande lägesrapport beskriver två provvägsförsök och ett par kontrollsträckor med slitlagerbeläggning av asfaltemulsionsbetong (AEB) och i ett fall bärlager av asfaltemulsionsgrus (AEG). Provsträckorna utfördes sommaren och hösten 1993 och är belägna i Närke, Västmanland, och Ångermanland.

Vägverket, Division Produktion, ansvarade för planeringen av provvägarna och har också tillverkat och lagt ut massorna. VTIs uppgifter har varit att dokumentera försöken, både utförandet (byggandet) och den långsiktiga utvecklingen på vägen genom kontinuerliga fältmätningar och besiktningar.

Ett syfte med provvägarna var att studera hur bindemedlets viskositet (hårdhet) och valet av stenmaterial inverkade på massans och beläggningens egenskaper, både vid tillverkning och utläggning, samt långsiktigt på vägen. En viktig frågeställning för täta massor med mjukbitumen har varit deformations- känsligheten för tung trafik och rundat stenmaterial (åsgrus) samt risken för blödningar. I försöken ingick både helkrossat bergmaterial och krossat åsgrus. Den långsiktiga, systematiska uppföljningen av prov- och kontrollsträckorna belyser också frågor som bland annat berör livslängd, hållbarhet och vägyteprestanda hos kalltillverkad, mjukgjord asfaltbetong. Kunskaperna inom detta område bedöms som litet, dels för att tekniken är förhållandevis ny, dels för att det handlar om en mycket nordiskt orienterad asfaltteknik, framtagen i första hand för glesbygdsvägar i kallt klimat med låg bärighet där flexibla och återläkningsbara beläggningslager behövs. Det är viktigt att komma ihåg att både AEB och MJAB till stor del är en vidareutveckling av oljegruset men med den skillnaden att beläggningen är tätare och har något hårdare bindemedel och därför riktar sig till vägar med något högre trafik (max ÅDTkjust- 1500 fordon).

I VTI notat nr 40-1994 finns en byggnadsbeskrivning med första årets (1993) mätningar. Notat 11-1995 och notat 78-1997 beskriver utvecklingen fram till

1997.1 detta notat redovisas mätresultat och besiktningar fram till hösten 1999. Provvägar och kontrollsträckor - syfte

(15)

Sammanställning över provningsobjekt

En sammanställning av data om prov- och kontrollsträckorna ges nedan:

Väg 243, Degerfors - Mo, Närke

• 6 sträckor med 90 kg/m2 AEB16 • recept: se figur 1

• ÅDTt: ca 1500 fordon, stor andel tunga fordon

• massan tillverkad sommaren 1993 av Vägverket, Produktion och genom kontinuerlig, stegvis inblandning av emulsion och stenmaterial (3 graderingar) • stenmaterial: krossat åsgrus

• bindemedel: BE 60 M/viskositet 2 000-9 000 (resultatet avser slutviskositeten efter inblandning av två emulsioner)

• variabler, bindemedlets viskositet, i några fall bindemedelshalten och inblandning av ”smörjmedlet” MaxCoat

Väg 792, Ställberg - Ställdalen, Västmanland • 6 sträckor med 90 kg/m2 AEB 16

• recept: se figur 13

• ÅDT t: ca 1000 fordon, mindre andel tunga fordon

• massan tillverkad hösten 1993 av Vägverket, Produktion och genom

kontinuerlig, stegvis inblandning av emulsion och stenmaterial (3 graderingar) • stenmaterial: helkrossat bergmaterial

• bindemedel: BE 60 M/viskositet 2 000-9 000 (resultatet avser slutviskositeten efter inblandning av två emulsioner)

• variabler, bindemedlets viskositet, i ett fall bindemedelshalten och inblandning av ”smörjmedlet” Maxcoat

Väg 718, Härnösand - Viksjö, Ångermanland • 2 sträckor AEBT11 och AG22 resp. AEG22

• recept: sträcka 1: 70 kg/m2 AEB11 (4,6 %) och 110 kg/m2 AG22. Sträcka 2: 70 kg/m2 AEB 11 (4,6 %) och 110 kg/m2 AEG22 (4,2 %).

• ÅDT t: ca 1500 fordon, stor andel tunga fordon

• massan tillverkad hösten 1993 av Vägverket, Produktion och genom

kontinuerlig, stegvis inblandning av emulsion och stenmaterial (3 graderingar) • stenmaterial: helkrossat bergmaterial

• BE 60 M/viskositet 5 000 (resultatet avser slutviskositeten vid inblandning av två emulsioner)

Väg 735, Påbo, Västergötland • 1 sträcka med AEB 16 och AEB 25

• AEB 16: 4,6 % restbitumen, 5 % filler, AEB25: 3,7 % restbitumen, 4 % filler • ÅDTt: 400 fordon, stor andel tunga fordon

(16)

Uppföljning av prov- och kontrollsträckor

Kallblandad asfalt med mjukbitumen kan sägas vara ett flexibelt och föränderligt beläggningsmaterial beroende på mjukt bindemedel, höga hålrum och innehåll av vatten. Det innebär att egenskaperna och tillståndet på vägen förändras med tiden, speciellt i början, och både i positiv och negativ riktning. Den första tidens trafik har oftast en positiv inverkan på beläggningen genom den knådning som vägytan erhåller. Nylagda emulsionsbeläggningar behöver också en ganska lång tid (helst vid varm väderlek) på sig för att materialet skall torka ut och härda ordentligt. Väderlek, temperatur och trafikintensitet är exempel på faktorer som härvidlag har stor betydelse. På längre sikt kan faktorer som är kopplade till beläggningens egenskaper ge utslag, framför allt om de yttre förhållandena är stränga (tung trafik, svåra vintrar, dålig bärighet mm). Därför behöver den här typen av beläggningar en längre tids uppföljning innan mer långtgående slutsatser kan dras.

Från hösten 1993 (första mätningen) fram till hösten 1999 har provvägen följts upp genom följande provningar och mätningar:

Tabell 1 Uppföljning av objekten.

Parameter Mätmetod

Spår RST

Jämnhet RST

Deformationer Primal

Friktion SAAB Friction Tester

Skador, sprickor, blödningar Okulär besiktning

Materialets tillstånd och egenskaper Borrkärnor och labprovning

Provningsfrekvensen varierar från år till år. Under 1999 har provsträckorna bara besiktigats.

(17)

Väg 243, Degerfors - Mo

Provsträckor

Provvägen är belägen på väg 243 på ett avsnitt mellan Degerfors och Mo. Vägen ligger till större delen i skogsterräng även om öppnare partier förekommer. Vägbredden är ca 6 m och ÅDT ca 1500 fordon, varav en stor del utgörs av tunga fordon. Vägen saltas vintertid vid behov annars sandas den. Den gamla beläggningsytan bestod delvis av IM med omfattande stensläpp. Innan slitlagret påfördes justerades delar av vägen med AEB.

Stenmaterialet utgjordes av krossat naturgrus från orten. Materialet var uppdelat på tre sorteringar, 0-4, 4-8 och 8-16 mm. Fraktion 8-11 mm hade krossytegraden 62/12, dvs. 62 viktprocent helt krossade korn och 12 viktprocent helt okrossade korn. Gruppen övriga korn (med både krossade och okrossade sidor) utgjorde alltså 26 viktprocent. Flisighetstalet var 1,36 och sprödhetstalet 43. Slipvärdet låg under 3,2.

Provvägen består av sex sträckor med slitlager av emulsionsbetong varav en är referens (sträcka 6). Bindemedlens viskositet varierar mellan 2 000 och 9 000 mm /s beroende på provsträcka. Blandningen av stenmaterial och bindemedel, två stycken per recept, skedde stegvis under processen. Noterbart är att bindemedelshalterna låg på förhållandevis höga nivåer och högre än vad VÄG 94 föreskriver (om bindemedelshalterna skulle korrigeras för viskositeten). Anledningen var troligen att den modifierade blandningstekniken möjliggjorde en högre bindemedelstillsats genom att täckningsgraden blev hög på stenmaterialet och att massan på så sätt fick en homogenare sammansättning än vid tidigare tekniker. Sträckornas läge på vägen, bindemedlets viskositet och beräknade restbitumenhalter redovisas i figur 1.

(18)

Bild 3 Utläggning. Bild 4 Avsandning.

Bindemedelshalterna anpassades efter bindemedlets viskositet och stenmaterialets korndensitet. Det innebär att bindemedelshalten blev högre vid hårdare bindemedel (högre viskositet). På ett par av sträckorna testades också kortare sträckor med varierande bindemedelshalt. För att se om massan eventuellt blev mer lättlagd tillsattes "smörjmedlet" MaxCoat de sträckor som innehöll de hårdaste bindemedlen. MaxCoatens uppgift är att dels ge massan smidigare läggningsegenskaper, dels medverka till att de två bitumena kan gå samman och fördelas i massan. Kalltillverkade massor tenderar att bli trögbearbetbara, speciellt vid kombinationen hög bindemedelshalt och hög viskositet.

Bild 5 Utlagd beläggning.. Bild 6 Kontroll av spår.

Arbetsrecept, stenmaterialprovningar och petrografi finns utförligt redovisade i Notat 11-1995 (lägesrapport 1995).

(19)

14/541 6907 6907 14/541 Mo 13/910 11/025 10/316 9/734 9/031 8/282 7/840 7/716 7/634 Provsträcka 6 Viskositet: ca 5000 13/910 11/041 10/841 Provsträcka 5 Viskositet: ca 9000 Vä med MaxCoat Hö utan MaxCoat 10/464 10/294 Provsträcka 4 Viskositet: ca 7200 med MaxCoat 9/847 9/703 Provsträcka 3 Viskositet: ca 3800 med MaxCoat 9/031 Provsträcka 2 Viskositet: ca 2900 utan MaxCoat 8/267 Provsträcka 1 Viskositet: ca 2000 utan MaxCoat 7/634 4,6% 4,6% 6276 6276 3407 13391 5,0% 3207 5,1% 4,85% 2830 2682 5,1% 2660 4,6% 5,1% 2213 2100 4,6% 2069 4,6% 4,6% 1397 1397 4,6% 4,6% 648 633 4,6% 4,6% 206 5,0% 4,6% 0 0 Degerfors

(20)

RST-mätning

Vid mätning med Laser-RST erhålls mått på vägens spårdjup, jämnhet i längsled (IRI) och makrotextur (ytskrovlighet uttryckt som RRMS, Rough Root Mean Square). I figurerna 2-5 redovisas utvecklingen från 1993 till 1998 och staplarna i diagrammen avser medelvärden för respektive provsträcka i båda riktningarna. I bilaga 2 och 3 redovisas enskilda data från mätningarna (20:meters sträckor) 1997 och 1998.

Figur 2 Spårdjupsdata enligt RST-mätningar från höstarna 1993 till 1998. Väg 243 Degerfors - Mo.

(21)

Figur 4 Makrotexturen i högra hjulspåret enligt höstarna 1993 till 1998. Väg 243 Degerfors - Mo.

Figur 5 Makrotexturen i och mellan hjulspåren hösten 1998. Väg 243, Degerfors - Mo.

(22)

de fem första åren varit liten och ibland mindre än en millimeter per år. Sträcka 3 (visk. 3800) skiljer sig dock från övriga sträckor och uppvisar vid mätningen 1998 större spårdjup, 10 mm. Orsaken är som det framgår längre fram i rapporten att den ena körbanan erhållit blödningar och deformationer.

IRI-värdena (figur 3) varierade mellan 1,7-2,3 mm/m beroende på sträcka och har inte förändrats så mycket sedan den första mätningen hösten 1993. De tre sträckorna innehållande de hårdaste bindemedlen uppvisade högre IRI-värden (är ojämnare) jämfört med de tre mjukaste varianterna.

Makrotexturen, ytskrovligheten (figur 4-5) varierade mellan sträckorna och låg mellan 0,19-0,52 mm enligt höstmätningen från 1998. Det innebär att vägytan har relativt varierande karaktär beroende på bindemedlets viskositet. Låga värden på ytskrovlighet visar på tätare och fetare yta medan högre värden indikerar öppnare yta. Varmblandad asfalt typ ABT16 brukar erhålla värden på 0,3-0,4 mm medan ABS-beläggning ligger på en något högre nivå, 0,4-0,7 mm. På några av sträckorna har texturdjupet i hjulspåret ökat mellan 1993 och 1998, vilket kan tyda på ett visst materialsläpp (bruk och stenar). Dubbslitaget medför också att ytan på asfaltbeläggningar med kontinuerlig kornkurva typ AEB till en början får en skrovligare textur genom att bruket nöts snabbare än det grövre stenmaterialet. Minskande textur tyder på att bindemedel anrikats i ytan eller att ytan mjuknat och omlagrats (pga av värme och trafik). På fyra sträckor är texturen något lägre i spåren jämfört med ytorna som ligger mellan spåren och därför endast haft ringa trafik.

Det är viktigt att påpeka att variationerna i RST-data ibland kan vara stora inom samma sträcka och då naturligtvis försvåra en korrekt jämförelse mellan olika provsträckor. Förutom materialtekniska faktorer som är kopplade till slitlagret (typ av bindemedel, bindemedelshalt, gradering, typ av stenmaterial mm) påverkas också utvecklingen av spår, jämnhet och makrotextur av vägens beskaffenhet (kurvor, backar, skuggiga och solbelysta partier, underliggande lager, undergrund, dränering, av- och påfarter, skarvar etc.). I det här fallet är sträckorna långa med till synes någorlunda lika förhållanden men en del olikheter förekommer, speciellt i fråga om skuggiga/soliga partier och backar/kurvor/raksträckor. Trafikarbetet bör vara lika inom provvägen.

Plastiska deformationer

Efter andra sommaren (1994) observerades på sträcka 3 en del mindre plastiska deformationer i körfältet mot Mo. Även på sträckorna 1, 4, 5 förekom lokalt smärre deformationer enligt de tvärprofilmätningar (Primal) som utfördes hösten 1994. Av figur 6 framgår en uppmätt deformation på sträcka 3. Under perioden 1995-1999 har inga nya deformationer observerats men de som uppkom 1994 har i några fall förvärrats.

(23)

Figur 6 Tvärprofil som visar plastisk deformation på sträcka 3, riktningen mot Mo. Väg 243 Degerfors - Mo. Mätningen är från hösten 1994.

Friktion

På grund av en del blödningar på några av sträckorna utfördes hösten 1994 friktionsmätningar med SAAB Friction Tester. Mätningen avser våtfriktionen och resultaten framgår av figur 7.

(24)

Kommentarer:

Samtliga sträckor utom en uppvisade förväntade och acceptabla friktionsvärden. På sträcka 3, körbanan mot Mo, erhölls låga friktionsvärden med 0,4 i medelvärde för hela sträckan. Den sträckningen har också erhållit kraftiga blödningar, vilket förklarar de låga värdena. På en del av de andra sträckorna förekom också bindemedelsrika fläckar på grund av blödningar, vilka sannolikt har motsvarande låga friktion. Enligt tidigare erfarenheter från friktionsmätningar brukar våtfriktionen på blödande asfalt ligga mellan 0,3-0,4.

Borrkärnor

För att bedöma materialets(slitlagrets) tillstånd och förändring togs höstarna 1993, 1994 och 1995 ett antal borrkärnor för laboratorieprovningar. Provtagningen koncentrerades till ett mindre antal provpunkter per sträcka men vid varje provpunkt togs istället flera prov (6-12 st). För att få en uppfattning om beläggningens känslighet för efterpackning togs borrkärnorna från ytor i och mellan hjulspåren.

Vid borrningen hösten 1993 erhölls på vissa sträckor endast trasiga borrkärnor. Dessa sträckor är markerade i diagrammen. Några liknande problem uppstod inte vid de förnyade borrningarna höstarna 1994 och 1995 utan hela, provningsbara provkroppar erhölls på samtliga sträckor.

Borrkärnorna undersöktes med avseende på: • lagertjocklek, mätt på borrkämor.

• skrymdensitet (FAS metod 448-87 och 427-94), kompaktdensitet (FAS metod 425-91) och hålrumshalt (FAS metod 413-91).

• pressdraghållfasthet och brottdeformation (FAS metod 449-91) på ca 2 månader torrlagrade prov.

• vattenkänslighet enligt pressdragprovning (vidhäftningstal). Provet vattenmättas under vakuum vid 40 mbars undertryck i en timme följt av 23 timmars vattenlagring vid atmosfäriskt tryck i rumstemperatur. Innan provningen hade provet torrlagrats i ca 3 månader. Vidhäftningstalet har inte beräknats på grund av att borrkärnorna kom att lagras olika tid (två månader resp. tre månader innan provning), vilket kan inverka på pressdraghållfastheten. Hålrumshalten har betydelse för pressdraghållfasthet, stabilitet och beständighet. Alltför höga hålrum kan medföra sämre beständighet och även risk för betydande efterpackning, framför allt om packningsarbetet varit dåligt. Låga hålrum kan både innebära risk för plastiska deformationer och dålig beständighet genom att vattnet stängs in i materialet (risk för stripping). Förändringar av hålrumshalten mellan olika provningstillfällen eller skillnader mellan prov tagna i och mellan hjulspåren ger information om trafikens inverkan på materialet och hur pass känsligt materialet är för efterpackning.

Pressdraghållfastheten kan sägas vara ett mått på materialets vidhäftning och kohesion). En ny norsk undersökning (Materialegenskaper for kalde masser,

(25)

visar att det finns ett starkt samband mellan pressdraghållfasthet, styvhetsmodul och utmattningsmotstånd hos materialet. Hållfastheten hos asfalt påverkas av en rad faktorer och i hög grad av bindemedlets viskositet och av bindemedelshalten. Mjukgjord kallblandad asfalt får således betydligt lägre pressdraghållfasthet än varmblandad. Pressdragmetoden ger sannolikt inte heller full rättvisa åt mjuka och bindemedelsfattiga asfalttyper (typ AEB) som för god funktion är beroende av sidostöd (som det får i vägen) och en stabilt stenmaterialsammansättning (både med avseende på bruk och grövre stenmaterial) och kornform. Treaxialprovningar vore att föredra men kräver avancerad utrustning och grundläggande metodutveckling innan de kan användas för mer rutinmässig provning (som här är fallet).

Känsligheten för vatten (vidhäftningstalet), är en nödvändig provning för kallblandad asfalt som ger information om hållbarheten och beständigheten på sikt. Kallblandad asfalt innehåller under sin livstid vatten i varierande omfattning som i kombination med frys-töväxlingar, vägsalt, trafikpåkänningar och bindemedelsåldring med tiden kan försämra beläggningens egenskaper. I kalla massor skall aminerna, som är en del av emulgatorsystemet i bitumenemulsionen, säkerställa vidhäftningen mellan stenmaterial och bindemedel.

Stabiliteten har inte undersökts på borrkärnor eftersom det idag inte finns någon lämplig metod för asfaltemulsionsbetong. Dynamisk kryptest eller Marshallstabilitet kräver provkroppar med normerad (given) höjd och passar därför sämre för borrkärnor som ofta har varierande tjocklek. Kallblandade provkroppar är också mer ömtåliga än varmblandade (mjukare) och tål därför inte alltid nödvändig preparering av provet, t ex limning eller avjämning av ändytorna. Metodutveckling pågår dock inom varmsidan (främst inom dynamisk kryptest och Wheeltracking) och det är möjligt att någon av dessa metoder (en mildare variant av dynamisk kryptest diskuteras för närvarande) i modifierad form kan vara lämplig för kallblandad massa. Information om materialets stabilitet, både risken för efterpackning och plastiska deformationer, måste anses vara av fundamental betydelse att känna till även inom kalltillverkade beläggningar. Stabiliteten hos beläggningarna i provvägarna fångas dock upp indirekt genom de spårdjupsmätningar som görs på vägen (tvärprofilering och RST-mätning).

I figurerna 8-12 redovisas laboratorieprovningen (medelvärden av två eller fyra provningar per recept) av borrkärnorna. Enskilda provningsresultat från borrningen hösten 1995 framgår av bilagor i tidigare rapport.

(26)

Figur 8 Hålrumshalten på borrkämor tagna hösten 1995. Väg 243, Degerfors - Mo.

Figur 9 Utvecklingen av hålrumshalten på borrkämor tagna i hjulspår. Väg 243, Degerfors - Mo.

(27)

Figur 10 Pressdraghållfasthet på borrkärnor tagna hösten 1995. Väg 243, Degerfors - Mo.

Figur 11 Utvecklingen av pressdraghållfastheten på borrkärnor tagna i hjulspår. Väg 243, Degerfors - Mo.

(28)

Figur 12 Pressdraghållfastheten (vattenbeständigheten) efter vakuummättning och vattenlagring. Prov tagna i hjulspår hösten 1995. Väg 243, Degerfors - Mo.

Kommentarer:

Borrkärnorna torrlagrades med avsikt vid rumstemperatur i ca två månader innan provningen utfördes. Ca två veckor innan provningen sågades borrkärnorna, vilket medförde att de blev ytfuktiga. Vatteninnehållet i provet var vid provningstillfället lågt, 0,1-0,3 vikt-%. Det är viktigt att vatteninnehållet i materialet beaktas vid testningen av mekaniska egenskaper på nytagna borrkärnor. Innan provning bör de helst lagras en längre tid eller vid förhöjd temperatur för att vattnet skall hinna avdunsta och hamna på en låg nivå.

Vill man testa prov med innehåll av fukt (efterlikna verkligheten) kan torrlagrade prov vattenmättas i vakuum och/eller vattenlagras vid atmosfäriskt tryck innan de testas. Att bara testa borrkärnor utan hänsyn till ålder och vatteninnehåll är meningslöst för kallblandade massor och gör det bland annat omöjligt att på ett relevant sätt jämföra prov med varandra.

Hålrumshalterna (figur 8 och 9) var överlag lägre för borrkärnorna (1995) tagna i hjulspåren jämfört med de tagna mellan spåren. Det visar att trafikarbetet har en stor inverkan på materialet och att vägbanan skiljer sig åt avsevärt mellan hjulspår och övriga ytor. Studeras hålrumshalten i yttre spåret så varierade det markant mellan de olika sträckorna (2-11 %) och har så gjort sedan den första mätningen 1993. Hålrumshalterna hade också fortsatt minska med tiden, vilket visar att efterpackningen från trafiken är en långvarig process på kallblandad asfalt. Trots detta var spårbildningen i de flesta fall relativ liten under de första åren.

(29)

I flera fall låg hålrumshalterna på låga nivåer, drygt 2 vol-%, vilket är en förklaring till de blödningar och deformationer som uppstått på dessa sträckor. De relativt höga bindemedelshalterna bidrar också till att hålrumshalterna hamnar på en låg nivå.

Pressdraghållfastheten varierade mellan 150-500 kPa och ökade i princip med hårdare bindemedel. Skillnaden på prov tagna i och mellan spåren var relativt liten trots att hålrumshalterna varierade. Pressdraghållfastheten hade också i de flesta fall ökat med tiden, i något fall markant. Noterbart är att sträckorna med de lägsta pressdraghållfastheterna (1-2) ej erhållit deformationer på vägen, sannolikt beroende på att de innehåller en lagom mängd bitumen i förhållande till bindemedlets viskositet och till stenmaterialet. Det förelåg inte heller något samband mellan spårbildning eller pressdraghållfastheten.

Beständigheten har undersökts genom pressdragprovning på vattenmättade prov (figur 12). Innan provningen torrlagrades proven i ca tre månader, dvs. en månad längre än övrig provning varför vidhäftningstalen inte har beräknats. Resultaten tyder ändå på att beständigheten är bra och pressdraghållfastheten låg ungefär på samma nivå som för icke vattenlagrade prov.

Skadeutredning på sträcka 3

Under sommaren 1994 uppträdde omfattande blödningar och en del plastiska deformationer i hjulspåren på vägbanan mot Mo och främst på sträcka 3. På andra väghalvan i riktningen mot Degerfors förekom inga skador trots att de båda väghalvorna hade samma utförande och recept. Enligt uppgift går dock mycket tung trafik i riktningen mot Mo.

Mot denna bakgrund gjordes hösten 1995 en skadeutredning på sträcka 3 (visk. 3 800 + smörjmedel Maxcoat). Ett antal prov (fem på varje väghalva) togs på skadade och oskadade ytor från hjulspåren. Undersökningen lades således upp som en jämförande provning av materialsammansättningen och egenskaperna hos borrkärnor tagna på skadad och oskadad beläggning. Resultaten från labprovningen redovisas i tabell 2.

(30)

Bild 7 Blödningar och deformationer hösten 1995 på sträcka 3. Väg 243 Degerfors - Mo.

Tabell 2 Undersökning av borrkärnor från sträcka 3. Väg 243, Degerfors - Mo.

Prov punkt nr Filler vikt-% <2 mm vikt-% Bind. halt vikt-% Hålrum vol-% Press-dragh. kPa Brott-def. mm Anmärkning 1 6 34 5,1 1,7 361 1,6 skadad yta 2 10 39 4,8 2,4 242 2,5 mot Mo 3 8 36 4,5 2,3 345 1,6 4 6 39 4,5 2,9 240 3,0 5 10 40 4,7 2,1 241 2,8

medel: 8 38 4,7 2,3 286 2,3 skadade ytor

6 5 34 4,4 2,9 272 1,9 oskadad yta

7 4 34 4,7 7,1 286 1,8 mot Degerfors

8 4 31 4,4 5,3 218 2,8

9 6 38 4,6 4,0 341 2,0

10 7 38 4,5 7,1 304 1,8

(31)

o

Återvinning av bindemedel

Enligt återvinning av bindemedel (från skadad yta) låg den kinematiska viskositeten (60°C) på 4799 mm2/s (4810, 4787) för borrkärnor jämfört med 3800 mm2/s enligt receptet. Det innebär att bindemedlet blivit något hårdare med tiden, vilket är naturligt med tanke på den oxidation som skett under de 2,5 år som gått sedan beläggningen var ny.

Kommentarer:

Den stora skillnaden mellan prov från skadade och oskadade ytor låg i hålrums- och fillerhalten. Provkropparna från skadade ytor uppvisade markant lägre hålrumshalter (2,3 mot 5,3%) och högre fillerhalter (8 mot 5%) jämfört med prov från oskadade ytor. Bindemedelshalten i borrkärnorna var också ett par tiondelar högre för prov från skadade ytor (4,7%) jämfört med oskadade ytor (4,5%). Högre filler- och bindemedelsinnehåll medför lägre hålrumshalter och blir nivån alltför låg som här tydligen är fallet blir risken för blödningar och plastiska deformationer stor, speciellt om samtidigt mycket tung trafik förekommer.

Det finns inga krav för hålrumshalten på AEB i VÄG 94 men MJAB som har samma kornkurva får inte understiga 3,0 % i hålrum enligt packningskontrollen på borrkärnor. Fillerhalten på AEB 16 får inte heller överstiga 9,5 % enligt kontrollbladet för massaprov eller avvika mer än ±2,5 % mot arbetsreceptet (sannolikt ligger fillerhalten på sträcka 3 utanför kraven i VÄG 94).

Bindemedelshalterna låg nära arbetsreceptets 4,6 % även om det var något högre för skadade ytor. Om bindemedelshalten skulle ha en avgörande roll för skadornas uppkomst borde även sträcka 1-2, som innehåller samma bindemedelshalter men med mjukare bindemedel, uppvisat liknande skadeutveckling, vilket inte var fallet. Den största anledningen till skadorna på sträcka 3 var sannolikt den täta korngraderingen och främst då det höga fillerinnehållet. De genomgående höga bindemedelshalterna vid provvägen i Degerfors har naturligtvis indirekt bidragit till skadornas uppkomst men innebär samtidigt att beständigheten (på oskadade ytor) bör ha blivit bättre, vilket också är viktigt att beakta. I många fall kan det vara bättre med något för mycket än för lite bindemedel men samtidigt får inte den kritiska övre gränsen passeras som fallet blivit på sträcka 3.

I övrigt skiljer sig inte pressdraghållfastheten åt mellan skadade och oskadade ytor och även bindemedlet verkar ha avsedd viskositet enligt återvinningsanalyserna. Det är också möjligt att det smörjmedel som inblandades i sträcka 3 kan ha inverkat på materialets förmåga att motstå deformationer och kanske främst risken för blödningar. VTI känner dock inte närmare till vad MaxCoat består av men den kan fungera som en mjukgörare av massan (bindemedelsanalyserna tyder dock ej på detta) och effekten av sådana tillsatser bör undersökas mer noggrant (på labbet) innan de används till mjukgjorda beläggningar.

(32)

Besiktning

Provvägen har besiktigats varje höst och vår sedan den byggdes. Iakttagelser hösten 1993

• sträcka 1 (visk. 2000): en mindre yta med stensläpp • sträcka 2 (visk. 2900): inga skador

• sträcka 3 (visk. 3800): inga skador, ytan delvis mörk p.g.a. högt bindemedelsinnehåll

• sträcka 4 (visk. 7200): inga skador • sträcka 5 (visk. 9000): inga skador • sträcka 6 (visk. 5000): inga skador

Besiktningen gav ett positivt intryck av vägen. Enligt bedömning från vägytan verkade materialet vara homogent blandat. Ytans ljushet och färg varierade en del mellan de olika sträckorna och framför allt sträcka 3 var mörk och fet i hjulspåren. Iakttagelser våren 1994

Samtliga sträckor hade klarat vintern mycket bra och såg fina ut. Materialsläpp förekom ej. På sträckorna 2-4 observerades några längsgående sprickor.

Iakttagelser hösten 1994

• sträcka 1: en del ytor med feta fläckar, främst i spår, lokalt deformationer och spår

• sträcka 2: ej deformationer, spår eller feta fläckar, ser mycket bra ut

• sträcka 3: omfattande feta fläckar i riktningen mot Mo, deformationer och spår, lokala längsgående sprickor, ytan tät

• sträcka 4a (4,6%): lokalt feta fläckar och längsgående sprickor annars bra • sträcka 4b (5,1%): feta fläckar i riktningen mot Mo, lokala deformationer • sträcka 5: ej feta fläckar, lokala deformationer, ser bra ut

• sträcka 6: lokalt feta fläckar, ser bra ut.

Under sommaren 1994 uppträdde feta fläckar, blödningar och en del mindre plastiska deformationer på ett par av sträckorna och främst på sträcka 3 som redan från början var mörkare och tätare i ytan än övriga sträckor.

Iakttagelser våren och hösten 1995

Provsträckorna såg ungefär ut som året innan. På sträcka 3 förekom en del rejäla deformationer (20-30 mm) och ojämnheter. Lokalt observerades en del stensläpp. På sträcka 5 lokala blödningar.

Iakttagelser våren och hösten 1996

Provsträckorna hade inte förändrat sig mycket. På sträcka 5 (i backen) förekom en yta med förhållandevis omfattande stensläpp. I övrigt har en del bärighets- och tjälsprickor börjat dyka upp lokalt. Ytorna började dock i allmänhet att se lite mer åldrade ut med lokala stensläpp. En sammanställning över besiktningen från hösten 1996 följer:

(33)

Tabell 3 Iakttagelser hösten 1996

Sträcka Blödningar Deformationer Materialsläpp Sprickor

sträcka 1 (visk. 2000) lokalt lokalt lokalt lokalt

sträcka 2 (visk. 2900) nej nej lokalt lokalt

sträcka 3 (visk. 3800) omfattande omfattande lokalt lokalt

sträcka 4 (visk. 7200), A nej nej lokalt lokalt

sträcka 4 (visk. 7200), B en del lokalt lokalt lokalt

sträcka 5 (visk. 9000) lokalt nej en del lokalt

sträcka 6 (visk. 5000) lokalt nej lokalt lokalt

Iakttagelser 1997

I stort sett oförändrade sedan 1996 men ytorna hade blivit något råare och öppna. Iakttagelser 1998

Tabell 4 Iakttagelser våren 1998

sträcka 1 (visk. 2000) omfattande lokalt lokalt en del

sträcka 3 (visk. 3800) omfattande omfattande lokalt en del

sträcka 4 (visk. 7200), A lokalt en del lokalt lokalt

sträcka 4 (visk. 7200), B en del lokalt lokalt lokalt

sträcka 5 (visk. 9000) lokalt nej en del en del

Iakttagelser 1999

Tabell 5 Iakttagelser våren 1999

sträcka 1 (visk. 2000) omfattande lokalt en del en del

sträcka 2 (visk. 2900) nej nej omfattande lokalt

sträcka 3 (visk. 3800) omfattande omfattande en del en del

sträcka 4 (visk. 7200), A lokalt en del en del en del

sträcka 4 (visk. 7200), B en del lokalt en del en del

sträcka 5 (visk. 9000) lokalt nej en del en del

Vid besiktningen våren 1999 uppvisade sträckorna en hel del materialsläpp (både bruks- och stenlossning) och ytan var rå och öppen. Skillnaden var stor mot året innan. Anmärkningsvärt var förändringen på sträcka 3 som tidigare uppvisat liten stenlossning men som nu var en av de sträckor som erhållit mest med sten- och bruksläpp. På flera av sträckorna förekom också blödningar och deformationer men i oförändrad omfattning sedan 1997. Antalet bärighetssprickor hade också ökat mot året innan men de hade ungefär samma utbredning oavsett sträcka. Sammanfattningsvis så verkade de flesta ytor ha dålig beständighet efter den svåra

(34)

Bilder från besiktningarna

Bild 8 Exempel på blödningar på sträcka 3, väg 243 Degetfors - Mo. Våren 1995.

Bild 9 Exempel på oskadad sträcka (nr 2), väg 243 Degerfors - Mo. Våren 1996.

(35)

Bild 11 Sträcka 1, väg 243 Degerfors - Mo våren 1999.

Bild 10 Beläggningsyta med asfaltemulsionsbetong, väg 243 Degerfors - Mo. Våren 1995

(36)

(37)

Väg 792, Ställberg - Ställdalen

Provsträckor

Provvägen är belägen på väg 792, mellan Ställberg och Ställdalen i Bergslagen och ingick i ett större beläggningsobjekt med samma typ av åtgärder. Vägen ligger till större delen i skogsterräng. Vägbredden är ca 7 m och ÅDT ca 1000 fordon. Vägen saltas enligt Vägverket vid behov (svår halka) annars sandas den. Innan slitlagret påfördes justerades delar av vägen med emulsionsbeläggning.

Försöket lades upp på samma sätt som vid Degerfors, dock med ett viktigt undantag. Stenmaterialet vid Ställberg utgjordes av helkrossat bergmaterial. Helkrossat bergmaterial anses ge beläggningen bättre stabilitet än naturgrus som är mer rundat.

Stenmaterialet utgjordes således av krossat berg från orten (gruvmaterial). Materialet var uppdelat på tre sorteringar, 0-4, 4-8 och 8-16 mm. Flisighetstalet var 1,33 och sprödhetstalet 47. Korndensiteten låg på 2,95 (tungt material).

Provvägen består av sex sträckor med slitlager av emulsionsbetong (figur 13). I princip är recept och bindemedelskombinationer samma som vid Degerfors men bindemedelshalterna låg vid Ställberg på en lägre nivå (ca 0,5 procentenheter). På ett par sträckor inblandades Maxcoat. Inblandningen av bindemedlen (två emulsioner med i de flesta fall varierande viskositet) i stenmaterialet skedde stegvis under processen. I främre delen av biandaren (början) tillsattes grov- och mellanfraktionen tillsammans med den första emulsionen som var baserad på hårdare bindemedel. Längre in i biandaren tillsattes sedan finfraktionen och den andra emulsionen som var baserad på mjukare bitumen. Detta blandningsförfarande skall åstadkomma en bättre täckningsgrad på stenmaterialet än konventionell blandning. Det finns numera ett flertal varianter av blandningstekniker inom kallsidan och målsättningen är att bindemedlet skall fördelas jämnt över stenmaterialet utan att klumpa sig med finmaterialet och att massan skall få en bra bearbetningsbarhet genom skonsam blandning (behövs för emulsioner baserade på hårdare bindemedel).

(38)

10/386 10/787 11/080 11/517 11/822 12/124 12/497 2121 Ställdalen 2097 10/411 MaxCoat MaxCoat 4,2% 4,2% 1720 1720 10/787 4,2% 4,2% 1423 1405 11/099 4,2% Maxcoat 4,4% 11/418 984 4;4% 11/517 4,4% 4,4% 678 647 11/852 4,4% 4,4% 374 337 12/160 4,1% 4,1% 0 0 12/497 Provsträcka 6 Viskositet: ca 7200 Provsträcka 5 Viskositet: ca 5000 Provsträcka 4 Viskositet: ca 9000 Provsträcka 3 Viskositet: ca 3800 Provsträcka 2 Viskositet: ca 2900 Provsträcka 1 Viskositet: ca 2000 4 Ställberg

(39)

RST-mätning

I figurerna 14-17 redovisas utvecklingen från 1993 till 1998 och avser medelvärden över hela provsträckan i båda riktningarna. I bilaga 4 och 5 redovisas enskilda RST-data (20:meters sträckor och standardavvikelser) från mätningarna

1997 och 1998.

Figur 14 Spårdjupsdata enligt RST-mätningar utförda höstarna 1993 till 1998. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

(40)

Figur 16 Makrotexturen i högra hjulspåret enligt från höstarna 1993 till 1998. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

Figur 17 Makrotexturen i och mellan hjulspåren. Väg 792, Ställberg - Ställdalen, hösten 1998.

Kommentarer:

Spårbildningen (figur 14) enligt RST låg mellan 1-2 mm vid den första mätningen, cirka 2 månader efter utförandet. Skillnaden var liten mellan de olika

(41)

Bindemedlets hårdhet verkade inte inverka på spårkänsligheten hos sträckorna och lägsta värdet (knappt 3,7 mm) uppvisade sträckan med viskositeten 3800 medan de högsta värdena (knappt 5,2 mm) uppvisade sträckorna med 2900 och 5000 i viskositet. Jämfört med Degerfors låg spårtillväxten ungefär på samma nivå. Plastiska deformationer eller blödningar har dock inte observerats vid Ställberg. IRI-värdena (figur 15) låg på drygt 2 mm/m och hade inte förändrats nämnvärt under de fem år som gått sedan vägen åtgärdades. Hårdheten hos bindemedlet verkade inte ha påverkat jämnheten i någon bestämd riktning utan de små skillnader som fanns verkade vara mer slumpmässigt betingade. IRI-värdena låg vid Ställberg på en något högre nivå jämfört med Degerfors.

Makrotexturen (djupet) i hjulspåren (figur 16 och 17) skiljde sig mellan de olika sträckorna på så sätt att den blev större vid högre viskositet. Sträckorna med de mjukaste bindemedlen uppvisade de lägsta värdena (ca 0,4 mm), sannolikt en effekt av att bindemedlet i viss mån kunnat tränga upp på ytan under varma dagar och på så sätt tätat till den, medan sträckorna med hårdare bindemedel uppvisade högre texturdjup (ca 0,7 mm), vilket tyder på att de varit mer stabila. Skillnaderna i texturdjup mellan mätningarna från 1993 och 1998 ökade också med högre viskositet, vilket pekade i samma riktning. De mjukaste varianterna fortsätter att knådas till under sommaren medan de hårdare varianterna blir alltmer skrovliga, sannolikt en effekt av materialförluster (stensläpp och bruksförluster) vid dubbslitage och plogning. I samtliga fall handlade det om mer eller mindre mjuka vägytor men tydligen formas (knådas) de mjukare varianterna mer av trafiken än de hårdare. Makrotexturen är också, i de flesta fallen, något lägre i spåren än mellan spåren och skillnaden är som störst för de mjukaste varianterna.

Jämfört med Degerfors låg makrotexturen (i medeltal) på en markant högre nivå vid Ställberg, delvis beroende på att blödningar inte har förekommit men troligen även på att hålrumshalterna varit högre och att stenmaterialet utgjordes av helkrossat berg.

Plastiska deformationer

Eftersom inga distinkta spår eller deformationer hittills observerats har inga tvärprofilmätningar (Primal) utförts efter den första mätningen från hösten 1993.

Friktion

Efter två somrars trafik genomfördes en friktionsmätning hösten 1994. Resultatet framgår av figur 18.

(42)

Figur 18 Friktionsmätning från oktober 1994. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

Kommentarer:

Tack vare att beläggningen hade en öppen och rå yta, samtidigt som stenmaterialet var helkrossat, erhölls höga friktionsvärden. Jämfört med Degerfors låg friktionen högre vid Ställberg (för vissa sträckor markant).

Borrkärnor

För att bedöma beläggningens egenskaper och förändringen av dessa togs höstarna 1993, 1994 och 1995 ett antal borrkärnor för laboratorieprovningar. Provtagningen koncentrerades till ett mindre antal provpunkter per sträcka (två) men vid varje provpunkt togs istället flera prov (6-12). För att få en uppfattning om beläggningens känslighet för efterpackning togs borrkärnor både i och mellan hjulspåren.

Vid provborrningen 1993 erhölls hela, provningsbara borrkärnor på samtliga sträckor men de var förhållandevis ömtåliga. I några enstaka fall erhölls också trasiga kärnor. Borrningen visade på dålig vidhäftning mellan slitlager och underlaget, främst på sträckorna 3 och 4. Vid borrningen hösten 1994 och 1995 erhölls överlag hela borrkärnor av bra kvalitet.

Efter sågning av ändytorna har borrkärnorna undersökts med avseende på tjocklek, skrymdensitet (obs. mätning med skjutmått), kompaktdensitet, hålrumshalt, pressdraghållfasthet, brottdeformation och vattenkänslighet. Innan provningen torrlagrades borrkärnorna drygt en månad vid rumstemperatur. Resultaten redovisas i figurerna 19-23 (medelvärden av två eller fyra prov) medan enskilda

(43)

Figur 19 Hålrumshalten på borrkärnor tagna hösten 1995. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

Figur 20 Utvecklingen av hålrumshalten på borrkärnor tagna i hjulspår. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

(44)

Figur 21 Pressdraghållfasthet på borrkärnor tagna hösten 1995. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

Figur 22 Utvecklingen av pressdraghållfastheten på borrkärnor tagna i hjulspår. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

(45)

Figur 23 Vidhäftningstalet på borrkärnor tagna i hjulspår hösten 1995. Väg 792, Ställberg - Ställdalen.

Kommentarer:

Enligt provborrningen från 1995 låg hålrumshalten (figur 19 och 20) mellan 12-16 vol-% och skillnaden mellan sträckorna var förhållandevis liten. Hålrumshalterna låg ungefär på samma nivåer för borrkärnorna tagna i och mellan spåren. Hålrumshalten har med tiden minskat men i varierande grad för de olika sträckorna men låg 1995 över 10 vol-%.

Pressdraghållfastheten (figur 21 och 22) påverkades tydligt av bindemedlets viskositet. Proverna från hjulspåren låg högre jämfört med de tagna mellan, trots att hålrumshalterna inte skiljde sig så mycket åt. Pressdraghållfastheten hade under de första åren ökat markant och framför allt sträckorna med de hårdare bindemedlen uppvisade flerfaldig högre hållfasthet. Efter tre år låg pressdraghållfastheterna mellan 200-500 kPa.

Beständighetsprovningen (figur 23) visade på bra resistens mot vatten med vidhäftnings tal i samtliga fall över 75 %. Vattenmättnadsgraden låg mellan 60-77 %, sannolikt en lämplig och realistisk nivå vid den här typen av provning. Alltför låga mättnadsgrader (<50 %) innebär att vattnet inte har trängt in i provet eller att det har ett mycket öppet, väldränerande porsystem och extremt höga vattenmättnadsgrader (>90 %) innebär att resultatet kan påverkas av porvattentrycket i provkroppen.

(46)

Specialundersökning, sträcka 3

Normalt togs tio prov per sträcka fördelade på två sektioner (6 resp. 4 prov) och vid respektive sektion togs prov i yttre hjulspåret och mellan hjulspåren. Vid varje förnyad provtagning har borrningen koncentrerats till dessa sektioner. Upplägget med fasta provtagningspunkter syftade till att det skulle vara möjligt att följa materialets utveckling och förändring på vägen utan alltför stor inverkan av de variationer som kan finnas i beläggningar.

För att få en bild över hur stora variationerna var inom en provsträcka togs tio borrkärnor slumpmässigt ut. Provtagningen koncentrerades dock till hjulspåren. Efter sågning på laboratoriet har proven analyserats med avseende på kornstorleksfördelning, bindemedelshalt, hålrum, pressdraghållfasthet och brottsdeformation. Resultaten framgår av tabell 6.

Tabell 6 Undersökning av borrkärnor från sträcka 3. Väg 792, Ställberg - Ställdalen. Prov punkt nr Filler vikt-% <2 mm vikt-% Bind. halt vikt-% Hålrum vol-% Press-dragh. kPa Brott-def. mm Anmärkning 1 9 27 4,2 14,6 382 2,3 mot Ställdalen 2 9 32 4,4 16,5 236 2,3 3 9 30 4,2 16,3 272 2,5 4 9 32 4,2 15,1 - -5 9 31 4,5 17,8 - -6 9 28 4,2 11,0 331 2,3 mot Ställberg 7 9 29 4,3 13,2 336 1,7 8 9 27 4,5 11,4 321 2,8 9 9 29 4,9 9,2 - -10 9 29 4,5 10,8 - -medelvärde 9 29 4,4 13,6 313 2,3 Standard.av. 0 1,8 0,2 2,9 52 0,4 Kommentarer:

Undersökningen visade på homogena förhållanden i kornstorleksfördelning och bindemedelshalt i slitlagret och spridningen mellan de tio slumpmässigt utvalda proven (sträckan är 335 m lång) var förvånansvärd liten. Däremot var spridningen större för pressdraghållfastheten och framför allt hålrumshalten, vilket egentligen inte är så konstigt eftersom dessa parametrar påverkas av ytterligare en rad faktorer som inte är direkt kopplade till materialets sammansättning. Exempel på yttre påverkande faktorer kan vara trafikens sidolägesfördelning, hastigheten, varierande fuktighetsförhållanden, soliga eller skuggiga partier, variationer i underliggande lager. Det är den typen förutsättningar som tillsammans med materialets egenskaper medför att beläggningens hålrum och hållfasthet med tiden förändras (sannolikt uppnås aldrig konstanta förhållanden) i olika riktningar.

(47)

Besiktning

Prov vägen har besiktigats varje år sedan den byggdes. Iakttagelser 1993-94

Besiktningen gav ett positivt intryck av vägen. Inga skador eller mer omfattande stensläpp observerades hösten 1994. Lokala stensläpp förekom dock. Materialet såg homogent ut men enstaka stenar med dålig täckningsgrad förekom. Lokalt förekom också längsgående sprickor. Det fanns ett par mindre ytor (längd ca 5 m) som förseglades hösten 1993 beroende på separationer.

Iakttagelser 1995

Provsträckoma såg ungefär ut som året innan. Lokalt observerades en del stensläpp. Inga blödningar eller deformationer konstaterades.

Iakttagelser 1996

Ytan var förhållandevis skrovlig. En del av stensläppen berodde på att stenmaterialet krossats och på så sätt släppt från beläggningen. En del mestadels lokala bärighetsbetingade skador förekom också. En sammanställning över besiktningen från 1996 gav följande resultat:

Tabell 7 Iakttagelser 1996.

Iakttagelser 1997 och 1998

Inga större förändringar men ytan börjar se litet äldre ut (råare och öppnare). Antalet bärighetsrelaterade sprickor har också ökat med tiden. Beläggningen gav ett positivt intryck.

Iakttagelser 1999

Fortfarande inga större förändringar sedan föregående år. Inga egentliga beläggningsrelaterade skador förekom utan de sprickor som fanns berodde på bristande bärighet i vägkonstruktionen. En sammanställning av besiktningen från våren 1999 följer:

(48)

Tabell 8 Iakttagelser 1996.

sträcka 2 (visk. 2900) nej nej ngt mer en del

De stensläpp som observerades förekom huvudsakligen på de partier av vägen som låg i skuggiga och därför skuggiga lägen. Besiktningen gav dock ett positivt intryck och sträckorna vid Ställberg har klarat sig betydligt bättre än vid Degerfors.

Foton från besiktningarna

Bild 16 Typisk provsträcka (visk. 2000) på väg 792, Ställberg - Ställdalen. Våren 1996.

(49)

Bild 18 Sträcka 1, våren 1999. Bild 19 Sträcka 2, våren 1999.