vd» V % Statens väg- och trafikinstitut Vägfärg och vägmarkeringsmassa Distribution: $4y/ begränsad /

Transkript

1 VZL/notat Nummer: V 79 Datum: Titel: TERMOPLASTMASSORS HÄLLBARHET Författare: Ylva Colldin Avdelning: Vägavde lningen (Materialsektionen) Projektnummer: Pråjektnamn: Uppdragsgivare: Vägfärg och vägmarkeringsmassa Vägverket Distribution: $4y/ begränsad / vd» V % Statens väg- och trafikinstitut,[vi?/zg]???af,/(- Pa: Linköping. Tel Telex VTISGI S [1] Besök: Olaus Magnus väg 32. Linköping

2 TERBDPLASMSSORS HÅLLBARHET Effekten av lång föruppvärmning och artificiell åldring. Notat nr 79 Ylva Colldin

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1. INLEDNING 2. UNDERSÖKTA TERMOPLASTMASSOR 3. UPPVÃRMNINGSFÖRFARANDE 4. PROVNING 4.1 Trögerslitage 4.2 Stämpelbelastningsvärde 5. KOMMENTAR 6. REFERENSER BILAGOR

4 TERmrmsmssons HÅLLBARHET Effekten av lång föruppvärmning och artificiell åldring. Notat nr INLEDNING Under 1986 utfördes på VTI en laboratoriestudie av uppvärmr ningens betydelse för termoplastmassors slitageegenskaper. Undersökningen har redovisats i VTI-notat 16 (1987). I notatet konstateras bl.a. att värmebeständigheten varierar väsentligt för olika termoplastmassor och kan få avgörande betydelse för massans slitageegenskaper: - Lång föruppvärmning (vid 150 C) påverkar inte nämnvärt de undersökta massornas slitageegenskaper (som nylagda). w Lång uppvärmning kring appliceringstemperatur, liksom för hög uppvärmningstemperatur, kan få negativa konsekvenser för produktens hållbarhet. För att ytterligare belysa denna "problematik" har en kompletterande undersökning gjorts under Föruppvärmningens inverkan på termoplastmassans åldringsegenskaper har studerats för några av de i VTI-notatet undersökta produkterna. Den aktuella undersökningen omfattar laboratorieprovning med avseende på trögerslitage efter två olika uppvärmningsförfaranden ( normal" respektive lång föruppvärmning) i kombination med artificiell åldring i Xenotest. Även stämpelbelastningsvärden har bestämts. 2. UNDERsöm mmrmsmsson Fyra termoplastmassor har undersökts (se tabell 1). Tre av de aktuella massorna (20, 5 och 14) levererades under hösten 1986 till VTI. Massa 10 är tillverkad 1987.

5 Tabell 1: Undersökta termoplastmassor Mårkning*) Tillverkare Av tillverkaren angiven appliceringstemp ( C) 20 (-86) Cleanosol (-87) Cleanosol (-86) Geveco (-86) Skandinavisk , Vägmarkering *) Märkning i enlighet med ref. 1 och UPPVÃRMNINGSFÖRFARANDE Vid utläggning av termoplastmassa i fält startar föruppvärmr ningen av massan som regel dagen före ett planerat utläggningsarbete. Massan står i extremfallet på föruppvärmning (vid cirka 150 C) i drygt 60 timmar, varefter temperaturen höjs till lämplig utläggningstemperatur och utläggningen börjar. Denna "fältsituation" har simulerats på laboratoriet för de aktuella termoplastmassorna. Prov mm cirka 1 kg har uppvärmts i l-liters "färgburkar" av aluminium Uppvärmning har skett i vänmeskåp och/eller i termostatreglerad utrustning med kontinuerlig omrörning (figur 1). De båda uppvärmningsalternativen som använts beskrivs nedan: Uppvärmningsalternativ 1 (med lång föruppvärmning) Provet uppvärms under 65 timmar (valt av praktiska skäl) i värmeskåp vid 150 C utan kontinuerlig omrörning. Provburken Överförs sedan till en värmemantel (se figur 1) och uppvänms ytterligare. Då massan antagit lämplig appliceringstemperatur (cirka l80-l90 C) gjuts provkroppar upp. Uppvärmningen i värmemantel (från 150 C till appliceringstemperatur) tar totalt cirka 1 timme.

6 Uppvärmningsalternativ 2 ( n0rmal" provberedningl Provet uppvärms i värmemantel under kcntinuerlig omrörning (från 150 C) till appliceringstemperatur och gjuts därefter upp. Uppvärmningen tar totalt cirka 2 timmar Omrörarmofor _ 2:. -_ /Termome'rer I! > W q v Temperatur-givare Glaskdri Temperatur- Burk H / regulaior Värm emanfel - Prov im 0 ' 1.00 Figur 1: Utrustning för uppvärmning av termoplastmassa

7 4. PRÖVNING OCH RESULTAT Trögerslitage har bestämts vid -10 C på marshallprovkropp som applicerats med cirka 3 mm termoplastmassa (bilaga 1). Provning har utförts före och efter artificiell åldring. Bestämning av stämpelbelastningsvärde har utförts vid 20 C (bilaga 2). 4.1 Trögerslitage En provserie på totalt 48 provkroppar undersöktes m.a.p. trögerslitage, vid -10 C. Provkroppar som applicerats efter lång föruppvärmning av massan (alt.1) jämfördes med provkroppar som applicerats på "normalt" sätt (alt.2). p Hälften av provkropparna (3 för varje uppvärmningsalternativ och produkt) åldrades därefter artificiellt (1000 timmar i Xenotest) före slitageprovningen. Skillnader i trögerslitage före och efter artificiell åldring, ger en uppfattning om termoplastmassans åldringsegenskaper på vägen (2). Artificiell åldring innebär att provkroppen placeras i en vädersimulator (Xenotest 250) för accellererad åldring under inverkan av UV-ljus och vatten, enligt ISO UV-bestrålningen (vid 25 C) fortgår under totalt 1000 timmar, med regn 18 minuter varannan timme. Åldringen kan för termoplastmassor anses motsvara minst 2 års åldring på väg. Erhållna värden (se tabell 1) indikerar att lång föruppvärmning vid 150 C inte eller i ringa omfattning påverkar de undersökta produkternas åldringsegenskaper.

8 Tabell 1: Trögerslitage före och efter artificiell åldring. Vid två olika uppvärmningsförfaranden. Provets TRÖGERSLITAGE VID -10 c (g). märkning Lång föruppvârmning (alt.1) Hermal föruppvårmning (alt.2) före åldring efter åldring före åldring* efter åldring 20 (-86) (O.1;O.3;0.3) (1.6;1.8;l.9) (O.1;O.2;O.1) (1.2;1.0;1.1) (l.7;2.0) (2.0;1.7) 10 (-87) I,5 (0.2;O.2;O.2) (2.1;1.9;2.1) (O.2;0.3;O.4) (1.6;1.2;1.8) 5 (-86) (O.1;O.8;0.2) (l.6;3.l;1.7)*) (O.6;O.4) (2.5;2.7;2.7) 14 (-86) (O.3;1.2;0.7) (l.2;0.9;(3.6)**) (O.4;O.4;O.5) (018;O.7;O.8) *) Skillnaden mellan medelvärde och enskilt värde är större än metoden godkänner. Fler bestämningar har dock ej utförts. **) Stryks som enskilt värde, då massa slogs loss från provkroppen. 112 mm V 98mm - V 3nun VJHJ 4 Mim 3cn mm 7.?IGUR 2: Form.för applicering av termoplastmassa på marshallprovkropp.

9 4.2 Stämpelbelastningsvârde Stämpelbelastningsvärde har även bestämts för de aktuella produkterna, efter "lång" respektive "normal" föruppvârmning. Små skillnader erhölls, något som också konstaterats i VTI-notat 16. Den långa föruppvârmningen fick som följd att stämpelvärdet som mest ökade med cirka 20 sekunder (från 49 till 68 sekunder för massa 20). Övriga produkters stämpelvärden förändrades med 5 sekunder eller mindre. Resultaten redovisas i tabell 2. p. Tabell 2: Stämpelbelastningsvärden för undersökta termoplastmassor vid olika uppvärmningsförfaranden. Provets STÃMPELBELASTNINGSVÄRDE VID 20 c (s) märkning Lång föruppvârmning' Nörmal uppvärmning 20 (-86) 68 (75:60) 49 (48;49) 10 (-87) 6 (6:6) 11 (10:12) 5 (-86) 7 (7:6) 4 (4:4) 14 (-86) 174 (174;174) 170 (187;152)

10 5. KOMMENTAR På grundval av föreliggande och tidigare presenterade resultat ((2),(3)) kan för undersökta massor följande konstateras: - Uppvärmning vid cirka 150 C upp till 65 timmar (i direkt anslutning till fortsatt uppvärmning och utläggning) påverkar inte massan nämnvärt m.a.p. slitage- och åldringsegenskaper. - Lång uppvärmning kring appliceringstemperaturen kan ha avgörande betydelse för hållbarheten (trögerslitage och/eller stämpelbelastningsvärde). En sammanställning har gjorts av de trögerslitage- och stämpelbelastningsvärden som erhållits för de aktuella produkterna vid undersökningar på VTI (inom VV-projekt) under L (tabell 3). '

11 (83-84) (86-87) -88 (83-84) (86-87) -88 Ej åldrad massa tim vid 150 C 65 tim vid 150 C 8 tim vid 190 C 3 tim vid 250 C Tabell 3: Sammanställning av trögerslltage- och stämpelbelastningsvärden för aktuella termoplastmassor. Bestämningar utförda på VTI Provets märkn (83-84) (86-87) -88 Produktionsår Provningen utförd (83-84) (86-87) TRÖGERSLITAGE (3) > normal provberedning >10 > >10 3 tim vid 250 C Åldrad massa (1000 tim 1 Xenotest) <l _<_ normal provberedning tim vid 150 C STÄMPELBELASTNINGSVÃRDE (s) normal provberedning *) *) *) Provet så hårt att provningen ej kunde fullföljas under "rimlig tid".

12 6. REFERENSER (1) VTI-notat 16. "En laboratoriestudie av uppvärmningens betydelse för termoplastmassors slitageegenskaper". Y. Colldin, (2) VTI Meddelande 482. "Laboratorie- och fältprovning av termoplastiska värmarkeringsmassors hållbarhet, Y. COlldin och U. Isacsson", 1986.

13 Bilaga 1 TERMOPLASTISK VÄGMARKERINGSMASSA Bestämning av stämåelbelastningsvärde Medtodbeskrivningen är preliminär.

14 Sid 1 Termoplastisk vägmarkeringsmassa Bestämning av stämpelbelastningsvärde Thermoplastic road marking materials. Detenmination of indentation value. l. Orientering 2. Sammanfattning 3. Utrustning 4. Provberedning 5. Provning 6. Beräkning 7. Precision, eventuell upprepning ' 8. Rapport 1. Orientering 2. Sammanfattning Denna metod är avsedd för bestämning av stämpelbelastningsvärdet hos en termoplastisk vägmarkeringsmassa. Stämpelbelastningsvärdet är den tid i sekunder, som.en cylinder med basytan 1 cm. och på vilken kraften 515 N verkar, behöver för att sjunka 10 mm vid en given temr peratur. Metoden bygger i huvudsak på DIN 1996, blad 13 "Prüfung bituminöser Massen für Strassenbau und verwandte Gebiete. Eindruckversuch mit ebenam Stempel". Ett prov på den termoplastiska vägmarkeringsmassan uppgjutes i formar till provkuber med 7 cm sida. Provkuberna tempereras med fonm i ett vattenbad. En cylindrisk stämpel med 1 cm? yta anbringas lodrätt mot provytan och belastas med en kraft av 515 N. Stämr pelns intryckningsdjup varierar med tiden och avläses med hjälp av enmätklocka. Tiden för 10 mm intryckningsdjup registreras. Normalt utföres bestämningar på två provkuber. 3. Utrustning 3.1. Stämpelbelastningsapparatur med provstämpel, mätklocka och vattenbad enligt DIN 1996, blad 13.

15 Bestämning av stämpelbelastningsvärde Sid 2 Vikter 'Höj-och sühkanordning Mütur Fininstüllning Provsfüm pel Vattenbad Figur 1. Stämpelbelástningsapparatur, Viatest typ ETG I; ETG II.

16 Bestämning av stämpelbelastningsvârde Sid 3 En stämpelbelastningsapparatur som uppfyller DIN 1996, blad 13, är Viatest från Ernst Otto Heise, Viatest Baumaschinen und Fahrzeugwerk, D 7251 Weissach-Flacht. Denna utrustning är så konstruerad att provytan genom stämpeln kan belastas med en total kraft av 515 i 1 N lodrätt mot provytan. Belastningsaxeln bidrar med en kraft av 24.5 N och de vikter som påverkar provytan vid varje mättillfälle ytterligare 490, 5 N. Provstämpeln består av en stålcylinder med plan bottenyta på 100 um? (motsvarande en diameter på 11.3 mm). Stämpelns mantel och bottenyta är finslipade. Vattenbadets temperatur skall kunna regleras och hela utrustningen skall placeras på ett plant underlag.' 3.2. Kubisk stålform med inre kant 70 i 1 mm, bestående av underläggsplatta och fästanordning (se figur 2). 0 m F'dsfunor Underläggs Figur 2: Stålform.med fästanording.

17 Bestämning av stämpelbelastningsvärde Sid 4 Tidur. Glycerin, för infettning av stålform.och underläggsplatta. Verktyg för eventuell neddelning av prov, t.ex. hammare eller Slägga. Lämpligt kärl, t.ex. av plåt, glas eller kartong att uppvärma erforderlig provmängd i. Verktyg, t.ex. en spatel, för omrörning av massan. Torkskåp anslutet till ventilationssystem.och inställbart på temperaturer upp till ca 220 C. p Provberedning Neddelning av prov Vägmarkeringsmassan neddelas vid behov med hjälp av hammare eller slägga. För att underlätta neddelningen kan provet nedkylas i t.ex. ett frysskåp minst ett par timmar (gärna över natt) för att få en sprödare konsistens och sedan neddelas med hammare eller Slägga i mindre bitar. Vid sådan neddelning skall skyddsglasögon användas. Provet kan övertäckas med t.ex. en tygduk för att förhindra att bitar flyger omkring vid neddelningen Uppgjutning av provkuber Den erforderliga provmängden uppvärmes i ett värmeskåp eller på annat sätt under omrörning till lägsta möjliga temperatur vid vilken provet lätt kan homogeniseras och ösas upp. Denna temperatur ligger normalt vid C och motsvarar en temperatur strax under den för massan rekomr menderade utläggningstemperaturen. Den uppvärmda provmängden fördelas sedan jämnt i formen (infettad med glycerin). Då provkuben svalnat något bearbetas överytan försiktigt med t.ex. en spatel, så att den bildar en liten upphöjning i mitten. Upphöjningen skall vara så stor att en plan yta bildas då provkuben svalnat helt. Amm. Den provmängd som skall användas får upphettas endast en gång.

18 Bestämning av stämpelbelastningsvärde Sid Temperering Då provkuben antagit rumstemperatur tages den ur sin form, vändes så att en sidoyta bildar bottenyta och spänns på detta sätt åter fast i formen. Det är då viktigt att provkuben får fullständigt stöd mot bottenplattan. Den i formen vända och väl fastspända provkuben placeras därefter i vattenbadet och tempereras vid 20 C i minst en timme (andra provningstemperaturer kan förekomma). Normalt utföres bestämning på två provkuber. 5. Provning Provkuben lägges under provstämpeln och totallasten flyttas med hjälp av höj- och sänkanordningen nedåt tills den när provkubens yta på ett avstånd av cirka 20 mm från provkanten. Den kraft som då påverkar provkroppen är 24.5 N. Mäturet nollställes därefter med hjälp av fininställningsskruven. Genom långsam.vridning på höj- och sänkarmen anbringas så den totala kraften på provkroppen (515 N) och tiduret startas. Samtidigt vrides armen 2-3 varv så att lasten blir helt fri. ' Tiden för 10 mm nedsjunkning registreras. 6. Beräkning Tiden för 10 mm nedsjunkning av stämpeln anges i sekunder för respektive provkub. Det aritmetiska medelvärdet beräknas. 7. Precision, eventuell upprepning Om den relativa avvikelsen mellan enskilt värde och medelvärde ej överstiger 5 3 för medelvärden mindre än 50 8, eller 10% för medelvärden större än 50 s godtas värdena. Är skillnaden större provas ytterligare två provkuber. Det aritmetiska medelvärdet av samtliga värden beräknas. Om den relativa avvikelsen mellan detta medelvärde

19 Bestämning av stämpelbelastningsvärde Sid 6 och något enskilt värde är större än 5 3 respektive 10% förkastas värdet och ett nytt medelvärde beräknas ur godtagna värden. 8. Rapport Vid bestämning av stämpelbelastningsvärde skall provningsrapporten ge besked om a) att provningen utförts enligt denna metod, b) provstämpelns bottenyta, o) den totala provbelastningen, d) provningstemperaturen, e) tiden för 10 mm intryckning, medelvärde och samtliga godtagna värden.

20 Bilaga 2 TERMOPLASTISK VÃGMARKERINGSMASSA Bestämning av slitage med Trögerapparat Metodbeskrivningen är preliminär

21 Sid 1 Termoplastisk vägmärkeringsmassa Bestämning av slitage med Trögerapparat. Thermoplastic road marking materials. Determination of abrasion value usingthe Tröger apparatus. 1. Orientering 2. Sammanfattning 3. Utrustning 4. Provberedning 5. Provning 6. Beräkning 7. Precision, eventuell upprepning 8. Rapport ' 1. Orientering 2. Sammanfattning 3. Utrustning Denna metod är avsedd för bestämning av slitageegenskaper hos termoplastisk vägmarkeringsmassa. Slitaget utförs i en s.k. Trögerapparat på massa uppgjuten i form. Provningstemperaturen är -10 C. Den uppvärmda, homogeniserade, termoplastiska vägmarkeringsmassan uppgjuts i speciell form.och tempereras vid -10 C under timmar. Provkroppen spännes sedan fast i en Trögerapparat. Slitaget utförs av en nålpistol som drivs med tryckluft. Under provningens gång blåser luft (-10 C) kontinuerligt över provkroppen. Mängden bortslitet material registreras genom Vägning före och efter provning. Normalt utförs provning på två provkroppar. 3.1 Trögerformar: stålring med ytterdiameter 105 mm, innerdiameter 101 mm och höjd 30 mm. 3.2 Plant underlag av stål.

22 '1 '<c. ø.u.,\-v.,. _ J WWW a. Bestämning av slitage med Trögerapparat Sid Spatel eller annat lämpligt verktyg för omrörning i vägmarkeringsmassan. Neddelningsverktyg (vid behov), t ex hammare eller Slägga. Värmeskåp som kan inställas på termperaturer upp till cirka 220 C. Frysskåp som kan inställas på temperaturer ner till cirka -15 C. Våg med minst noggrannheten 0.1 g. Trögerapparat placerad i ett ljudisolerat skåp. Principskiss, se figur 1. Anordning för kontinuerlig tillförsel av kall luft (-10 C). Exsickatorfett. Trytkluff för dmmkgcwçemmj// j= 5?? 'I' ø r. r \ J Kdlháfñk termosfufering av provyfor * Nmar ü;_. * _\» L Roterandebord 5 :8 V Figur 1 Principskiss av Trögerapparat.

23 Bestämning av slitage med Trögerapparat Sid 3 4. Provberedning Vägmarkeringsmassan neddelas vid behov med hjälp av hammare eller slägga. För att underlätta neddelningen nedkyles provet i t ex ett frysskåp minst ett par timr mar för att få en sprödare konsistens. Vid neddelning med hammare eller slägga skall skyddsglasögon användas. Provet kan övertäckas med en tygduk för att förhindra att bitar flyger omkring vid neddelningen. Efter avslutad neddelning tages slumpvis, på olika ställen från provets inre delar, bitar till en sammanlagd vikt av cirka kg. ' Det så uttagna provet placeras i "lämpligt kärl" (t ex en plåtburk eller kraftig pappkartong) för uppvärmning i värmeugn eller på annat likvärdigt sätt. Kärlet övertäcks under uppvärmningen med t ex folie, dock ej med tätslutande lock. Provet uppvärms under försiktig omr rörning till en temperatur strax under den av tillverkaren rekommenderade utläggningstemperaturen eller till sådan temperatur att massan lätt kan homogeniseras och ösas upp. Då provet nått erforderlig temperatur och homogeniserats fylls en Trögerform (3.1) med massa upp till formens kant. Formen skall vara placerad på ett med exsickatorfett insmort plant underlag av stål. Provkroppen får därefter svalna till rumstemperatur och tempereras sedan cirka timmar vid -10 C. Normalt utförs provning på 2 provkroppar Provning Vägning, allmänt Vägningarna görs med avläsning på 0.1g. 5.2 Invägning och körning i Trögerapparat Provkroppen vägs in och spänns fast i Trögerapparaten. Nâlpistolens läge justeras så att avståndet mellan nålknippet och provkroppens överyta blir 5 mm. Det roterande bordet med provkroppen igångsätts. Rotationshastigheten skall vara 30 varv per minut.

24 Bestämning av slitage med Trögerapparat Sid Vägning Dörren till det ljudisolerande skåpet stängs och Trögerapparaten startas. Provkropparna köres 16x40 sekunder (lufttryck 500 kpa) med 32 sekunders paus mellan varje period. Samtidigt blåses kall luft (-10 C) kontinuerligt över provkroppen. Genom lämplig automatik kan start och stopp av Trögerapparaten ske utan laborantens medverkan. Då provningen avslutats tages provkroppen bort, väl och väges. borstas 6. Beräkning Slitaget anges i gram och beräknas enligt följande: S = m; - ms där S = slitaget i gram mi= vikt av ursprunglig provkropp i gram ms= vikt av provkropp efter provning i gram Slitaget anges på 0.1 g när. Det aritmetiska medelvärdet beräknas. 7. Precision, eventuell upprepning 8. Rapport Om den relativa avvikelsen mellan enskilt Värde och medelvärde ej överstiger 0.5 g, för medelvärden mindre än 5.0 g, eller 10%, för medelvärden större än 5.0 g, godtas värdena. År skillnaden större provas ytterligare två provkroppar. Det aritmetiska medelvärdet av samtliga värden beräknas. Om den relativa avvikelsen mellan detta medelvärde och något enskilt värde är större än 0.5 g respektive 10% förkastas värdet och ett nytt medelvärde beräknas ur godtagna värden. Vid bestämning av slitaget skall provningsrapporten ge besked om a) att provning utförts enligt denna metod, b) slitage, medelvärde och samtliga godtagna värden.

25