Energisnåla asfaltbeläggningar kalltillverkad asfalt. Etapp 1 Projekt 12702

Transkript

1 Energisnåla asfaltbeläggningar kalltillverkad asfalt. Etapp 1 Prjekt Rapprt Rger Lundberg

2 Sammanfattning Kall asfaltteknik har peridvis använts i Sverige under många år. Både kalltillverkade slit- ch bärlagermassr har lagts på det lågtrafikerade vägnätet. Erfarenheterna har varit blandade men i de flesta fall psitiva. Denna rapprt undersöker ch samlar in erfarenheter kring kalltillverkad asfalt. Rapprten syftar till att samla in erfarenheter av kalltillverkad asfalt, med en samlad uppmärksamhet på väsentliga faktrer för nedbrytningsprcessen. Fkus kmmer att ligga på de kncept sm har fungerat bäst ch sm är lämpliga för vidareutveckling. Rapprten beskriver ckså mix design ch prvningsmetder för kvalitetskntrll, både i labratriemiljö ch i fält. Tidigare erfarenheter av kalltillverkad asfalt visar att de prblem sm har uppmärksammats har uppkmmit vid användande av emulsiner baserade på hårdare penetratinsbitumen. I dessa fall har det varit svårt att styra brytningshastigheten på emulsinen. Vissa beläggningar har i förtid fått en del beständighetsprblem eller plastiska defrmatiner. I de labratrietester sm genmförts har det visat sig att stenmaterial med lågt ASR-tal (alkalisilikareaktivt ballastmaterial) samt liten specifik yta på filler är lämpligt att använda vid tillverkning av kalla afaltmassr. Material med lågt ASR-tal medför ckså att vi med all sannlikhet kan täta till dm kalla massrna ch sänka hålrumshalten, det är dck viktigt att hålrummen ligger mellan 8-12% för att vattnet i emulsinerna snabbt skall frslas brt från beläggningen. Detta är en helt ny upptäckt ch bör undersökas vidare. Rapprten visar ckså på de psitiva effekter för miljön sm en kalltillverkad massa har. Efter genmförd livscykelanalys på varm - respektive kalltillverkad asfaltmassa bserverades en betydligt mindre miljöpåverkan i frm av lägre CO2 utsläpp ch lägre energiförbrukning för den kalltillverkade massan. Beräkningarna i livscykelanalysen är från bitumenkälla till färdig väg inklusive transprter, krssning ch insatsvarr. I prjektet gjrdes ckså ett fullskaleförsök där en varmtillverkad AG22-massa jämförs med en kalltillverkad AG22 massa, nedan kallad Base22. Bitumenkvalitet är 160/220 i båda fallen. Resultaten från detta visar att bindemedlets egenskaper förändra betydligt mindre vid kalltillverkning ch att hålrummet i den kalla asfaltmassan är någt högre. Styvhetsmduler vid 10 ch 20 grader Celsius är jämförbara för både kalltillverkning ch varm tillverkning men vid 5 grader Celsius ökar inte styvheten lika mycket i den kalltillverkade asfaltmassan sm den knventinella asfaltmassan. Även fallviktsmätning på den färdiga knstruktinen är likvärdig mellan dm båda beläggningarna. Finanseringen av prjektet har skett genm SBUF, Trafikverket ch egna insatser från medverkande företag.

3 Innehållsförteckning 1 Prjektbeskrivning Bakgrund Syfte Frågeställningar Omfattning Tidplan Medverkande Labratriearbete Labratiner Pankas, Rskilde Inledning Sammanfattning av labratinerna Framtida prjekt Tillvägagångssätt vid utvärdering Beskrivning av labratinsmetder Prvresultat, krnkurvr Resultat Resultat av prvblandningar Resultatanalys (Mats Larssn, Berg ch Gruvundersökningar AB) Fullskaleförsök Objektets läge Vägens uppbyggnad Resultat fullskaleförsök Resultat krnkurva ch bindemedelshalt - Varm AG22 4,5 % 160/ Resultat krnkurva ch bindemedelshalt - Kall Base Resultat funktinella egenskaper LCA-analys, miljöpåverkan Tidigare utförda beläggningar Utvärdering av testvägar gjrda på 90-talet Slutsatser ch kmmentarer Bilagr... 30

4 Figurförteckning Figur 1 - Exempel på handblandad massa... 6 Figur 2 - Fullskaleförsökets gegrafiska läge Figur 3 - Referenssträckans väguppbyggnad Figur 4 - Försökssträckans väguppbyggnad Figur 5 - Utläggning fullskaleförsök 15 Figur 6 - Packning fullskaleförsök...15 Figur 7 Krnkurva Varm AG22 4,5 % 160/ Figur 8 - Krnkurva Kall Base Figur 9 - Brrning fullskaleförsök 18 Figur 10 - Brrning 2 fullskaleförsök Figur 11 - Bindemedlets egenskaper efter utläggning Figur 12 - Hålrum efter utläggning Figur 13 - Styvhetsmduler efter utläggning Figur 14 - Test av dynamiskt kryp Figur 15 - Dynamiskt kryp efter utläggning Figur 16 - Dynamiskt kryp efter utläggning Figur 17 - Fallviktsmätning Figur 18 - Undergrundsmdul, medianvärde Figur 19 - Deflektinsprfiler Figur 20 - Överbda, Ö, Färskt stenmaterial, PEN 330/430. Inget stensläpp, men synliga hyvelskadr efter snöröjning Figur 21 - Hjåggmark, , 16 Ö, färskt stenmaterial. Slitlager gjrt med PEN 330/430 ch bärlagret med PEN 160/220. Inget visuellt stensläpp Figur 22 - Trinnan, Ö, färskt stenmaterial, bindemedel: PEN 330/430. Inget visuellt stensläpp. ÅDT: 200. Se figur Figur 23 - Uppmätta värden på PEN (mm/10 min) ch mjukpunkt (C) på extraherat bindemedel från prvkrppar tagna i Överbda sm en funktin av tid Figur 24 - Resultat på PEN ch mjukpunkt på prver från Trinnan (bindemedel hade PEN 330/430 från start) Figur 25 - Kvarvarande penetratin (prvkrppar från vägar gjrda med varm asfalt i Danmark) sm en funktin av hålrum

5 Tabellförteckning Tabell 1 - Sammanställning av skillnad mellan krnkurvr... 8 Tabell 2 Sammanställning krnkurvr, stenmaterial mindre än 2mm... 8 Tabell 3 - Resultat av prblandningar... 9 Tabell 4 - Prvreultat petrgrafisk analys Tabell 5 - Resultat av vidare analys Tabell 6 LCA, miljöpåverkan varm - ch kalltillverkad massa Tabell 7 - Resultat från mekaniska tester på prvkrpppar från Överbda Tabell 8 - Analys av prvkrppar från vägen i Trinnan. Utgångsbitumen hade ett PEN av 330/

6 1 Prjektbeskrivning 1.1 Bakgrund Kall asfaltteknik har peridvis använts i Sverige under många år. Både kalltillverkade slit- ch bärlagermassr har lagts på det lågtrafikerade vägnätet. Erfarenheterna har varit blandade men i de flesta fall psitiva. De prblem sm har uppmärksammats har uppkmmit vid användande av emulsiner baserade på hårdare penetratinsbitumen. I dessa fall har det varit svårt att styra brytningshastigheten på emulsinen. Vissa beläggningar har i förtid fått en del beständighetsprblem eller plastiska defrmatiner. Största utmaningen för framtiden är utan tvekan att kunna tillverka en högkvalitets asfaltmassa kallt. Man menar ckså att de flesta katjniska emulgatrerna absrberas starkt på ytan av sura stenmaterial, t.ex. granit. Om mycket emulgatr absrberas så destabiliseras emulsinen så att den börjar bryta. Då blir asfaltmassan lätt styv ch svårlagd. Kalltekniken en stark miljöprfil till skillnad från vanlig varmtillverkad asfalt. De stra fördelarna med kalltekniken är att beläggningen ger en minimal miljöbelastning då ingen uppvärmning av materialet krävs för varken tillverkning eller utläggning. Även bindemedlet sm huvudsakligen utgörs av emulsin behöver bara ha en måttlig temperatur. Andra stra fördelar är att asfaltverket är förhållandevis kmplicerat ch att det enkelt att flytta. På senare tid har intresset för kalltekniken ökat markant. Det ligger i hela branschens intresse att minska miljöbelastningen. Det finns även ett strt intresse från Trafikverket ch SKL sm har hög priritet på att uppnå de mål sm regering ch riksdag har satt avseende energieffektivisering ch minskade utsläpp av växthusgaser. Ett prjekt m kalltillverkad asfalt startades 2011 på uppdrag av Trafikverket. Arbetet har fkuserats på att samla in erfarenheter från både Sverige ch utlandet. Ett FOI-prgram med prblemställning ch möjligheter för vidareutveckling av tekniken har diskuterats med branschens representanter (entreprenörer ch materialtillverkare). I prjektet knstaterades att ptentialen för kallteknik bedöms str med avseende på Trafikverkets ch SKL:s miljömål. Målsättningen är ckså att öka användningen av kalltillverkad asfalt på högtrafikerade vägar där idag, av traditin, varmblandad asfalt används. Kalltillverkade asfaltmassr baserade på hårdare bindemedel eller verksblandad makadam kan sannlikt användas sm bärlager på mer högtrafikerade vägar. 1.2 Syfte Prjektet syftar till att samla in erfarenheter av kalltillverkad asfalt, med en samlad uppmärksamhet på väsentliga faktrer för nedbrytningsprcessen. Fkus kmmer att ligga på de kncept sm har fungerat bäst ch sm är lämpliga för vidareutveckling. Inm prjektet utförs några kalltillverkade asfalttyper ch då främst med inriktning på bärlager. Prjektet syftar ckså till att se över prvmetder för kvalitetskntrll, både i labratriemiljö ch i fält. 1

7 1.2.1 Frågeställningar Varför fungerar vissa stenmaterial bättre än andra vid kalltillverkning? Vilka faktrer styr brytningsprcessen? Kan man göra förändringar vi emulsinstillverkningen? 1.3 Omfattning Inm prjektet anläggs prvsträckr samt en referenssträcka på Björlanda Lexbyväg i Götebrg genm att den befintliga vägen förstärks med kalltillverkade asfaltlager av typ verksblandad bitumeniserat bärlager. Målsättningen är att ptimera en bärlagerkurva ch en emulsinstyp anpassad för att fungera med de flesta stenmaterial. Prjektet är en jämförande studie där ett varmblandat bärlager jämförs med ett kallblandat bärlager. Under utförandet av prvsträckrna utförs prduktinskntrll med funktinell prvning för att dkumentera eventuella skillnader sm kan ha betydelse vid senare utvärdering. Prvsträckrna följs genm fält-mätningar för analys av strukturell nedbrytning ch tillståndsutveckling samt genm labratrieundersökningar av funktinella egenskaper hs beläggningslagren. I prjektet ingår ckså en jämförande livscykelanalys (LCA) på de tillverkade AGmassrna för att se hur de lika beläggningarna påverkar miljön i frm av kldixidutsläpp ch energiförbrukning, se kap Förväntat resultat Kalltillverkad asfalt med högre prestanda för användning på högtrafikerade vägar (upp till minst ca ÅDT 3000 frdn ch ca 700 ÅDT tung) Mer användning sm bärlager Ökad andel av kalltillverkad asfalt Implementering ch demnstratin Uppföljning av befintliga vägsträckr med kalltillverkad asfalt. Deltagande i planering ch utvärdering av prvsträckr med kalltillverkad asfalt Framtagning av underlagsmaterial för regelverk Kunskapsöversikten kmmer att redvisas i rapprtfrm. Dessutm kan det bli aktuellt med presentatiner på asfaltdagar, transprtfrum eller liknande seminarier. 1.4 Tidplan Prjektet startade hösten 2012 ch avslutats dec

8 1.5 Medverkande förutm SBUF Entreprenörer NCC, Peab, Skanska ch Svevia Materialtillverkare Nynäs, Akz Nbel ch Svevia Beställare Trafikverket ch Götebrgs Kmmun Knsult VTI Högskla KTH Styrgrupp: Prjektledning: Rger Lundberg, NCC Rads Area Manager Sweden: Lars Thunman, Nynas Teknikansvarig: Lennart Hlmqvist, Peab Labratriechef: Lars Janssn, Peab. Gustav Brändström, NCC Rads Byggherre: Åke Sandin, Trafikkntret Götebrg Referensgrupp: Trbjörn Jacbsn, Trafikverket Safwat Said, VTI Anders Gudmarssn, Peab/KTH Kenneth Olssn, Skanska Mansur Ahadi, Svevia Uffe Mrtensen, Pankas Karl Hillgren, Akz Nbel 3

9 2 Labratriearbete 2.1 Labratiner Pankas, Rskilde Inledning Syftet med labratinerna i Rskilde var att undersöka lika sätt att jbba med kalla massr. Här studerades bland annat lika prvmetder, sm används för att utvärdera hur emulsinen, passar till aktuellt stenmaterial. De prblem sm finns idag är att i förväg veta hur snabb/långsam brytningsprcessen är vid tillverkning/utläggning av kall asfaltmassa. Vidare var målet med labratinerna att hitta funktinella prvningsmetder sm inte enbart bygger på kulär bedömning ch erfarenhetskunskaper Sammanfattning av labratinerna Stenmaterial från 11 lika täkter analyserades med avseende på bearbetbarhet ch brytningshastighet enligt NCC:s, Akz Nbels ch Pankas förfarande. Utvärdering enligt NCC:s respektive Akz Nbels förfarande har utförts med Nynäs emulsin Nymix 630 (basbitumen 160/220). Utvärdering enligt Pankas förfarande har utförts med Pankas emulsin. Denna utvärdering visade att de lika förfarandena gav likartade resultat vilket ses sm psitivt. Labratinsgruppen har kunnat srtera de lika täkterna med avseende på bearbetbarhet ch brytningshastighet. Material från Supartallen, Piteå, Rönnbäcken ch Tagenekrssen upplevs fungera bäst, då dessa stenmaterial bryter emulsinen långsamt ch bearbetbarheten är bra. Nterbart är ckså att vid handblandning med dessa stenmaterial skummar emulsinen någt. Detta gällde även vid Pankas utvärdering där Pankas emulsin användes. Labratinsgruppen har ckså knstaterat att stenmaterial från sex andra täkter; Yxb, Råsta, Gustafs, Ljusberget, Stöningsberget ch Grönsberg bryter emulsinen snabbt. Vid handblandning skummar då inte heller emulsinen. Stenmaterial från prfyrtäkterna Gustafs (krssat naturgrus) ch Grönsberg (bergkrss) visar även prblem med prblem med tunna bindemedelshinnr/stripping. Prvresultat, prprtineringar, bilder mm framgår av filer sm bifgas minnesanteckningarna. Se kapitel ch Framtida prjekt Nedan följer några idéer ch tankegångar sm har uppkmmit under prjektets gång. Då labratinsgruppen inte analyserat hur massrna bryter vid t.ex. packning ch lagring, vre det bra att prva packa prvkrppar genm gyratrisk packning ch studera brytningsförlppet. Eventuellt även analys av Wrkability test skulle vara intressant. Dessa analyser görs förslagsvis på blandningar med stenmaterial sm har långsam brytning. Srtera stenmaterialen sm långsamt brytande, medelbrytande ch snabbrytande vid utvärderingen. 4

10 Finns det några tydliga likheter i gelgin/kemin mellan de bergarter sm fungerar bra/dåligt? Resultat på förenklad petrgrafi bör finnas på alla stenmaterial sm ingått i utvärderingen. Den specifika ytan på de lika stenmaterialen bör analyseras. Reaktiviteten ökar med ökad finjrdshalt (mindre krn har större yta/kg än vad större krn har). Även ytstrukturen på krnen har str betydelse för ett materials specifika yta. Kan tung instampning (mdifierad prctr) vara en lämplig metd för att få en indikatin på den specifika ytan? Vid tung instampning bestäms maximal trrdensitet ch ptimal fuktkvt. Kan vi mäta den specifika ytan med kvävgas? Utvärdera bearbetbarhet ch brytningshastighet vid användandet av ett stenmjöl från en långsamtbrytande täkt t.ex. Supartallen ch grövre srteringar från andra täkter Tillvägagångssätt vid utvärdering Vid det inledande startmötet av prjektet bestämdes det att de elva lika stenmaterialen skulle utvärderas enligt NCC:s, Pankas ch Akz Nbels testmetder. För att tillverkningen av den kalla asfalten ska bli bra krävs det att följande krav uppfylls: Bra läggbarhet Fördröjd, men snabb brytning Ingen avrinning av emulsin från massan Snabb tillväxt av styrka genm gd kalescens Beskrivning av labratinsmetder Rapprten bygger på NCCs labratinsmetder, vilka beskrivs i följande kapitel. Prprtinering stenmaterial, ev. RA, H2O, Emulsin Prprtineringen bygger på erfarenheter från tidigare blandningar/fullskaliga prjekt utförda av NCC Rads. För utvärdering av stenmaterial/emulsin väljs nrmalt en öppen 16-massa (NCCs idealkurva). I detta prjekt valdes emulsinshalten 8,2 % ch krnkurvr så nära NCC:s idealkurvr sm möjligt. Nterbart är att krnkurvrna, sm i förväg analyserats av Pankas, var trrsiktade. Det innebär att fillerhalten i utförda blandningar trligtvis är ca 1 % högre än vad sm redvisas i bifgade filer. Den emulsin sm användes var Nymix 630 (basbitumen 160/220). Före blandning tillsattes 2 % (av emulsinsmängden) brytadditiv Nybreak till emulsinen. Blandning stenmaterial ch H 2O, kntrll täckning Erfarenhetsmässigt bör det vara ca 3 % fukt i stenmaterialet. För mycket fukt inverkar negativt på hålrummet ch för lite fukt kan resultera i att massan känns seg samt att fullgd täckning ej erhålls. I tabell 1 i kapitel framgår att fuktkvten är lika för lika stenmaterial. Fuktkvterna 2,5 % respektive 3,5 % har använts. I de fall sm resultat finns med båda fuktkvterna berr detta på att 5

11 blandningarna upplevts sega ch trra vid handblandning med 2,5 % fuktkvt. Ytterligare blandning med 3,5 % fuktkvt utfördes för att utesluta att segheten berdde på för låg fuktkvt. Tillsats emulsin, täckning efter 30 sekunder Kntrllera täckning efter 30 sek av sknsam blandning. Restbitumenhalten i massan bör vara 5-7,5 vikt-% för slitlager ch 4,4 6,5 vikt-% för bärlager. Blanda i 5 minuter, kntrllera brytning, stripping, skumbildning Om emulsinen bryter för frt blir det väldigt tydligt, massan blir trög. Viktigt att inte blanda för våldsamt. Efter blandningen överförs massan från blandarbunken till papper. Där kan emulsinens vidare brytning studeras över tid. Figur 1 visar ett exempel på massa efter handblandning. Figur 1 - Exempel på handblandad massa Då bedömningen av massans egenskaper till str del bygger på kulär bedömning samt erfarenheter är det önskvärt att två persner var för sig (eller tillsammans) gör bedömningen. Gyratrisk packning, kntrll brytning efter 200 varv Genm att studera färgen på det vatten sm rinner ut vid gyrpackningen samt färgen på den färdigpackade prvkrppen kan man bilda sig en uppfattning m hur emulsinen kmmer att bryta under verkliga förhållanden. Denna analys utfördes inte vid labratinerna hs Pankas, Rskilde. 6

12 Runff/Washff Vid labratinerna testades emulsinen enligt Runff/Washff metden. Metden ger ett mått på hur snabbt emulsinen bryter ch hur beständig den är mt regn. Den mäter även täckningsgraden ch hållfastheten för en kalltillverkad asfaltmassa. I bilaga 3 finns en utförlig beskrivning av metden. Wrkability test Under labratinerna blandades emulsinsmassan i en Sandbyblandare. Efter en timmes lagring i slutet kärl utfördes ett bearbetbarhetstest (Wrkabiliy test). Detta test undersöker asfaltmassans läggbarhet, d.v.s. hur duktil massan är efter blandning. För en utförlig beskrivning av metden se bilaga 4. Målsättningen är att massrna inte får vara trögare än 130 N för att massan ska vara lätt att hantera. 7

13 2.1.6 Prvresultat, krnkurvr Sammanställning av skillnad mellan kurvrna enligt Tabell 1 nedan. Tabell 1 - Sammanställning av skillnad mellan krnkurvr Grönsberg Idealkurva Supartallen Tagenekrssen Gävle (Sälgsjön) Rönnbäcken Råsta verk) Sikt (mm) Min Max Otvättat Otvättat Otvättat Otvättat Otvättat Otvättat 22, , , , , , , ,063 4,0 6,0 3,5 2,6 2,5 2,7 2,5 2,8 (vid I tabell 2 nedan sammanställs stenmaterial mindre än 2mm, den visar andelen viktprcent av ttala mängden. Tabell 2 Sammanställning krnkurvr, stenmaterial mindre än 2mm Andel material (vikt-%) Grönsberg Fraktin Supartallen Tagenekrssen Gävle (Sälgsjön) Rönnbäcken Råsta verk) < 0,063 3,5 2,6 2,5 2,7 2,5 2,8 0,063-2,0 16,5 22,4 18,5 19,3 22,5 20,2 < 2, (vid 8

14 2.2 Resultat Resultat av prvblandningar Nedan i tabell 3 visas resultaten av prvblandningarna. Prvblandningarna innehåller 8,2 % Emulsin (Nymix) ch 2,0 % Brytadditiv (Nybreak, % av tillsatt mängd emulsin) samt 2,5 3,5 % vatten. Tabell 3 - Resultat av prblandningar Stenmaterial % fukt Mixmetd enligt NCC TG 30 s Berabetbarhet 1 min 3 min 5 min Skum -ning Brytningskntr ll 2-6 h Mixmetd enligt AKZO-NOBEL Wrkability - Light Täckning (%) h TG 30s 5 min Sköljtest 3 min Yxb 2,5 100% Nej N/A Se bilder Yxb 3,5 100% Nej Gävle 2,5 100% Nej N/A N/A N Gävle 3,5 100% Ja Råsta 2,5 100% Nej N/A Råsta 3,5 100% Nej Gustafs 2,5 100% Nej 2 4 N/A 5 N/A Se bilder Supartallen 2,5 100% Ja N/A N/A Piteå 2,5 100% Ja N/A N/A Östersund (ljusberget ) 3,5 100% Nej Rönnbäcke n 3,5 100% Ja Tagenekrssen (försök 1) 3,5 100% Ja N/ A 2 5 N/A N/A Tagenekrssen (försök 2) 3,5 100% ja Stöningsberget 3,5 100% Nej Vid verk 3,5 100% Nej Hudiksvall 3,5 100% Nej

15 Förklaring till tabell 3: Mixmetd enligt NCC Bearbetbarhet: 1-5 (5=bra, 0= Ej bearbetbar) Brytkntrll: 1= Obruten yta 2= Tunt brutet övre lager brutet under 3= Tjckt brutet övre lager brutet under 4= Tjckt brutet lager nästan helt genmbrutet 5= Helt brutet Mixmetd enligt AKZO-NOBEL Täckning 1= Många avklädda krn, mycket tunna hinnr 2= Flertal avklädda krn, tunna bindemedelshinnr 3= Fåtal avklädda krn, tunna bindemedelshinnr 4= Nästan full täckning, med stripping 5= Full täckning, ingen stripping Wrkability 1= Ej bearbetbar 5= Mycket gd bearbetbarhet Utifrån vanstående tabell utfördes petrgrafisk analys för att undersöka skillnaden mellan de material sm fungerar bra ch de sm fungerar dåligt. Två bra, två möjliga ch två dåliga blandningar valdes. Material från täkterna Supartallen ch Tagenekrssen fungerade bäst, material från Sälgsjön ch Rönnbäcken fungerade någt sämre ch materialet från Råsta samt Grönsberg fungerade inte alls. Se tabell 4 nedan. 10

16 Tabell 4 - Prvreultat petgtafisk analys Fraktinerna 4-16 ch 4-31,5 mm Prv Prvnr Huvudbergarter Ttal andel % Råsta / Pegmatit ch gråvacka ,7 Supartallen / Tnalitisk granit ,9 Grönsberg / Röd fältspatprfyr ch ljusröd kvarts- fältspatprfyr Tagenekrssen Rönnbäcken / / Sälgsjön / ,4 Syenitisk rtgnejs ch grönsten 99,2 Grå- mörkgrå sedimentgnejs 87,2 Gråröd medelkrnig granit, röd fin- medelkrnig granit ch pegmatit 91,8 Underbergarter Ttal andel % Gl - halt Qz - halt ASR - tal Ytråhet Alnöit, mylnit, skarn ch övr 9,3 15,9 44,7 48,6 2 till 4 Pegmatit 4,1 9, till 4 Dacitisk prfyr, sandsten, diabas - gabbr ch granit 4,6 0,1 31,8 97,7 2 till 3 Pegmatit 0,8 13,9 10,6 0 3 Pegmatit, vittrad sedimentgnejs ch arenitiskt meta sediment 12,8 20, ,1 3 Basisk vulkanit, kvartsit, mylnit ch fri glimmer 8,2 12,2 26, Fraktin 0,063-4 ch mm Prv Prvnr Kvarts /e fältspat Andel % Bergartsfragment Andel % Fri glimmer Andel % Råsta / Kvarts /e fältspat 60 Gråvacka 30 Bitit / Bitit ch Supartallen Kvarts /e fältspat 30 Tnalitisk granit 68 muskvit 2 Grönsberg / Kvarts /e fältspat 5 Prfyr ch diabas - gabbr 95 Inget glimmer 0 Tagenekrs sen / Kvarst /e fältspat 70 Syenitisk rtgnejs ch diabasgabbr 25 Bitit 5 Rönnbäcken / Kvarts /e fältspat 42,5 Sedimentgnejs 42,5 Bitit 15 Sälgsjön / Kvarts /e fältspat 40 Granit 55 Bitit 5 Ur labbresultaten valdes tre stenmaterial; Supartallen, Sälgsjön ch Råsta ut för vidare undersökning. Vid denna undersökning gjrdes följande: Petrgrafisk analys (gelg Mats Larssn) Specifik yta (utfört av Slite betng) Vändskak (tidigare undersökningar NCC) 11

17 Resultaten färgkdades i grönt, gult ch rött vilket mtsvarar ett bra, medel respektive dåligt resultat. Resultaten framgår av tabell 5. Tabell 5 - Resultat av vidare analys Täkt ASR-tal Specifik yta på filler (m2/kg) Vändskak Svällning % Viktförlust % Supartallen ,1 8,1 Sälgsjön ,4 18,7 Råsta ,5 29,0 Petrgrafisk analys (ASR) Alkalisilikareaktin (ASR) uppkmmer då reaktiv kvarts i ballasten reagerar med basiska alkalina prlösningar. Reaktinen berr i grunden på att kvarts inte är stabil vid höga ph värden, kvarts är ett surt mineral. Såsm stabil icke reaktiv kvarts räknas exempelvis kristallin granitisk kvarts, d.v.s. kvarts utan eller med mycket lite gitterstörningar. Sm instabil kvarts räknas kryptkristallin kvarts, gitterstörd kraftigt defrmerad kvarts ch amrf- palin kvarts. Detta är känt sedan tidigare hs betngtillverkare men är en helt ny erfarenhet inm beläggningsbranschen. Mer ingående m ASR finns att läsa i Bilaga 2. Specifik yta Den faktiska arean på stenmaterialet. Vändskak Metden undersöker beständighet mt vattenpåverkan hs prvkrppar tillverkade av finbruk. Metden kan påvisa mer eller mindre lämpliga stenmjöl för asfalttillverkning. För specifik metdbeskrivning se bilaga Resultatanalys (Mats Larssn, Berg ch Gruvundersökningar AB) Amin ch då framförallt alkylamin används sm reagens (cllectrs) vid silikatfltatin. Principen går ut på att den psitivt laddade karbxylgruppen binds till lika ljr (skumbildare sm ex pineil) i ett skumbad ch att den negativt laddade katjnssidan binds till psitiva fria silikatbindningar eller hydrsilikater på silikatmineralens ytr. Silikatmineralen binds på detta sätt till luftbubblrna i skumbadet ch lyfts ur pulpen. I denna prcess utnyttjar man katjn anjnsbindningar. När man använder amin sm emulgeringsmedel i asfalt misstänker jag att man får en mvändsituatin med anjnssidan på aminmlekylen riktad mt vattnet ch katjnsidan riktad mt bitumen. Om man samtidigt har många fria kiselbindningar i ballastmaterialet får man två stycken hydrfba vattenavstötande enheter i asfaltsmassan vilket leder till att emulsinen bryter snabbt d.v.s. att vattnet 12

18 trycks ut ur asfalten ch asfalten härdar. Fria kiselbindningar är psitivt laddade ch fungerar sm anjner. I detta fall får man alltså anjn mt anjn. Kraftigt stressad kvarts eller väldigt finkrnig kvarts har många fria silikatbindningar vilket ger upphv till kiselsyra på ytan ch utefter mikrsprickr i ballastkrnen. I cement neutraliseras kiselsyran av alkali i prtlandcementen under bildandet av ett alkalisilikagel. Kraftigt stressad kvarts är alkalisilikareaktiv ch material med högt alkalisilikareaktivitetstal (ASR tal) är inte lämpligt till betngtillverkning ch detsamma gäller kanske ckså för kall asfalt när man använder amin sm emulgeringsmedel. Det är sedan tidigare känt att man fta har vidhäftningsprblem med kvartsrika asfaltsmassr, detta kan kanske vara en förklaring på prblemet. För att förbättra vidhäftningen tillsätter man cement vilken neutraliserar kiselsyran på ballastkrnen ch gör ytrna mer basiska ch därmed hydrfila. Sammanfattningsvis anser jag att ett alkalisilikareaktivt ballastmaterial inte är lämpligt till kallasfalt, emulsinen bryter snabbt ch man kan få prblem med vidhäftningen. Alkalirika ch basiska bergarter är ng mer dugliga i denna typ av asfalt. 13

19 3 Fullskaleförsök 3.1 Objektets läge Fullskaleförsöket är utfört på Björlanda Lexbyvägen i Götebrg, se figur 2. Objektets strlek är m 2 varav 700 m 2 är referensyta sm är utförd med varm knventinell asfaltmassa ch 1900 m2 är utförd med kall AG med ett brutet emulsinsystem. Figur 2 - Fullskaleförsökets gegrafiska läge 3.2 Vägens uppbyggnad Den gamla beläggningen frästes brt ch 10 cm nytt bärlager lades ut, detta för att få en likvärdig överbyggnad för både försökssträckan ch referenssträckan. På referenssträckan lades 60 mm AG22 med 4,5 % 160/220 sm bindemedel ch därefter en ABTS 8 med 6,2 % 100/150 20mm ABTS 8 60 mm AG22 Figur 3 - Referenssträckans väguppbyggnad 14

20 På försökssträckan lades 60 mm kall AG med 4,8 % emulsin baserat på 160/220 sm basbindemedel ch med en restbitumenhalt på ca 3 %. Asfaltmassan benämns Base 22 i prjektet. Därefter tppades vägen med samma beläggning sm på referenssträckan. 20mm ABTs 8 60 mm Base 22 Figur 4 - Försökssträckans väguppbyggnad Figur 5 - Utläggning fullskaleförsök Figur 6 - Packning fullskaleförsök 15

21 3.3 Resultat fullskaleförsök Resultat krnkurva ch bindemedelshalt - Varm AG22 4,5 % 160/220 Figur 7 Krnkurva Varm AG22 4,5 % 160/220 16

22 3.3.2 Resultat krnkurva ch bindemedelshalt - Kall Base22 Kall Base22 en emulsin baserat på 160/220 4,8 % restbitumen Figur 8 - Krnkurva Kall Base22 17

23 3.3.3 Resultat funktinella egenskaper Utförda tester under hösten 2013 är; bindemedlets egenskaper, hålrum, styvhetsmduler, dynamisk kryptest ch fallviktsmätning, mätning. Figur 9 - Brrning fullskaleförsök Figur 10 Brrning fullskaleförsök Bindemedlet egenskaper efter utläggning Bindemedlets egenskaper efter utläggning ,8 42,8 AG 22 Kall Base 22 Pen (1/10mm) Mjukpunkt (OC) Figur 11 - Bindemedlets egenskaper efter utläggning 18

24 MPa Energisnåla asfaltbeläggningar kalltillverkad asfalt. Etapp 1 Prjekt Nrmalt vid tillverkning av vanlig varmasfalt fås en betydlig förhårdning av bindemedlet under blandning, transprt ch läggning. Dessutm är bindemedlet i varmasfalt en blandning mellan bitumen ch finmaterial. Vid kallteknik fås inte någn mtsvarande förhårdning. För att få mtsvarande styvhet sm en knventinell asfalt, behöver man ftast använda ett hårdare basbitumen för att få samma penetratin ch mjukpunkt i slutprdukten. I detta prjekt har ingen hänsyn tagits till detta utan samma basbitumen har använts i både de kalla ch varma massrna. Hålrum efter utläggning 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Hålrum efter utläggning 14,8% 9,6% AG 22 Kall Base 22 Figur 12 - Hålrum efter utläggning Styvhetsmduler efter utläggning Styvhetsmduler efter utläggning ºC 10 ºC ºC 0 AG 22 Kall Base 22 Figur 13 - Styvhetsmduler efter utläggning 19

25 Mikrstrain Mikrstrain Energisnåla asfaltbeläggningar kalltillverkad asfalt. Etapp 1 Prjekt Dynamiskt kryp efter utläggning Figur 14 - Test av dynamiskt kryp Dynamiskt kryp efter utläggning Brtt AG 22 Base 22 Figur 15 - Dynamiskt kryp efter utläggning Dynamiskt kryp efter utläggning AG mm ABTs8 Base mm ABTs8 Figur 16 - Dynamiskt kryp efter utläggning 2 20

26 MPa Energisnåla asfaltbeläggningar kalltillverkad asfalt. Etapp 1 Prjekt Fallviktsmätning Figur 17 - Fallviktsmätning Lexbyvägen Undergrundsmdul medianvärde Kall Ag 8 Varm Ag Figur 18 - Undergrundsmdul, medianvärde Figur 19 - Deflektinsprfiler 21

27 3.3.4 LCA-analys, miljöpåverkan Tillverkning av varm AG22 ch Kall Base22 utfördes i täkt med befintligt material. Transprtavståndet till utläggningsplats var 15 km ch läggarutrustning bestd av 1 str utläggningsmaskin ch två vältar, varav en statisk ch en vibrerande. Beräkningarna i livscykelanalysen är från bitumenkälla till färdig väg inklusive transprter, krssning ch insatsvarr. I tabell 3 nedan visar resultaten av LCA-analysen för massrna sm användes i fullskaleförsöken i frm av utsläpp ch energiförbrukning. Den visar att utsläpp av CO 2 ch energiförbrukning hs den kalltillverkade massan är betydligt lägre jämfört med den varmtillverkade massan. Tabell 6 LCA, miljöpåverkan varm - ch kalltillverkad massa Varm AG22 160/220 4,8 % Kall Base22 160/220 4,8 % restbitumen Aktivitet CO2/tn (kg) kwh/tn CO2 kwh/tn Lsshållning 2,7 43,9 2,7 43,9 Asfalttillverkning 38,2 127,8 15,6 53,3 Transprt/Utläggning 2,9 11 2,9 11 Ttalt 43,8 182,9 21,1 108,4 Ttalt/m 2 5,3 22 2,

28 4 Tidigare utförda beläggningar 4.1 Utvärdering av testvägar gjrda på 90-talet I början av 90-talet tg Nynas fram en emulsin lämpad för tillverkning av kall asfaltmassa. Emulsinen är designad så att den bryter med en kntrllerad hastighet samt möjliggör en hög bindemedelshalt i massan. En lämplig krnkurva (sm tillåter tillräckligt med hålrum för att rymma både bindemedel ch vatten), samt en metd för blandning av massa tgs fram inm industrin. Det senare möjliggjrde att ett antal prvvägar kunde läggas. Den grundläggande idén var att systemet skulle vara förlåtande ng för att kunna användas med ett flertal lika stenmaterial (P5EE Lng term perfrmance f cld mix asphalt, P. Redelius, E&E Cngress, Istanbul 2012). I slutet av 90-talet lades således ett antal prvvägar för att visa på möjligheten att tillverka asfalt kallt. Det visade sig att i vissa fall bröt emulsinen för tidigt, vilket resulterade i svårigheter vid läggning. Merparten av de läggningar sm gjrdes var dck framgångsrika ch resulterade i prvvägar med en gd beläggning. Ttalt lades cirka vägar mellan 1991 ch 2000 ch av dessa finns flera kvar. Många prvvägar har dck blivit masfalterade i samband med att mkringliggande sträckr varit i behv av underhåll. För att utvärdera hur beständiga kallteknikvägar är över tid utfördes år 2012 prvbrrningar på fyra av de vägar sm frtfarande finns kvar i Umeåreginen. Visuell inspektin visade att vägarna frtfarande var i ett mycket gtt skick. Figur visar ytrna hs tre av vägarna. Figur 20 - Överbda, Ö, Färskt stenmaterial, PEN 330/430. Inget stensläpp, men synliga hyvelskadr efter snöröjning 23

29 Figur 21 - Hjåggmark, , 16 Ö, färskt stenmaterial. Slitlager gjrt med PEN 330/430 ch bärlagret med PEN 160/220. Inget visuellt stensläpp Figur 22 - Trinnan, Ö, färskt stenmaterial, bindemedel: PEN 330/430. Inget visuellt stensläpp. ÅDT: 200. Se figur 22. Prvkrppar tagna från vägen i Överbda (efter 15 år) har analyserats med avseende på styvhetsmdul, indirekt draghållfasthet ch hålrum. Dessa data presenteras i tabell 7 tillsammans med data från 0-5 år (Uppföljning Kallbeläggning Hössjö-Överbda, R. Lundberg, G. Brändström ch K. Vikström) 24

30 Tabell 7 - Resultat från mekaniska tester på prvkrpppar från Överbda År efter läggning Utgångsbindemedel PEN 180/220 Utgångsbindemedel PEN 330/430 2 C (MPa) (kpa) Hålrum (%) Indirekt draghållfasthet 2 C (MPa) Indirekt draghållfasthet (kpa) Hålrum (%) , , , , , , , ,1 Utifrån data i tabell 1 kan nteras att styvhetsmdulen liksm draghållfastheten ökar över tid, men för prvkrppar med bitumen med PEN 180/220 sm utgångsmaterial verkar denna prcess sakta ner efter fem år. Prvkrppar från sträckr med det mjukare bitumenet (PEN 330/430) uppvisar efter 15 år ungefär samma resultat i de mekaniska testerna sm prvkrppar med PEN 180/220 sm utgångsbitumen. Hålrumshalten är relativt knstant över tid ch efterpackningen verkar vara liten. Mekaniska tester utfördes på extraherat bindemedel ch resultaten visas i Figur 23. Figur 23 - Uppmätta värden på PEN (mm/10 min) ch mjukpunkt (C) på extraherat bindemedel från prvkrppar tagna i Överbda sm en funktin av tid. Resultaten i Figur 23 på PEN ch mjukpunkt visar att bindemedlet frtfarande är flexibelt efter 15 år i väg. 25

31 Resultat från Trinnan presenteras i Figur 24 ch Tabell 2. Nya resultat från 15 års belastning i vägbana presenteras tillsammans med data efter 2 ch 13 år (Rapprt av Kenneth Olssn). Figur 24 - Resultat på PEN ch mjukpunkt på prver från Trinnan (bindemedel hade PEN 330/430 från start) Uppmätta styvhetsmduler ch beräknade hålrum rapprteras i tabell 8. Tabell 8 - Analys av prvkrppar från vägen i Trinnan. Utgångsbitumen hade ett PEN av 330/430 Antal år efter läggning 2 C (MPa) Hålrum (%) , ,9 Inte heller i denna vägsträcka har bindemedlet hårdnat nämnvärt, trts hög andel hålrum i beläggningen (8 %). För att sätta detta i relatin till hur en varmasfalt åldrar så har dessa data jämförts med en studie på gamla danska vägar (Rad Materials and Pavement Design , 12, 2011 X. Lu, P. Redelius, H. Senen, M. Thau). 26

32 Figur 25 - Kvarvarande penetratin (prvkrppar från vägar gjrda med varm asfalt i Danmark) sm en funktin av hålrum. I Figur 25 illustreras Kvarvarande penetratin (prvkrppar från vägar gjrda med varm asfalt i Danmark) sm en funktin av hålrum. Prvet från Trinnan, tillverkad med kallteknik ch med ett hålrum av 8 %, har en kvarvarande penetratin på 45 %. Prver med utgångsbitumen 160/220 ch tillverkade kallt har en kvarvarande penetratin på 60 %, vilket mtsvarar den kvarvarande penetratin i ett prv med varm asfalt sm är 15 år gammalt ch har en hålrumsandel på 3 %. Det kan ses från Figur 25 att i prvkrppar med 32 år gammal asfalt, gjrd på knventinellt vis, så minskar den kvarvarande penetratinen mest i de prvkrppar sm har högst andel hålrum. Den analyserade prvet från vägen Trinnan, har en överraskande hög kvarvarande penetratin med tanke på att hålrumshalten är 8 %. Den kvarvarande penetratin för Trinnanprvet kan jämföras med den kvarvarande penetratinen sm man får i en varmblandad asfalt sm är 15 år gammal ch har en hålrumshalt av 3 %. Det bör dck nteras att trafikbelastningen är låg (ÅDT: 200) på vägen i Trinnan ch att klimatet i Umeå är i genmsnitt kallare än i Danmark. Utifrån de resultat sm hittills tagits fram kan man se att bindemedlet är flexibelt ch har behållit ett högt PEN-värde efter 15 år i vägen, trts höga hålrum. Detta indikerar att vägar gjrda med kallteknik är hållbara ch att det är rimligt att förvänta sig att kallteknikvägar ska ha en lång livslängd. Analys pågår på brrkärnr från fler vägar för att verifiera vanstående. Vidare krävs det mer arbete för att bättre förstå varför asfalt lagd med kallteknik verkar vara så hållbar. 27

33 28

34 5 Slutsatser ch kmmentarer Under labratriearbetena sm utfördes hs Pankas i Danmark km det fram helt nya upptäckter angående stenmaterialets egenskaper i 0-4 delen, sm så här långt verkar vara den faktr sm bestämmer m emulsinen skall fungera mt stenmaterialet. Alkalisilikareaktivt ballastmaterial förkrtat ASR är sedan länge känt inm betngbranschen men inte inm beläggningsbranschen. Ett ASR tal över 15 i ett 0-4 material innebär att man inte kan tillverka betng utan att det kmmer att vittra sönder. Vår Labratrieundresökningar visar att detsamma gäller för material sm utsätts för emulgatrer. Dessa material har ckså str specifik yta ch har tendens att få str svällning ch viktförlust. Material med lågt ASR-tal medför ckså att vi med all sannlikhet kan täta till dm kalla massrna ch sänka hålrumshalten, det är dck viktigt att hålrummen ligger mellan 8-12% för att vattnet i emulsinerna snabbt skall frslas brt från beläggningen. Vid framtida SBUF prjekt är det viktigt att säkerställa dessa iakttagelser. Det kan ckså knstateras att Dynamisk kryptest inte är lämplig att utföra sm stabilitetstest på framförallt kalla AG massr men ckså på knventinella varma AG massr på grund av liten bitumenmängd ch höga hålrum sm gör att prvkrpparna inte håller. Här skulle Wheeltrack vara betydligt bättre metd Vid framtida SBUF-prjekt skulle det ckså vara intressant att studera alternativa utläggningsmetder för kalla AG massr, ex. hyvel eller slda. Gamla prvvägar sm redvisas i detta prjekt har fungerat utan underhållsåtgärder i 15 år ch kmmer att leva många år till. Det sm skall nteras angående dessa vägar är att stenmaterialet sm är använts har ett ASR-tal på nll, vilket styrker vår teri att angående Alkalisilika bergarter. 29

35 Bilagr Bilaga 1 - Beskrivning av Bitumenemulsin (Per Redelius Nynas AB 2012 ) Intrduktin I dessa dagar kräver mtanken m vår miljö att vi ser över alla sektrer av vårt samhälle för att minska energianvändning ch förbättra miljövänligheten. Också inm vägbyggnadstekniken behöver vi se över möjligheterna att förbättra teknikerna så att de blir mindre energikrävande. En förbättring sm lanserats under de sista 10 åren är de s.k. halvvarma teknikerna (eng. warm technlgies) sm har lyckats reducera energianvändningen med upp till 30 % vid tillverkning av asfaltmassa. Frtfarande åtgår dck stra mängder energi till att värma upp stenmaterialet. Den mest önskvärda lösningen är att man kunde bygga vägen helt utan uppvärmning av stenmaterialet, dvs. använda kallteknik. Utmaningen med kallteknik är att få bindemedlet jämt fördelat så att det täcker stenarna med ett jämnt tjckt lager bitumen utan att värma stenmaterialet. Men för att få en väg med hög hållbarhet sm kan bära tung trafik fdras ett styvt bindemedel sm inte går att hantera vid rumstemperatur. Bitumenemulsin Definitinen av en emulsin är blandning av två icke blandbara ämnen där det ena ämnet är dispergerat sm små drppar i det andra ämnet. För att stabilisera en emulsin används fta ett ytaktivt ämne sm kallas emulgatr. I en bitumenemulsin finns bitumen sm små drppar i vatten (Fig. 1). Andra vardagliga ämnen sm är emulsiner är t.ex. mjölk, vattenbaserad målarfärg ch majnnäs. Om emulgatrns stabiliserande förmåga blir för svag kan de två ämnena klumpa ihp sig ch bilda två faser, då säger man att emulsinen bryter. En typisk emulgatr för bitumen består av två delar, en plär vattenlöslig del ch en icke-plär ljelöslig del (Fig. 2). Den ljelösliga delen är löslig i bitumenet, medan den vattenlösliga delen är löslig i vattnet. Resultatet blir att emulgatrn kmmer att täcka ytan på bitumendrpparna med den plära vattenlösliga delen mt vattnet ch den ljelösliga delen mt bitumen. Man kan säga att ytan blir mer vattenlik. Ofta har den plära delen av emulgatrn en psitiv laddning sm gör att drpparna stöts från varandra. På det sättet förhindras sammanslagning av bitumendrpparna ch man får en relativt stabil emulsin. 30

36 Användning av bitumenemulsiner I dag har bitumenemulsiner ett brett användningsmråde för byggnad ch underhåll av vägar. Några av de vanligaste användningsmrådena är: - Ytbehandling - Klistring - Indränkning - Stabilisering - Slamförsegling/Micr surfacing - Återanvändning - KALL ASFALT När det gäller klistring, indränkning, stabilisering ch återanvändning finns det många mer eller mindre väl etablerade metder sm använder sig av bitumenemulsiner ch sm fungerar väl. Slamförsegling (slurry seal eller micr surfacing) är en väl etablerad underhållsteknik sm ger ett nytt ytskikt till vägar sm på så sätt kan få avsevärt förlängd livslängd. Ytbehandlingar är den applikatin sm knsumerar de största mängderna bitumenemulsin. Även m det är en väl etablerad teknik så finns det ett strt behv av att förbättra tekniken. Den stra utmaningen inm emulsinstekniken är utan tvekan kall asfaltmassa d.v.s. tekniken att bygga en väg med bitumenemulsiner sm bindemedel helt utan uppvärmning av stenmaterialet. 31

37 Kall asfaltmassa Histriskt har bra läggbarhet varit en nyckelfråga sm man har försökt lösa på flera lika sätt sm schematiskt är illustrerat i Fig. 3. I princip kan man använda emulsiner av lika typer. Om man använder en relativt snabbt brytande emulsin kmmer den att bryta direkt när den kmmer i kntakt med stenmaterialet innan man hunnit lägga asfalten på vägen. Om man då har ett vanligt bindemedel så kmmer massan att bli mycket styv ch möjlig att lägga med en vanlig asfaltläggare. I stället kan man använda sig av en långsambrytande emulsin sm frtfarande är bruten vid läggning ch packning vilket gör dessa peratiner mycket enkla. Däremt kan det ta mycket lång tid innan vägen uppnår styrka ch kan öppnas för trafik. Dessutm är den känslig för regn eftersm emulsinen kan tvättas ut ur asfaltmassan vid kraftigt regn. I vissa applikatiner har man utgått från ett brutet system ch i stället gjrt bindemedlet så mjukt att massan är läggbar även m emulsinen är bruten. Exempel är när man emulgerat mjukbitumen med en visksitet sm är lägre än ca 3000 cst vid 60 C eller då man mjukgjrt bitumenet med tillsats av relativt stra mängder nafta. 32

38 Båda applikatinerna fungerar bra men har en rad begränsningar i sina användningsmråden. Mjukbitumen är mest lämpligt för lågtrafikerade vägar i relativt kalla klimat, t.ex. nrra Skandinavien. Användning av nafta sm flux är inte önskvärt eftersm det avger stra mängder VOC (Vlatile Organic Hydrcarbns) till luften. 33

39 Ny utveckling Om kallasfalt ska kunna knkurrera med traditinell varmasfalt finns det ett antal tekniska utmaningar sm behöver lösas: - Kntrll av brytning - Kntrll av visksitet - Kntrll av kalescence - Användning av hårda bindemedel - Användning av filler - Avgång av vatten - Ingen användning av lösningsmedel - Reaktivitet mt stenmaterial Kntrll av brytning Ett bra sätt att få bra läggbarhet på asfaltmassan är att använda emulsiner med hög stabilitet sm tål läggning ch packning innan brytning sker. När massan är lagd ch packad vill man sedan ha en effektiv brytning så snart sm möjligt. Det skulle kunna vara någn typ av brytadditiv med fördröjd effekt eller en emulsin sm är känslig för tryck, så att den bryter när välten packar asfalten. Ett exempel på ett sådant additiv utvecklades av Nynäs för ca 20 år sedan (Fig 4). Additivet blandas i emulsinen medelbart innan den blandas med stenmaterialet. När asfaltmassan är lagd ch packad startar brytningen. Additivet består av en invert emulsin, en emulsin där vatten är emulgerat i lja, där vattenfasen består av ett basiskt salt sm neutraliserar syran i en katjnisk bitumenemulsin. När syran neutraliserats så blir bitumendrpparna inte längre psitivt laddade ch emulsinen bryter. Eftersm det basiska ämnet är emulgerat i lja, blir det en fördröjningseffekt sm bestäms av den tid det tar för vattenlösningen att diffundera genm ljan ch kmma ut i bitumenemulsinen. 34

40 Kntrll av visksitet Om man ska göra en asfalt med hög kvalitet så behövs en relativt hög bindemedelshalt, 5-6% bitumen. Eftersm bindemedlet tillsätts sm emulsin med kanske 65 % bindemedel ch resten vatten blir mängden tillsatt vätska str. Det finns då en risk att en del av emulsinen helt enkelt rinner ut ur massan ch lägger sig i btten, eller i värsta fall rinner ut i diket. För att förhindra det behöver man göra en emulsin med hög visksitet, men utan att försämra läggbarheten. Idealet är att göra den tixtrp (lättflytande vid bearbetning, trögflytande vid stillastående). Exempel på sådana additiv kan man hitta från färgteknlgin, t.ex. assciativa förtjckare Fig. 5. Kntrll av kalescens Kalescens är sammansmältningen av bitumendrpparna till en kntinuerlig bindemedelsfilm. Om man använder ett vanligt bitumen t.ex. 70/100 så är bitumendrpparna i emulsinen ganska hårda vid rumstemperatur. Men för att få full styrka i vägen räcker det inte med att emulsinen bryter, utan drpparna måste flyta samman (kalescera) vilket kan ta mycket lång tid vid rumstemperatur ch ännu längre m vädret är kallt. Visserligen bidrar vältningen till att knåda ihp bitumenkulrna ch på det sättet åstadkmma kalescens. Men en bättre metd att förbättra kalescensen på ett kntrllerat sätt skulle göra det ännu snabbare ch säkrare att uppnå full styrka på en väg byggd med kallteknik. I Figur 6 visas ett försök att studera kalescens mellan två drppar sm genererat på tppen av två kapillärrör ch sm sedan bringats i kntakt. I figuren visas att det kan ta upp till 3 dagar innan drpparna har smält samman. Fig 5 ch 6 Frskning m emulsiner 31/10/

41 36

42 Användning av filler I en vanlig varmasfalt så blir fillern fördelad sm ett fyllmedel i bindemedlet vid asfalttillverkningen. Vid tillverkning av kallasfalt så får man inte samma fördelning av fillern i bitumenet eftersm det har för hög visksitet för att dispergera fillern. I stället gör fillern att emulsinen bryter snabbare. Det berr på att fillern har en relativt str yta sm absrberar emulgatrn från bitumenemulsinen. Om tillräckligt mycket emulgatr absrberas på fillerytan räcker inte emulgatrn för att hålla emulsinen stabil utan den bryter i förtid. Det betyder att läggbarheten av kall asfaltmassa kan vara väldigt känslig för mängden filler i stenmaterialet. Avgång av vatten När emulsinen bryter så frigörs vatten. Om vattnet samlas i fickr inne i asfalten eller m vattnet fäster på stenytrna kan det rsaka att asfalten får sämre hållbarhet än en mtsvarande varmasfalt. Dessutm kan inneslutet vatten göra att asfalten blir känslig för frstsprängning under vinterdagar med temperaturer under fryspunkten. Med rätt styrning av brytningsprcessen kan man få vattnet att separera effektivt från bitumen så att bitumenet bildar en kntinuerlig film. Ingen användning av lösningsmedel Ett mycket bra ch fta använt additiv sm både förbättrar kalescensen ch vidhäftningen mellan sten ch bitumen är nafta (kersene). Nafta klassas sm vådlig ch miljöskadande ch är inte önskvärd i framtida prdukter, varför det är viktigt att den ersätts med mer miljövänliga additiv. Reaktiviteten mt stenmaterial Det gör att emulsinen behöver vara överstabiliserad för att göra det säkert att man inte får för mycket brytning även m fillerhalten varierar inm det stenmaterial man använder för vägknstruktinen. Samtidigt är det viktigt att ha en stark absrptin på stenytan, för det är den sm ger asfalten bra vidhäftning ch tålighet mt vatten. Framtid I en framtid där det är viktigt att hushålla med energi ch jrdens resurser är det ingen tvekan m att kallteknik kmmer att spela en viktig rll. Den tvekan sm tidigare funnits har till str del försvunnit, men det är väl bekant att utvecklingen inm vägbyggnad går mycket långsamt. Det berr både på en väl utbyggd infrastruktur sm brmsar nyutveckling samt en allmänt utbredd knservatism. Det finns dck många faktrer sm kmmer att driva utvecklingen mt mer användning av kallteknik: - Omsrg m hälsa ch miljö - Enkelhet - Flexibilitet - Eknmi - Energibesparingar 37

43 En illustratin till hur enkelt det är att tillverka kallmassa jämfört med knventinell varmmassa får man när man jämför kmplexiteten hs ett kallasfaltverk, (Figur 6) sm är mbilt ch kan ställas upp nära bygget för att minimera transprter, ch ett varmasfaltverk. Kallasfalt med relativt hög kvalitet kan tillverkas med dagens teknik, men genm mer satsning på frskning ch utveckling kmmer vi att få se en kallteknik sm är minst lika bra sm dagens varmteknik, men sm kräver mindre energi ch krtare transprter. Figur 6 38

44 Bilaga 2 - Alkalisilikareaktiv ballast i kallbunden asfalt. Uppdraget: På uppdrag av NCC Rads AB, Rger Lundberg, har BGU AB granskat petrgrafiska metder för bedömning av ASR reaktivitet ch gränsvärden samt rekmmendatin till frtsatt prvning inm SBUF prjektet. Vad är ASR (alkalisilikareaktivitet)? Alkalisilikareaktin i betng kmmer då reaktiv kvarts i betngballast ch reagerar med basiska alkalina prlösningar i betngpastan. Reaktinen resulterar i bildandet av ett kraftigt svällande alkalisilikagel vilket spräcker upp betngknstruktinen. Reaktinen berr i grunden på att kvarts inte är stabil vid höga ph värden, kvarts är ett surt mineral. Sm stabil icke reaktiv kvarts räknas exempelvis kristallin granitisk kvarts, d.v.s. kvarts utan eller med mycket lite gitterstörningar. Sm instabil kvarts räknas kryptkristallin kvarts, gitterstörd kraftigt defrmerad kvarts ch amrf- palin kvarts. Petrgrafiska metder för bedömning av ASR: Bedömning av ett materials alkalisilikareaktivitet kan ske genm förenklad petrgrafisk analys SS EN eller RILEM AAR1. Beskrivning av förenklad petrgrafisk analys SS EN 932-3: Vid förenklad petrgrafisk analys bedöms materialet kulärt. Prvet siktas upp i lika fraktiner. Bergarter ch mineral srteras ch räknas. Bergarterna beskrivs ch bedöms med avseende på glimmerhalt, kvartshalt ch alkalisilikareaktivitet. Andelen vlym% ptentiellt alklalisilikareaktiva bergarter är ASR talet. Beskrivning av RILEM AAR1: RILEM AAR1 kan utföras på två sätt. Följande delmment finns inm metden. Materialet delas upp i Carse aggregates >4 mm ch Fine aggregates <4mm. Carse aggregates undersöks enligt particle hand separatin eller carse aggregate thin sectin. Fine aggregate - pint cunting. Dessa arbetsmment beskrivs nedan. Carse aggregate particel hand separatin. Den petrgrafiska undersökningen på partiklar > 4 mm kan utföras på samma sätt sm i den förenklade petrgrafiska undersökningen SS EN 932-3, d.v.s. med kulär bergarts ch mineral bedömning ch handsrtering uppdelat i lika fraktiner. Varje bergart beskrivs ch bedöms med avseende på alkalisilikareaktivitet. Andelen vl% ptentiellt aklalisilikareaktiva bergarter är ASR talet. Carse aggregate Carse aggregate thin sectin. Alternativt kan materialet krssas ner ch ur det nedkrssade materialet siktas ut en 2-4 mm fraktin för tillverkning av ingjutna tunnslip ch petrgrafisk mikrskpering. Tunnslip tillverkade ur på detta sätt betecknas Carse aggregate thin sectin. Obs det går inte att krssa ner materialet till < 4mm eftersm man då får ett alltför flisigt material för petrgrafisk mikrskpering. 39

45 En nackdel med carse aggregatet thin sectin är att tunnslipet inte återspeglar prdukten då man krssat ner prvmaterialet ch siktat ut en 2-4 fraktin för petrgrafisk undersökning. Dessutm är det svårt att göra bergartsklassificering på små fragment. Fine aggregate pint cunting. Metden utförs på partiklar < 4mm. Vid fine aggregate-pint cunting metden tillverkas ingjutna tunnslip för mikrskpering i petrgrafiskt plarisatinsmikrskp på fraktinerna 2-4 mm ch 0-2 mm eller alternativt 1-2 mm. Pint cunting (punkträkningen) kan utföras på två lika sätt, WP eller AC. WP är whle particle analysis n what is under the crss hairs ch där AC är actual cnstituent under the crss hairs. Vid WP metden bedömer man fragment ch vid AC metden bedömer man mineral. Generellt gäller att WP metden ger ett högre ASR tal jämfört med AC metden. Om prvmaterialet mfatta fraktiner både <4 mm ch > 4 mm tillämpas både particle hand separatin ch/eller pint cunting ch m prvmaterialet utgörs av fraktiner < 4mm tillämpas pint cunting ch m prvmaterialet utgörs av fraktiner > 4mm tillämpas particle hand srting ch/eller pint cunting i tunnslip. Vid bedömning av alkalisilikareaktivitet enligt RILEM AAR1 klassificeras partiklarna, både i carse > 4 mm ch fine aggregates <4 mm, enligt följande. ASR 1. Mycket trligt inte alkalisilikareaktiv partikel. ASR 2. Trlig alkalisilika alkalisilikareaktiv partikel. ASR 3 Mycket trlig alkalisilikareaktiv partikel. Summan av ASR 2 ch 3 är ASR talet. Gränsvärde enligt Svensk standard: Svensk standard SS (Betng Användning av EN206-1 i Sverige) anger att ballast sm innehåller mindre än 15 vl% alkalisilikareaktiva eller ptentiellt alkalisilikareaktiva partiklar betraktas sm lågreaktiv. D.v.s. gränsen mellan lågreaktiv ch ptentiellt reaktiv ballast ligger vid ASR talet 15. Detta gränsvärde gäller för samtliga metder. Om ASR talet är över 15 ska materialet prvas (m det ska användas i fuktig miljö) enligt RILEM AAR2 eller RILEM AAR3. RILEM AAR2 är ett ultra-accelererande bruksprismatest där den ingjutna ballasten förvaras i en 1.0 M NaOh-lösning i 80 C under 28 dagar. RILEM AAR3 är ett långtidstest. 40

46 De petrgrafiska undersökningarna påvisar ptentiellt alkalisilikareaktivt material, medan bruksprismrnas expansin ger ett mått på ballastens ptentiella alkalisilikareaktivitet. Gränsvärdet för AAR2 är en maxexpansin på 0,25 %. Gränsvärdet ASR talet 15 kmmer från en preliminär RILEM rapprt från 2002 vilken CEN, den Eurpeiska standardiseringskmmissinen tg sm varande sanning. I dag är det enbart Sverige ch Nrge sm tillämpar ASR talet 15 sm gränsvärde enligt uppgifter från Björn Lagerblad CBI. Rekmmendatin till prvning av ASR i asfalt: Metden med förenklad petrgrafisk analys på fraktiner >4 mm ch mikrskpering av ingjutna tunnslip på 2-4 ch 0-2 mm fraktinerna bör även frtsättningsvis användas. Bedömt alkalisilikareaktivt material bör dessutm testas enligt RILEM AAR2 41

47 Bilaga 3 Run ff Wash ff Metdbeskrivning Titel: Run ff-wash ff: Bedömning av kallmassa enligt Nynas AB Revisin nr: 2 1. Orientering Denna metd är avsedd att ge ett mått på hur snabbt emulsinen bryter ch hur beständig massan är för regn. Metden bedömer ckså täckningsgraden ch hållfastheten för en kallmassa. 2. Sammanfattning En asfaltmassa tillverkas för hand på labratrier, från lab. Blandare eller tas ut framför skriden på läggaren. Massan hälls i en tratt ch får stå i en timme. Därefter hälls vatten över massan. Stenens täckning bedöms efter Wash ff samt dagen efter. Massans hållfasthet bedöms dagen efter. 3. Utrustning Våg med nggrannhet; 0,1 g Plasttratt med nät; 200 mm diameter Plastburk; 1 liter Stålspatel Aluminumfrmar; 450 ml alternativt 0,5 liters plåtburk Värmeskåp; reglerbart till minst 110 C Tidtagarur Mikrskåp 4. Utförande 4.1. Prvberedning Handblandning Väg upp 500g stenmaterial, häll bestämd vattenmängd över stenmaterialet ch rör m med spateln tills vattnet är jämnt fördelat. Tillsätt därefter emulsinen (2 % brytadditiv räknat på emulsinsmängd blandas i emulsinen före tillsats till stenmaterial) ch rör m i 2 minuter. Emulsinstemperatur vid blandning ca 60 C Från lab. blandaren: Ca 500 g representativt prv av blandad massa uttages Asfaltläggare: 42

48 4.2. Run-ff Ca 500 g representativt prv av blandad massa uttages Häll blandningen i plasttratten, med en vägd fliefrm (plåtburk) under. Låt blandningen stå helt stilla i 30 minuter, tag sedan brt frmen ch ställ in den i värmeskåp vid 110 C till vattnet avdunstat. Väg frmen när den har svalnat. Halten Run-ff beräknas: Avrinning; Run-ff = avrunnet bindemedel x 100(%) tillsatt bindemedel 4.3. Wash-ff Efter Run-ff-testet får blandningen stå ytterligare 30 minuter, därefter hälls 200 ml vatten över blandningen. Tag sedan brt fliefrmen ch ställ in den i värmeskåp vid 110 C över natten. Halten Wash-ff beräknas: Avtvättning; Wash-ff = avtvättat bindemedel x 100(%) tillsatt bindemedel Run-ff ch Wash-ff beräknas Täckning Genmsnittlig täckningsgrad i %, samt skrivet mdöme m utseendet Hållfasthet Omdöme dagen efter enligt skala: Ingen, Dålig, Bra ch Mycket bra samt skrivet mdöme m hållfastheten 43

49 Bilaga 4 Wrkability test 1 ORIENTERING Denna metd är avsedd att ge ett mått på en asfaltmassas läggbarhet, d.v.s. hur pass duktil massan är efter blandning. Asfaltmassan får inte ha för hög styvhet m den skall kunna frmas av läggarens skrid. Genm denna prvning av asfaltmassan erhålls ett mått på dess styvhet/duktilitet. 2 SAMMANFATTNING Visksiteten på asfaltmassa tillverkad i blandare på labb eller blandad i fält bestäms. Detta sker genm att mäta kraften sm rakan kräver för att skrapa av översta skiktet av massan. Utrustningen för bestämning av visksiteten kallas för Massavisksitets-Lådan. Visksiteten på massan bestäms efter vissa exakta tider efter påbörjad massablandning. Nrmalt mäts visksiteten 5 samt 10 minuter efter påbörjad blandning. Efter analys rapprteras massans tillverkningsmetd samt massans recept. Sm massavisksitet anges i kg med två värdesiffrr, skrivarutslaget samt mätförstärkarens tpputslag. 3 UTRUSTNING Två lådr för mätning av massavisksitet, benämns MV- låda Två tröskelplåtar Raka Rigg för mätning av massavisksitet Bttenplåt Ram Linjär tryckklv, SKF Kraftgivare Skridplatta, aluminium 23Onim x BOmm x 4mm Vattenpass Drivenhet för linjär tryckklv, CAEN 9CR, SKF Mätförstärkare, BKI-4-D, Bfrs Elektrnik Integrerande spänningsdelare bestående av 2 st 10 khms mtstånd samt en elektrlytkndensatr på 1000 µf. Xt-skrivare, Perkin Elmer 561 Recrder Spackelspade Tidtagarur Vid prvning på labratrium: Blandare med kapacitet m minst 25 kg Transprtkärl för blandad massa Vid prvning ute på väg: 44

50 Tre plåthinkar m 5 liter 4 KALIBRERING 4.1 Kalibrering, enligt Nggrann kntrll av kraftgivare görs före samt efter en analysserie. Nggrann kntrll Demntera kraftgivaren. Lägg den med stra plattan ned, belasta den med en känd vikt. 5 till 25 kg. Vikt (kg): 5,10,25 Med kraftgivaren belastad ställs nllnivån in med mätförstärkaren nllinställning (Zer) så att displayen visar 0. Justera skrivaren till 5 % på papperet. Lägg 10 kg vikten på kraftgivaren, justera mät förstärkarens känslighet (Range) så att displayen visar Ntera skalutslag på skrivaren samt dess känslighet i mv. Tag brt vikten ch kntrllera att i nät-förstärkaren visar 0 med belastad kraftgivare. Kalibrera därefter med de två övriga vikterna, ntera skalutslagen samt skrivarens känslighet. Mntera kraftgivaren ch kntrllera att tryckarmen är vågrät med ett vattenpass. Kalibreringen efter prvning utförs enligt van med det undantaget att Range på kraftgivaren EJ JUSTERAS. 4.2 Kalibrering av skridens hastighet Skridens längdutslag är 140 mm. Den skall avverka den sträckan på 14 ± 0,5 sek. Om den inte gör det kan hastigheten ändras med hjälp av ratten på drivenhetens vänstra sida. 5 PROVNING Gemensamt för både labratrium ch väg: Ställ två My-lådr mt varandra, ställ en tröskelplåt i varje My-låda. Fyll data enligt prtkll, se bilaga. Vid prvning på labratrie: Väg upp ch blanda material för massa till ttalvikt 20 kg, se beskrivning Stra blandaren. Starta klckan Påbörja tömningen efter 20 sekunders blandning Vid prvning ute på väg: Starta klckan Fyll tre 5 liters plåthinkar med massa taget direkt framför läggarens skrid. 45

51 Gemensamt: Tippa försiktigt tråget (hinken) mitt över lådrna så att massan lugnt rinner ner mitt i lådrna. Med en spackelspade jämnas massan försiktigt ut så att den ligger någrlunda plant i lådrna. Drag sedan med plåtskrapan från bakre kanten på lådan över tröskelplåten till lilla facket. Var nga med att inte packa massan, drag flera gånger m det behövs för att få rätt nivå på massan. Tag brt tröskelplåtarna ch använd den överflödiga massan till RO-WO kntrllen. Dra isär lådrna ch vinkla massakanten mt skriden ca 45 grader. Ställ den första lådan i ramen ch lägg an skriden så att den inte är belastad mt massan. Kntrllera att skriden inte kan haka i någnstans i lådans kanter vid körning. Om skriden hakar i är risken str att tryckcellen förstörs. Starta skrivaren innan skriden startas. Sätt igång skriden då 5 minuter har gått från tömningen ur blandaren. Ti minuter senare upprepas prceduren. Alternativt kan massans visksitet vid annan tid än ti minuter mätas. Tag tppvärdet från de båda mätningarna ch beräkna kraften i skaldelar. 6 BERÄKNING Sätt samman en kalibrerkurva av kalibrerresultaten före ch efter prvning. Glöm inte att ta hänsyn till m lika känslighet använts på skrivaren. Tag skivarens tppvärden från prvningen ch beräkna ur kalibrerkurvan prvens massvisksitet i kg. 7 RAPPORT Ange följande i prtkll ch rapprt: Massans identitet Tillverkningsmetd Massans recept Analystid efter blandning i minuter Massavisksitet i kg med 2 värdesiffrr. 46

52 Bilaga 5 - Vändskak 1. ORIENTERING Denna metd är avsedd för att hs prvkrppar tillverkade av finbruk bestämma beständighet mt vattenpåverkan. Prvningen utförs enligt Metd A (Nötning i Vändskakutrustning) ch/eller Metd B (Bestämning av vattenkänslighet genm pressdragprvning - FAS Metd 446). Metderna kan påvisa mer eller mindre lämpliga stenmjöl för asfalttillverkning. 2. SAMMANFATTNING Ett stenmjöl trrsiktas upp fraktinsvis ch sätts samman till en specifik krnkurva. Stenmjölet blandas med bitumen ch eventuella tillsatsmedel ch packas i statisk press till cylindriska prvkrppar med en diameter av 30 mm ch en höjd av ca 27 mm. Dessa uppdelas sedan i grupper där första gruppen utsätts för nötning i Vändskaken efter vattenlagring ch/eller de andra två grupperna prvas i princip enligt FAS Metd 446. Brtnött material beräknas efter slitage i Vändskak (angett i %) ch ITSR-värdet beräknas sm kvten mellan den våta gruppen ch den trra. 3. UTRUSTNING 2 kastruller med lck (prslin/rstfri), vlym ca 1200 ml. 9 prslinsdeglar med lck, vlym ca 150 ml. Prslinsmrtel, diameter 25 mm, 180 mm lång.2 Termmeter, graderad till 220 C med felvisning på max 0,5 C. Värmeplatta, reglerbar till ca 150 C (±5 C). Klimatskåp för temperering, 10,0 C (±0,5 C). Våg, felvisning max 0,3 g, avläsbarhet på 0,01g. Digitalt skjutmått, felvisning max 0,1 mm, avläsbarhet 0,01 mm. 2 vattenbad sm kan värmas till 40 C (±1 C) ch 25 C (±1 C). 9 cylindriska prvfrmar med underlagsplatta, se figur 1-4 nedan. Figur 1 Bttenplatta Figur 2 Frmcylinder Figur 3 Tryckstång 47

53 Figur 4 Kmplett frm Figur 6 Schematisk bild av rörens placering i Vändskaken En utrustning för nötning i vatten, t.ex. enligt den s.k. Vändskaken se figur 5. Den skall vara utfrmad så att den uppfyller de villkr sm anges i figur 6. Rören skall ha en inre höjd av 393,0 ±0,5 mm ch en inre diameter av 60,1 ±0,1 mm. Rtatinshastighet 20 varv/min ±2 varv. 1. Snäckväxel med elmtr 2. Nödstpp 3. Gummikudde 4. Start/Stpp-reglage 5. Räkneverk 6. Skyddsbur 7. Magnetbrytare 8. Pulsgivare 9. Vagga för stålbehållare 10. Stickprpp (frånskiljare) Tryckpress med en lastcell på 10 kn 50 kn, felvisning max 0,05 kn ch en lastcell 5 kn, felvisning max 0,005 kn. Avläsbarhet 0,001 kn. Hastigheten inställbar mellan 10,0 ch 20,0 mm/min, felvisning (±0,5 mm/min). Två uppsättningar pressverktyg, för tillverkning ch prvning samt utrustning för registrering av brttförlppet enligt FAS Metd