VZfnotat. Nummer: V145 Datum: Titel: Framtagning av metod för bestämning av frostbeständigheten hos asfaltbeläggning. Orienterande försök.

Transkript

1 VZfnotat Nummer: V145 Datum: Titel: Framtagning av metod för bestämning av frostbeständigheten hos asfaltbeläggning. Orienterande försök. Författare: Torbjörn Jacobson Avdelning: Vägavdelningen, Materialsektionen Projektnummer : Projektnamn: Frystömetod Uppdragsgivare : VTI Distribution: fri W Väg- och Trafik Statens väg- och trafikinstitut $ Pa: Linköping. Tel Telex VTISGIS. Telefax Institutet Besök: Olaus Magnus väg 37 Linköping

2 VTI Datum: Vägavdelningen Torbjörn Jacobson Projekt: Frystömetod för asfaltmassa. Projektnr: Lägesrapport Bakgrund Frostbeständigheten hos asfaltbetong är förhållandevis lite undersökt i Sverige, vilket inneburit att provningsmetoder ej utvecklats för detta ändamål. De metoder som finns för bedömning av beständighet tittar enbart på asfaltens vattenkänslighet. I samband med undersökningar av restprodukter som vägmaterial och bindemedel vid stabilisering av bärlager, där frostbeständigheten har stor betydelse, utvecklades i början av 80-talet ett förfarande på VTI för testning av frostbeständigheten. Provkroppar som först vacuummättats i vatten eller svag saltlösning utsattes sedan för upprepade frys-töpåkänningar och bl a hållfasthetsnedsättning och svällning mättes. Detta förfarande visade sig stämma väl överens med fälterfarenheter från provvägar och gav sålunda en förhållandevis realistisk bedömning av materialets klimategenskaper. Metoden har också använts för bedömning av kalla asfaltmassors frostbeständighet (VTI Notat 118), liksom vid studier av finandelens (brukets) betydelse hos asfaltbetong. Metodbeskrivningar framgår av bilaga 1. Provningsverksamheten i denna undersökning har för övrigt samordnats med finandels-projektet (Vägverksuppdrag). Försökets syfte och uppläggning Att på provkroppar av asfaltbetong testa och eventuellt förbättra eller optimera de metoder som idag används för bestämning av frostbeständigheten hos restprodukter och kallblandade massor. Parametrar som vattenmättnadsgrad, vatten alt. och antal frystö-cykler undersöks. saltlösning I första skedet undersöks Marshallprovkroppar av AG 16 och MAB 12 med varierande mineralogisk sammansättning. Stenmaterialet större än 4 mm är lika för samtliga prov, granit från Styvinge, medan materialet mindre än 4 mm (finandelen) varierar. Utvärdering sker genom att resilientmodulen bestäms före och efter provning. Svällning och vattenmättnadsgrad är andra parametrar som kontrolleras. Provets förmåga till

3 återläkning (återhämtning) undersöks genom förnyad modulmätning efter några månaders lagring efter själva frystöförsöket. Aterläkningen har inledningsvis utförts vid rumstemperatur. Beskrivning av stenmaterialen Följande 4 stenmaterial ingår i undersökningen: Fraktion Bergart Markt Lokal mm 0-4 Kvartsit Rå Råsjö krossa Dalsland 0-4 Finkornig granit Sk Skärlunda, Qstergötland 0-4 Gnejs Ko Kolmetorp, Ostergötland O - 4 Glimmerrik gnejs Tö Töva, Medelpad 4-16 Granit Styvinge, Östergötland 4-16 Gnejs Kolmetorp *) *) Ingår endast tillsammans med 0-4 mm från Kolmetorp. Preparering av provkroppar och recept Provkropparna tillverkades enligt Marshallmetoden och lagrades först i ca 3 månader vid rumstemperatur innan de sedan testades. Sammanlagt 8 * 21 st prov tillverkades och för varje analys testades tre prov (trippelprov). Recepten framgår nedan: Massatyp Material Bindemedelshalt Kornkurva % AG 16 Gnejs, Ko 4.5 Bilaga 2 AG 16 Gnejs, Tö 4.5 Bilaga 3 AG 16 Granit, Sk 4 5 Bilaga 3 AG 16 Kvartsit, Rå 4 5 Bilaga 3 MAB 12T Gnejs, Ko 6 2 Bilaga 4 MAB 12T Gnejs, Tö 6.2 Bilaga 4 MAB 12T Granit, Sk 6.2 Bilaga 4 MAB 12T Kvartsit, Rå 6 2 Bilaga 4

4 Utförande I princip testades proven enligt följande: 1. Provkroppens höjd mättes med skjutmått. 2. Provet vägdes. 3. Resilientmodulen (Mr) bestäms vid +10 C. 4. Provet placerades i exsickator och täcktes med dest. vatten respektive 1%-ig saltlösning. 5. Vacummättning i 1 respektive 24 tim vid 40 mbar. 6. Provet våtlagrades ytterligare 23 tim vid atmosfäriskt tryck. 7. Provet vägdes och vattenmättnadsgraden beräknades. 8. Provet placerades i fryslådan och täcktes med våt sand 9. 10, 30 och 50 st frystö-cykler omfattande 12 tim vid -23 C och 12 tim vid +23 C. 10. Provkroppens höjd mättes och svällningen beräknades. 11. Bestämning av resilientmodul vid 10 C. 12. Lagring vid rumstemperatur i 28 dygn (återläkning) och förnyad resilientmodul En mer utförlig metodbeskrivning framgår av bilaga 1. Resultat I första omgången testades AG 16 med dest.vatten resp. 1 % NaCl-lösning. Proverna vacuumättades 1 timme och våtlagrades ytterligare i 23 timmar. Resilientmodulen bestämdes på torra prov och efter 10, 30 och 50 cykler samt efter återläkning (28 dygns efterlagring). Resultat: AG 16, vacuummättning 1 tim i dest. vatten (medelvärden). Material Resilientmodul, MPa Initialt 10 cykler 30 cykler 50 cykler återläkn. Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå

5 4 FRTSTÖPROWWG Vattenla r'm 1 tim g ( ) % Gnas.K \ -B- Gnejs, Ta» 3% Granit. Sk \ -=r- Karm-bit. Rx': Mr MP0 MM?000 7 m \ W m, \w/ Mg I I I päcdöhu Antal cykler FÖRSÄKRING I % 10 st 30 st 50 st cykler Gnejs, Ko Gnejs, T Granit, Sk ' Kvartsit, Rå

6 Mr MP0 5 FRYSTÖPROWING 1?3 NGCI-lösning (1 tim) _ 9000?4 Gnqs,K0 lf s. 4- '- -B- Gnenja SCO:) + Granit. S<?mn -- Hbñmmmü Bun x\qêeess;;:&hähkhhm///:2äj 5 W 4900 \\x{f 3000 I 1 1 z % 5' E.9; få E E! '3 E g 8 4 D O?-.E E 1: T5.Bntal cykler FÖRSÄKRING I % I 10 st 30 st 50 st cykler I Gnejs, Ko , Gnejs, T Granit, Sk Kvartsit, Râ

7 AG 16, vacuummättning 1 tim i 1 % NaCl-lösning (medelvärden). Material Resilientmodul, MPa Ini- Efter Återtialt vacuummättn. cykl. oykl. cykl. läkning EQQEQT'ES'MEEB""" '5136""""83IS"Z EB"S 66"'E ES' Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå Material Dest. vatten 1 % NaCl-lösning Hål- Vatten- Sväll- Hål- Vatten- Svällrum mättnadsg. ning rum mättnadg. ning Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå Hålrummen i provkropparna varierar vilket försvårar, direkta jämförelser mellan stenmaterialen. Ingen påtaglig skillnad konstateras i vattenmättnadsgrad vid användning av dest. vatten resp. 1 %-ig saltlösning. Någon svällning förekommer inte. Vattenmättnadsgraden är låg, något som Visar att vakuummättningen, inte haft avsedd effekt. Resilientmodulen (styvhetsmodulen) sjunker, trots den låga vattenmättnadsgraden med antal frystöcykler, särskilt vid 10 cykler. Aterläkningen, eller snarare uttorkningen (?) har gett upphov till en viss ökning av modulvärdet, dock inte till ursprunglig nivå.

8 ;_omgång.2 vacuummättades proven i 24 timmar innan de utsattes för frystöpåkänningar. Provningen gjordes i Övrigt på samma sätt som vid omgång 1. Proven bestod av AG 16 som mättades med dest. vatten respektive 1 % NaCl-lösning. Resultat: AG 16, vacuummättning 24 tim i dest. vatten (medelvärden). Material Resilientmodul, MPa Initialt 10 cykler 30 cykler 50 cykler återläkn. Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå AG 16, vacuummättning 24 tim i 1 % NaCl-lösning (medelvärden). Material Resilientmodul,-MPa Initialt 10 cykler 30 cykler 50 cykler återläkn. Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå Material Dest. vatten 1 % NaCl-lösning Hål- Vatten- Sväll- Hål- Vatten- Svällrum mättnadsg. ning rum mättnadg. ning % % % % % Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå

9 8 Vnttenlagring (24- tim) Gnäs,K0 -B- Gneja, T5 K -M- Granit. Sk 9000 "i *2* Kmrtsit. RE: CL. L E 7000 M r l 1 I 0 'H3.'50 50.Bin-döm. Antal cykler' FÖRSÄKRING I % I 10 st 30 st 50 st cykler l Gnejs, Ko Gnejs, T Granit, Sk Kvartsit, Rå

10 FRYSTÖPROWING 1?3 Nam-lösning (24 tim) Gnäs.Ko _9- Gneja, T3 :x -H- Granit. Sk 8000 'I' Kmrtsilz.. Ru' / 0-2 E \/ 5_ /1 E 5000 Å: 5000 \\ {/f 4000 I I I 0 HJ 250 SI] Hur-16m. Antm cykler FÖRSÄKRING I % I 10 st 30 st 50 st cykler I Gnejs, Ko Gnejs, T Granit, Sk Kvartsit, Râ

11 10 Den förlängda vacuummättningen ger något högre vattenmättnadsgrad än tidigare. Ingen större skillnad konstateras mellan vatten och 1 %-ig saltlösning. Någon svällning förekommer inte. Resilientmodulen nedsätts med antalet frystöcykler (se figurerna. Skillnaden är dock ringa mellan 30 och 50 cykler. N gon tydlig trend till större försämring med förlängd vacummättning kan inte spåras..återläkningen har ökat resilientmodulen, dock inte till ursprunglig nivå.

12 11 ;_omgång _testades MAB 12T. Proven vacuummättades 1 timme innan de utsattes för frystöpåkänningar. Resultat: MAB 12T, vacuummättning 1 tim i dest. vatten (medelvärden). Material Resilientmodul, MPa Initialt 10 cykler 30 cykler 50 cykler återläkn. Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå MAB 12T, vacuummättning 1 tim i 1 % NaCl-lösning (medelvärden). Material Resilientmodul, MPa Initialt 10 cykler 30 cykler 50 cykler återläkn. Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå Material Dest. vatten 1 % NaCl-lösning Hål- Vatten- Sväll- Hål-Vatten- Svällrum mättnadsg. ning rum mättnadg. ning % % % % % % Gnejs, Ko Gnejs, TÖ Granit, Sk Kvartsit, Rå MAB-provkropparna har blivit ovanligt täta med låga hålrum. Vattenmättnadsgraderna har blivit mycket låga och någon svällning förekommer inte. I tre fall av fyra har lägre vattenmättnadsgrad erhållits med dest. vatten än med saltlösning.

13 12 FRYSTÖPROWING. Vattenla rin 1 tim 9000 i; 9 c ) i GhâB.Ko Gneja, Tö + Granit. Sk _åk-lümdsñ.nå 7000 Mr MPO , Initialt Ant-:ul cykler FÖRSÄKRING I % 10 st 30 st 50 st cykler Gnejs, Ko 15 _ Gnejs, Tö 3 (+4) (+3) Granit, Sk (+2) (+5) 3 Kvartsit, Rå 3 (+4) 2

14 13 FRTSTOPROVNING 1?S NaCI-lösning (1 tim) 9000 % GhQB.K B- Ghaja, TB -ä- Granit. Sk '4F-IQMdáLIE a ' n 5000!, r* Inmaü 10 5D 50 Antal cykler FÖRSÄKRING I % 10 st 30 st 50 st cykler l Gnejs, Ko Gnejs, Tö Granit, Sk Kvartsit, Rå 3 0 7

15 14 Resilientmodulvärdena för MAB påverkas inte av frystöväxlingen, till skillnad från AG. Man kan notera de tydligt lägre resilientmodulvärdena för MAB än AG (stämmer med dimensioneringsvärden?). Kommentarer: De mycket låga vattenmättnadsgraderna visar att metoden inte fungerar på avsett sätt, inte ens för AG-massa. Vid amerikanska undersökningar har man föreskrivit en minsta mättnadsgrad på % vid likartade undersökningar (t. ex. Tunnicliff och Root's metod). En litteraturundersökning (VTI Notat, Höbeda Peet) har indikerat följande tänkbara orsaker: - Olämplig packningsprocess, vid Marshallpackning får man en tät hud i provytan som motverkar vattenmättning även vid höga hålrum. Förslag till åtgärd; Tillverka större provkroppar, t. ex. med Kneading Compactor eller Marshall 15 om, och borra ut kärnor med 10 cm diameter för vidare provning. - Nytillverkade provkroppar är hydrofoba och vattenfrånstötande. Förslag till åtgärd; Aldra bindemedlet (efterlikna uppvärmningen vid massatillverkningen bättre) och lagra sedan den färdiga provkroppen vid förhöjd temperatur (ett förslag finns från det amerikanska AAMAS-projektet). Saltlösning har inte gett större effekt än men jämförande försök bör göras vid högre vattenmättnadsgrad före slutsatser. dest. vatten, Återläkningsprocessen modifieras så att den större effekten av sommarvärme efterliknas (provet uppvärms). Inverkan av faktorer som antalet frystö-cykler, saltlösning contra dest. vatten bör göras om med provkroppar som erhåller högre vattenmättnadsgrad (>55 %). Det bör vidare nämnas att resultaten från laboratorieundersökningarna föranledde ovannämnda litteraturundersökning om klimatbeständigheten hos asfaltbetong.

16 Bilaga'l Vattenmättning och frystöväxlingsförsök för provkroppar av asfaltmassa. A. Provberedning Marshall och borrkärnor. Vattenmättning Mä? höjd och diameter med skjutmått (på 0.1 mm när). Väg provet (på 0.1 g när). Placera provet i exikator och fyll med 1 % saltlösning (NaCl) så att provet täcks. Vacuummätta 1 timme vid 20 mmhg, 27 mbar, undertryck. Låt provet stå ytterligare 23 atmosfäriskt tryck. timmar vid Väg provet. s Frystöförsöket Placera provet i fryslådan och täck med våt sand (Baskarp nr 6, 20 % vattenkvot). Ställ in klimatskåpet på +21 och -23 oc. 10 st frystöcykler a 12 tim +21 och 12 tim -23 C. Efter avslutad frystö mät provets höjd. Utvärdering Beräkna vattenupptagning i vattenmättnlng. vikt-% efter Beräkna svällning i % av provets höjd efter frystö. Bestäm resilientmodul eller pressdrag före och efter vattenmättning resp frystö. Okulärbesiktning av provets kondition (trasig, mjuk, hel eller dyl).

17 ) l l \,1 t-ø' "i I 0 I Bilaga. 1 Trav i på bf*.. '_1 Å /, /R 4,07?) ; _ * f, c_\ I. W. - "x \ HWVÃWFE " * ^ wii/fö? '\ /<!C,"L*' ^ (lo/ VA,,. v, / Pga áf/lak) 1 E %/":I_ (lugn/ - 4/7 65"/ [7?? I"5L 'ÅK ( \ \ / ' //U ua' Q r') Aff. 5470:30; ' Vis-U M M \\\ '1:3 'fi /. I* F) D IH im, -\<44^C \ '/. I O \»Ni. o i -_J\...I ( / s l (_. (551; ;5 91)* \ \ \ SAR/Lan nnnil/i ( w i. 1 1%-Lf u'?,..=fzfc 7) c O'FU s zmmmmu \ ',. \ / \ P-_foTpLR-Tm' C0 WO»'.. -_\ /és«'\) q. i" U S/ÃÄCA /ñvx n Z-*ri'LO-x i : :hk *I* j _ UL:- La L»w d»fw - i':._3 ". fr' :. - _ lf_ ' V in 7; f 'då., l 4 P i /1;1/\j7x\1f\f LX '.z 3 0: (' 'U *W i i'.- /Fi ;1(1 än_.x?sfy \\ / '. 'v1.n' - PPAYL F0 I' ;MIn/MM»- ;J.f'J \x 4 r-:ç '_/Kt \'. :Ni.\.. \ (V V M gl' - VA L ',i 4,3-» ø" ka.nä C' ' (i :4,.J lä 2: mm* 2.-: u' ngn I,J f'

18 Bilagaa

19 13 : ((154 '1 Vättenmättning och frystöväxlingsförsök för emnlsionsstabiliserade provkroppar. A. Provberedning Marshall, Hveem eller borrkärnor. Torrlagring 7 eller 28 dygn. Vättenmättning Mä; höjd och diameter med skjutmått (på 0.1 mm när). Väg provet (på 0.1 g när). Placera provet i exikator och fyll med dest.vatten så att provet täcks. Vacuummätta 1 timme vid 30 mmhg, 40 mbar, undertryck. Låt provet stå ytterligare 23 timmar vid atmosfäriskt tryck. s Väg provet. Frystöförsöket Placera provet i fryslådan och täck med våt sand (Baskarp nr 6, 20 % vattenkvot). Ställ in klimatskåpet på +21 och -23 OC. 10 st frystöcykler a 12 tim +21 och 12 tim -23 C. Efter avslutad frystö mät provets höjd. Utvärdering Beräkna vattenupptagning i vattenmättning. ikt-% efter Beräkna svällning i % av provets höjd efter frystö. Bestäm resilientmodul eller pressdrag före och efter vattenmättning resp frystö. Okulärbesiktning av provets kondition (trasig, mjuk, hel eller dyl).

20 BMQSQ 2 RESULTAT AV PROPORTIONERINGEN HmhitfHEZ isserande vikt-x < önskad gradering m 0 m 0 m m m m m 0 I I 0 l I I I l l I i 1 I MüMümimq Maskvidd Resultat Idealkurva Avvikelse mm % % % O l l Maxavvikelse 4.3 för sikt Medelavvikelse 0.7 Fraktion Volymprocent Summa V01-% 100.0

21 nu nu......_ Qönönnn \ IR;- Mh T 1" A'A I.-. -u--q-.u _- -u-_--... VTI nr: Bi \O\5C\ 3 Bilaga Ib nu,0 nu nu nu 0, nv _ Cu nu h? nu Cs nu 7a nv.lr 0,06 -.-q u--_-_- ' Finsund 'Mellansandl Grovsund I Fingrus I Mellangrusl Grovgrus I Mellanstenl _-_-_-- _nu-_qdñq ====l====. Grov mo 'Mellansandl Grovsand l Fingrus l Grovgrus I Sten I IIIIIu u u 1 I I I 0,063 0,125 0,25 0,074 Kornsforlek, mm 02 IIFII IIFIL llrll -lril llrll l'r-l '-r-l llrll anl udda-u-_ - _uu_- _-- du_ lir' ru, q lir-. l rll --r'l "r-...r.. IIPIL llrll _-_-_qdu- -u-qu_- '-r'l I I I I u-qqd-- -d-_- - TTIIIIIH _nn-_uu-h -q1_--u --q-- -_-qqq I _._._qq. _--_-u _ Ilrll 'lr'l l'r'l IIFIJ 5...!J IIFII F. / I..._-_.. d--_-- _....q. //r, II 0,5 1,0 45,6 8 11, :...ZF...._..._ IIFII --r'l lirla IIFII llrll '-r-- Ilrll -'r-l -'ril l rll Illlln l l u -_--..._._.q..... _-_q-_-_- _-:_:_ J I _und uu-_ IJ l _._._.. 1 q._._.._....q _._._._.. _--u q... _uu-_u_- '-r'- --r'l '-r'l IIFII --r l --r-l '-r-. llrll "r _ i a.. qqqqd......_._....._......_ _._......p_....

22 0 _ maa- m - -u_ I00,Ö nu 0: nu I_ nu nu nu F....ud-AAR _..._.. _-_-_u-- _._....._._._ I VTInr: Bilaga LI Bilaga _ c.. O av: anv C5 nv lb 7a nu nv 0, _=1_=: - -_ q _..._-_aq._._._ q-d_-qu- _nun-_q_ Finsand 'Mellansundl Grovsund I Fingrus l Mellangrusl Grovgrus I Mellanstenl Grov rno IMellansundI Grovsnnd I Fingrus I Grovgrus l Sten _uu- -_u _--_-_-_ ll llfl1lllllll 0,063 0,125 0,25 0,5 1,0 0,074 Kornsforlek, mm 02 IIFII llfi: lir-ll -Ir'l l-rll llrll _uu-_-_-_ --_u-- _--_-- Å ---_w_ l I I I _q dd-d- 06 Ilrll '-r-l Ilrll '-r'l 'lr'l.1 "r'. l'r-l ' '-r'l II II _- -u / ITTHIHI / , I I I _-d--- _--_d-..._...._ p-..._ '-r'l b-_._.._mü llrll -ir'l PUI -If'l '-r'- IIFIl _..._... 'lr-l "r-l -lri I I I I _--_-- _uu-_u-- _--_-- -d -_-_..._u... _--_-- I..._. u -_-... -_...._... Isrul Irl4 llrln lirll III! II I I 'lr'l IIFII IIPII llrll 2 45,6 8 11, _dc-_-_- _-_u _-..._._.. T I _uu-_u-uqh-- --.uu-_dn_- _und-_u_- - -_d- Ilrll l '-r-- Ilrll "r-. '-r'l _..._.... _--_--..._...-.i _._._._._....b...b_ _.php-p... b.._ _._....._...._ _...

23