Nr: Utgivningsår: Funktionsegenskaper hos asfaltbeläggningar, flygfältsbanor vid F21

Transkript

1 VTI notat Nr: Utgivningsår: 1996 Xitel: Funktionsegenskaper hos asfaltbeläggningar, flygfältsbanor vid F21 Författare: Safwat F. Said Programområde: Vägteknik (Asfaltbeläggning) Projektnummer: Projektnamn: Uppdragsgivare: Distribution: Utvärderingssystem för bituminösa banor vid flygfält Fortifikationsverket (Projektledare: Hans-Erik Fredbäck) Fri

2 Funktionsegenskaper hos asfaltbeläggningar Flygfältsbanor vid F21 av Safwat F. Said VTI notat

3

4 Innehållsförteckning Sida 1 Inledning 1 2 Skadekartering Funktionsegenskaper Dynamiskt kryptest Vidhäftning Styvhetsmodul Rehabiliteringsåtgärder 7 Bilagor: Bilaga 1: Lagertjocklekar, sammansättning och hålrum Bilaga 2: Krypresultat Bilaga 3: Vidhäftningstal Bilaga 4: Styvhetsmoduler vid 10 C VTI notat

5

6 1 Inledning Denna undersökning har till syfte att dels belysa betydelsen av funktionsegenskaper vid utvärdering av asfaltbeläggningars kvalité och dels komma med förslag till reparationsåtgärder hos asfaltbanor vid F21. Framför allt har spårbildning studerats i det här arbetet. Borrkämor från befintliga beläggningar har utsatts för dynamiskt krypförsök. Stensläpp från rullbanan har undersökts genom vidhäftningsbestämningar hos borrkämor. Styvhetsmoduler har också bestämts hos några provkroppar samt att även sammansättning och hålrumshalt bestämdes hos de flesta borrkämoma för identifiering av massan. 2 Skadekartering Slitlagret på rullbanan och taxibanan består av MAB12TS och utfördes 1993 på tidigare utlagda slitlager (enligt uppgift från beläggningsingenjören). De tidigare utlagda slitlagren (här kallade bindlager) var utlagda vid olika tillfällen, varför kvaliteten kan vara varierande. Under bitumenbundna beläggningar (nya och gamla slitlager) finns en armerad betongbeläggning. Den förekommer vid olika djup från ytan. Man förväntar sig extra påkänningar på asfaltbeläggningar m.a.p. plastiska deformationer, p.g.a. förekomsten av ett styvt lager under asfaltbeläggningen. Ju närmare ytan betongbeläggningen är, desto större är påkänningama på asfaltbeläggningen. Följande skador har observerats: Spårbildning p.g.a. plastiska deformationer på mitten av taxibanan U varierar mellan 2 mm till 12 mm djup. Trafiken är spårbunden och det går samma trafik på hela banan. Av den anledningen måste spårbildningen bero på varierande kvalité hos asfaltbeläggningarna och/eller olika konstruktioner. Spårdjup vid olika partier (U1 t.o.m. U4) av taxibanan U och asfaltbeläggningarnas tjocklek presenteras i tabell 1. Mät- och borrplatser visas i figur 1. Tabell 1 Partier Spårdjup (mm) Asfaltbeläggningstjocklek*} (mm) U ca 85 U U U Platta 3 85 Ref ) Asfaltbeläggningarnas tjocklek bestämdes från borrkämomas tjocklek, bilaga 1. Stensläpp från rullbanan. Uppmjukning av slitlagret på vissa ställen p.g.a. bränslespill (den skadan behandlas inte här). VTI notat

7 2.1 Funktionsegenskaper Upptagningsplatser för borrkärnor visas i figur 1. Tjocklek hos beläggningslagren, sammansättning och hålrum redovisas i bilaga 1. Slitlagret består av AB12TS och underliggande skiktet (tidigare utlagt slitlager) är troligen AB12T. Hålrumshalten hos båda lagren är ca 2 % och bindemedelshalten är drygt 6 %. Storleken på dessa två parametrar hos massan tyder på att beläggningarna är känsliga för plastiska deformationer. 2 VTI notat

8 F/gar 1 VTI notat

9 2.2 Dynamiskt kryptest Totalt 31 borrkämor med mm är uppborrade från fyra olika ställen på taxibanan (U1-U4) och ett ställe i platta 3. Krypegenskaper genom dynamiskt kryptest (preliminär FAS metod ) har bestämts hos slitlagret och det tidigare utlagda slitlagret, kallat bindlager. Sammanfattning av krypresultaten presenteras i figur 2 och 3 hos slit- och bindlager från taxibanan respektive hos slitlager från platta 3. Enskilda värden presenteras i bilaga 2. Krypresultaten hos slitlagret från olika partier av taxibanan varierar mellan till i (figur 2) och resultaten hos bindlagret från motsvarande partier varierar mellan 6000 till jis (figur 2). Krypvärden upp till ji tyder på att asfaltbetongen är stabil. Bindlagerbeläggningen är betydligt stabilare än slitlagret. Det konstateras också att bindlagret från partiet U2 är mycket stabilt (6000 i ) och spårbildning förekommer inte i det här partiet, trots att slitlagret har visat sämst stabilitet (ca i ) i jämförelse med de andra partierna, som har betydligt djupare spår. Slutsatsen är (i huvudsak) att spårbildningen beror på otillräcklig stabilitet hos bindlagerbeläggningen vid Ul, U3 och U4, trots att krypvärden hos bindlagret inte överstiger i. Upptagning av en balk på tvären skulle kunna verifiera dessa slutsatser. Dock medger omständigheterna inte detta. Det bör erinras att betongbeläggningen i taxibanan vid Ul, U2 och U3 förekommer vid ca 85 mm djup under beläggningsytan och vid U4-partiet ligger betongbeläggningen på ca 150 mm djup under beläggningsytan. Detta innebär att asfaltbeläggningarna vid Ul, U2 och U3 utsätts för betydligt större påkänningar än asfaltbeläggningen vid U4. Detta kan vara orsaken till att spårdjupen vid Ul och U3 är djupare än vid U4, trots att asfaltbeläggningarna har ungefär samma krypvärden. Ytterligare prov har undersökts från slitlager hos platta 3, se figur 1. Massabeläggningen består av MABS11. Resultaten redovisas i figur 3 och enskilda värden i bilaga 2. Den är stabilare än genomsnittet för MAB 12 TS (figur 2). 4 VTI notat

10 Fig. 2 Krypresultat hos asfaltbeläggningar från taxibana U VTI notat

11 Figur 3 Krypresultat hos slitlager från plattan. 2.3 Vidhäftning En direkt orsak till stensläpp från beläggningsytor, är nedsatt adhesion mellan sten och bitumen samt nedsatt kohesion hos bitumenet. Stensläpp, s.k. stripping från asfaltbeläggningar påverkas av många faktorer, t.ex. hålrumshalt, fukt, stenmaterial, trafik m.m. (Notat V151). Vidhäftningen hos asfaltbeläggningar undersöks bl.a. genom bestämning av draghållfasthet hos asfaltprovkroppar. Vidhäftningstalet definieras av förhållandet i procent mellan draghållfastheten hos fem stycken vattenkonditionerade prov och draghållfastheten hos fem stycken torrlagrade prov (FAS metod ). I tabell 2 redovisas vidhäftningstalen hos borrkämor från slitlagret. Totalt 20 prov har undersökts från två olika partier på rullbanan. Enskilda värden redovisas i bilaga 3. Vidhäftningstalen varierar mellan procent (tabell 2). Den här beläggningen är ca två år gammal av typ MAB12TS. De nyutlagda slitlagerbeläggningama brukar ha ett vidhäftningstal >80 %. Laboratorietillverkade provkroppar av typ HABT12 och MABT12 har vidhäftningstal på 90 resp 95 procent enligt Höbeda (VTI Notat 15-94). Hur stor nedsättning av vidhäftningstalet som sker per år är okänt. Uppföljning av nyutlagda beläggningar är nödvändigt. Tabell 2 Draghållfasthet (kpa) Vidhäftningstal Torrlagrad Vattenkonditionerad S-serie N-serie VTI notat

12 2.4 Styvhetsm odul Tre borrkämor från ref-partiet har använts för modulmätningar enligt FAS-metod. Slitlagret har en modul på ca 2500 MPa vid 6 C. Modulen bedöms normal m.h.t. bindemedelshalten 6,2 % och bindemedelstypen B180. Det andra lagret liknade en AG16 och inte det tidigare utlagda slitlagret. Styvhetsmodulen hos det andra lagret är ca 7700 MPa vid 10 C och hålrummet är ca 7 %. Enskilda resultat presenteras i bilaga Rehabiliteringsåtgärder Spårbildning: Utförda undersökningar tyder på att beläggningarnas egenskaper är i stort sett normala m.h.t. de massabeläggningstyper som har använts. Dock har de visat sig otillräckligt stabila för det här objektet. Att lägga på ett nytt slitlager kan, med stor sannolikhet, ge upphov till spårbildning på nytt inom kort tid. Den säkraste åtgärden är att fräsa bort de instabila lagren och ersätta dem med stabila massabeläggningar, dock kan uppfräsning av hela bind- och slitlagret på bredden vara kostsam, eftersom spår endast förekommer i hjulspåren. Av den anledningen rekommenderas lådfräsning i hjulspåret av båda lagren (ca 85 mm djup). Fräsningsbredden kan bestämmas m.h.t. fräs-, läggoch vältmaskiner. Den nya konstruktionen i lådan kan bestå av två skikt. Ett stabilt bindlager med ca 55 mm tjocklek och ett slitlager med ca 30 mm tjocklek. Nackdelen med konstruktioner med lådfräsning är att den kan ge upphov till vattensamling i det understa skiktet av lådan och därefter försvagning av hållbarheten, speciellt hos hålrumsrika massabeläggningar, typ AG (PM, Wågberg, L-G och Simonsson, B., VTI 1983). Hur mycket vatten från beläggningsytan som kan tränga ned beror på slitlagrets vattengenomsläpplighet. För att minimera risken för skador i beläggningslagren vid rehabilitering, föreslås följande gränsvärden på lagrens egenskaper: Beläggningslager Krypvärde (ie Vidhäftningstal, Hålrumsmdv % halt, % enskilt värde Bindlager < < "> - Slitlager*J < < ,0 ± 1 Rekommenderas B 180 för att minimera risken för temperatursprickor. **) Tillsats av vidhäftningsmedel ger en gynnsam effekt. VTI notat

13

14 Lagertjocklekar Bilaga 1 Sid 1 (3) provet nr 1:a lager 2:a lager 3:e lager 4:e lager total tjocklek anm. tjocklek anm. tjocklek anm. tjocklek anm. tjocklek anm. mm mm mm mm mm 1A B 64 2A A LB 93 1B LB 82 2B LB 94 3B LB LB LB 38 LB B LB LB 42 LB 90 OU 10A MB OU 11A A LB B B 39 B B 42 LB B 28 B 45 LB LB 40 LB 31 LB LB MB 25 LB MB LB OU LB P P2 46 B P3 41 LB P P P6 41 LB P B N N N N N N N N N9 52 LB 52 N S S12 45 LB 45 S S S S16 42 LB = lätt blödning 42 S17 50 B = blödning 50 S18 53 MB = mycket blödning 53 S19 47 OU = ojämn undersida 47 S VTInotat

15 VTI notât Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrumshalt B.medeishalt Tjocklek före Tjocklek efter Fas Fas sågning sågning Diameter (skjutmått) (vattenmetod) Fas Fas Massatyp Provnr. [mm] [mm] [mm] [g/cm3] [g/cm3] [g/cm3] [vol-%] 1AÖ ######## ######## ' 2AÖ ######## ######## AÖ ######## ######## AÖ ######## ######## AÖ ######## ######## AÖ ######## ######## Medelvärde BÖ BÖ BÖ BÖ BÖ BÖ Medelvärde AU I ######## ######## AU ######## ######## AU ######## ######## AU i ######## ######## AU ######## ######## AU ######## ######## Medelvärde BU BU BU ######## ######## #Division/0! BU BU BU Medelvärde » C/Î D OQ

16 VTI notât Tjocklek Tjocklek Skrymdensitet Kompaktdensitet Hålrumshalt B.medelshalt före efter Fas Fas sågning sågning Diameter (skjutmått) (vattenmetod) Fas Fas Massatyp Provnr. [mm] [mm] [mm] [g/cm3] [g/cm3] [g/cm3] [vol-%] ' Medelvärde U U U U U U ######## ######## #Division/0! #Division/0! 7U U U Medelvärde #Division/0! #Division/0! P1Ö P2Ö P3Ö P4Ö P5Ö P6Ö P7Ö Medelvärde #Division/0! #Division/0! Bilaga 1 Sid 3 (3)

17

18 Bilaga 2 Sid 1 (5) Krypresultat Fig. 1 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos slitlager, taxibana U VTI notat

19 Bilaga 2 Sid 2 (5) Fig. 2 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos slitlager, taxibana U VTI notat

20 Bilaga 2 Sid 3 (5) Fig. 3 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos bindlager, taxibana U VTI notat

21 Bilaga 2 Sid 4 (5) Fig. 4 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos bindlager, taxibana U VTI notat

22 Bilaga 2 Sid 5 (5) Fig. 5 Enskilda värde på dynamisk kryptest hos slitlager, platta 3 VTI notat

23

24 Bilaga 3 Vidhäftningstal Lab.protokoll Bestämning av vattenkänslighet genom pressdragprovning FAS = Vidhäftiningstalet Projekt: Luleå Flygfält Anm: Datum: Jan.-96 / K-AT Prov Höjd Diamet. Brottlast Dragh. Deformat. nr (mm) (mm) (N ) (kpa) (mm) S Anm "Våta pk." S Mv: S "Torra pk." S Mv: 1135 O 0**7 Q Q= 55 N "Våta pk." Mv: N " Torra pk." N Mv: 1118 ' 3.5 % Q= 66 VTI notat

25

26 I i VTI notat Joakim Wahlström Bilaga 4 F21, STYVHETSMODULER VID 10 C Ö Ö % 3.85% 3.12% ,,. v ' -i-v-v f a / c m 3] [ g / c m 3 ] t m m ] v m M k m r n m - [ % l i % r M e d e l v ä r d e % % S t a n d a r d a v v i k e l s e % % C V % : : % 0. 0 % 4 % 1 1 % % 0. 9 % 0. 4 % % 0. 4 % å Bilaga 4 Sid 1 (2) * ' \ : ' v : 5' t v : ~S t ', v * i L \ r ^ /' > 4 * «>, v- <,

27 Joakim Wahlström Bilaga F21, STYVHETSMODULER VID 10 C m s u m PC] [MPa] } m m m g/l m [g/cm5] É i K Igfcmn Medelvärde % % Standardavvikelse % % cv%: 7.5% 0.1% 1% 8% 51.2% 0.3% 0.3% 4.5% 0.8% Bilaga 4 Sid 2 (2) VTI notat

28 Väg-och ' forskningsinstitutet Forskar för ett liv i rörelse. transport- Statens väg- och transportforskningsinstitut har kompetens och laboratorier för kvalificerade forskningsuppdrag inom transporter och samhällsekonomi, trafiksäkerhet, fordon, miljö samt för byggande, drift och underhåll av vägar och järnvägar. A W m c c T& lo fn n F a v T n /p v Linköping VTISGI S