Kall och halvvarm återvinning

Transkript

1 VTI notat 1 21 VTI notat 1-21 Kall och halvvarm återvinning av asfalt i verk Del 1 Laboratorieprovning Författare FoU-enhet Projektnummer 6621 Projektnamn Uppdragsgivare Distribution Torbjörn Jacobson och Fredrik Hornwall Väg- och banteknik Asfaltåtervinning Vägverket Fri

2 Förord Återvinning av gamla asfaltbeläggningar har blivit allt vanligare på senare år och en rad olika metoder har utvecklats inom detta område. Denna rapport behandlar kall och halvvarm återvinning i verk med inblandning av bitumenemulsion eller mjukbitumen och ibland tillsats av nytt stenmaterial och vatten. Rapporten beskriver ett stort antal försök på VTIs laboratorium. Undersökningarna och sammanställningen av rapporten har utförts inom ett av Vägverket finansierat FoU-projekt rörande kall och halvvarm asfaltåtervinning. I de olika försöken har också Vägverket Produktion, NCC, PEAB, Vägmästarna, Skanska, Nynäs och flera av Vägverkets regioner medverkat. Kontaktpersoner på Vägverket (huvudkontoret) har varit Åsa Lindgren och Bengt Krigsman. Från VTIs sida har Torbjörn Jacobson varit projektledare medan Fredrik Hornwall har medverkat vid sammanställningen av rapporten. Laboratorieundersökningarna har till stor del utförts av Karl-Axel Thörnström och Fredrik Hornwall. Linköping i april 21 Torbjörn Jacobson Projektledare

3 INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING... 5 INLEDNING OCH SYFTE... 8 ASFALTÅTERVINNING ALLMÄNT... 1 KALL ÅTERVINNING I VERK HALVVARM ÅTERVINNING VID VERK RETURASFALT ASFALTGRANULAT PROVTAGNING 15 KARAKTERISERING AV RETURASFALT ELLER ASFALTGRANULAT.. 16 KORNKURVA OCH BINDEMEDELSHALT 16 ASFALTGRANULATETS SAMMANSÄTTNING OCH VATTENINNEHÅLL 19 EGENSKAPER HOS BINDEMEDEL I RETURASFALT 21 PACKNINGSEGENSKAPER HOS ASFALTGRANULAT 25 Optimal vattenkvot (vätskeinnehåll) 25 KONSISTENS OCH BEARBETBARHET HOS GRANULAT OCH MASSA 25 Gyratorisk packning 26 STENMATERIALKVALITET 36 I returasfalt 36 Inblandning av stenmaterial 36 FÖRORENINGAR (STENKOLSTJÄRA) 36 PROPORTIONERING, MEKANISKA EGENSKAPER OCH BESTÄNDIGHET HOS KALLA ASFALTMASSOR PROPORTIONERING AV ÅTERVINNINGSMASSA - ALLMÄNT 37 UPPLÄGGNING AV UNDERSÖKNINGEN 37 PROVMATERIAL, BINDEMEDEL, TILLSATSER OCH RECEPT 38 PROVPREPARERING 38 Materialberedning 38 Blandning av massa 39 Packning och lagring av provkroppar 4 INVERKAN AV BINDEMEDELSTYP SAMT TILLSATTS AV CEMENT OCH STENMATERIAL 61 Hårdheten på bindemedlet (basbitumenet i emulsionen) 61 Inblandning av stenmaterial 68 Tillsats av en mindre mängd cement 71 Hålrumshalt 73 PRESSDRAGHÅLLFASTHET 76 STYVHETSMODUL 79 Provning vid 1 C 79 Inverkan av provningstemperatur 81 Korrelation mellan styvhetsmodul och pressdraghållfasthet 82 VTI notat 1-21

4 STABILITET 84 Inverkan av provningstemperaturen 87 Inverkan av provkroppens höjd 88 BESTÄNDIGHET 9 Allmänt 9 Vattenkänslighet vidhäftningstal 9 Frys-tökänslighet 96 SAMMANFATTANDE KOMMENTARER KALLA MASSOR PROVNING AV HALVVARMA ÅTERVINNINGSMASSOR BAKGRUND 16 KARAKTERISERING AV ASFALTGRANULAT 16 PROVPREPARERING 17 PROPORTIONERING AV HALVVARMA ÅTERVINNINGSMASSOR - FÄLTFÖRSÖK 19 Asfaltgranulat från Härnösand (Viksjö) 19 Provvägsförsök på riksväg 9 11 Kontrollsträckor på väg 725, Seskarö (Haparanda) 114 SAMMANFATTANDE KOMMENTARER HALVVARMA MASSOR LITTERATUR VTI notat 1-21

5 Kall och halvvarm återvinning av asfalt i verk Del 1 laboratorieprovning av Torbjörn Jacobson och Fredrik Hornwall Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI) Linköping Sammanfattning Kall och halvvarm återvinning av asfalt i verk Rapporten är en sammanställning av laboratorieundersökningar på kalla och halvvarma återvinningsmassor tillverkade i verk. En del av studien behandlar renodlade metodstudier där syftet varit att ta fram lämplig metodik för kalla eller halvvarma återvinningsmassor. Andra delar berör returasfalt och asfaltgranulat (gamla beläggningsmassor) från mellanupplag med inriktning på materialsammansättning, åldring av bindemedel, variationer i upplag och lämplighet för återvinning. Det är viktigt att påpeka att materialet till denna rapport kommer ifrån en rad olika undersökningar från 199-talet som berör olika aspekter på provning av returasfalt och återvinningsbeläggning. Vissa kompletteringar har dock gjorts under 2. Mycket av det material som presenteras har redan implementerats i Vägverkets anvisningar, t.ex. ATB VÄG. Rapporten kan därför ses som en bakgrund och i viss mån metodhandbok till Vägverkets nya anvisningar. Relevansen hos många av metoderna har testats genom provvägar och kontrollsträckor. Den delen av studien finns redovisade i VTI notat och 7-2. Kort beskrivning av kall och halvvarm återvinning i verk Kall och halvvarm återvinning av asfaltbeläggning är en resurssnål teknik eftersom materialet inte eller endast måttligt behöver värmas upp och genom den stora mobilitet som blandningsverken har. Vid dessa tekniker kan upp mot 1 % gammal asfalt återvinnas men för ett bra resultat är det viktigt att de gamla asfaltmassorna förebehandlas på ett riktigt sätt. Återvinning av gamla asfaltbeläggningar har blivit allt vanligare på senare år och samtidigt har tekniken genomgått en stark utveckling. Vid kall återvinning i verk utgörs det nya bindemedlet av bitumenemulsion och vid halvvarm återvinning används mjukbitumen. I de flesta fall tillsätts dessutom vatten och ibland nytt stenmaterial. Karakterisering av returasfalt och asfaltgranulat För att beläggningar med återvunnet asfaltmaterial skall få acceptabel kvalitet och funktion behöver granulatet ha en lämplig gradering och återvinningsmassan en lämplig sammansättning. Granulatets korngradering och vatteninnehåll har betydelse för massans homogenitet, bearbet- och packbarhet. Uppgifter om bindemedelshalt och det gamla bindemedlets egenskaper är nödvändig information för val av erforderlig mängd och typ av nytt bindemedel som skall användas. Därför har följande områden studerats: VTI notat

6 Granulatkurva Bindemedelshalt och kornkurva på extraherat material Variationen i mellanupplag Åldring av bindemedel Packningsegenskaper tung instampning och gyratorisk packning Vatteninnehåll i asfaltgranulat Provtagning Föroreningar (stenkolstjära) Proportionering inriktad mot funktionella egenskaper Funktionellt inriktad proportionering innebär att receptet för återvinningsmassan tas fram genom jämförande provningar på provkroppar av granulat, bindemedel och vatten i olika proportioner. Efter det att provkropparna lagrats/härdats testas de med avseende på mekaniska egenskaper och beständighet. Den blandning som bäst uppfyller ställda krav väljs. Provningarna görs genom dubbelprov och vid flera olika bindemedelshalter. Bindemedelshalterna väljs utifrån bindemedelsinnehållet och kornkurvan i granulatet samt hur åldrat det gamla bindemedlet är. Det innebär bland annat att en större bindemedelstillsats bör eftersträvas vid förhårdnat, åldrat bindemedel och en mindre giva när bindemedlet är mjukare och fräschare. Skillnaden i bindemedelshalt bör minst vara,4 procentenheter mellan provblandningarna. Ett samlingsprov av granulat från upplaget ligger till grund för proportioneringen. För att provningarna skall bli jämförbara måste provningsförfarandet styras upp noggrant med avseende på provberedning, blandning, packning av provkroppar och lagring innan provning utförs. Detta brukar benämnas provpreparering. Provningarna i denna del av studien behandlar följande: Provpreparering - blandning, tillverkning av provkroppar, härdning Inverkan av lagringstid och lagringstemperatur Packningsmetod Marshall-, statisk-, knådande- och gyratorisk packning Proportionering system, antal prov, receptur, metoder och egenskaper Massans konsistens och packningsbarhet gyratorisk packning Hålrumshalt inverkan av provningsmetod Pressdraghållfasthet torr och våtlagrade prov Styvhetsmodul inverkan av provningstemperatur Marshallstabilitet inverkan av provningstemperatur och provkroppens höjd Dynamisk kryptest Inblandning av bindemedel, stenmaterial, vatten, cement och vidhäftningsmedel Inblandning av ett eller flera bindemedel är nödvändig för att massan skall binda ihop och ibland behövs även tillsats av vatten eller stenmaterial för att få hanterbarhet och stabilitet. En mindre mängd cement kan förbättra både beständighet och mekaniska egenskaper. När mjukbitumen används inblandas vidhäftningsmedel. Följande områden har studerats: 6 VTI notat 1-21

7 Typ och mängd av bindemedel standard och specialbindemedel Mängd nytt bindemedel (bindemedelshalt) Inblandning av stenmaterial och vatten Tillsats av cement och vidhäftningsmedel Hålrumshalt och mekaniska egenskaper hos kalla och halvvarma återvinningsmassor En sammanställning över erhållna egenskaper från ett stort antal undersökningar på återvinningsmassa har gjorts. Provkropparna har tillverkats genom statisk packning och lagrats vid förhöjd temperatur i 7 dygn innan de testats. Vatteninnehållet i granulatet har legat på 3 %. Variabler i provblandningarna är asfaltgranulat, bindemedelstyp och mängden (halten) nytt bindemedel. Ett bra samband konstaterades bland annat mellan hålrumshalt och totalt bindemedelsinnehåll samt mellan pressdraghållfasthet och styvhetsmodul. Störst spännvidd mellan provblandningarna uppvisade styvhetsmodulen och minst Marshallstabiliteten. Beständigheten hos kalla och halvvarma återvinningsmassor Bristande beständig är sannolik den vanligaste skadeorsaken för kalla och halvvarma återvinningsmassor. Om beständigheten inte är fullgod hos ett asfaltlager försämras i princip de flesta egenskaperna hos materialet och beläggningen riskerar att få en förkortad livslängd. I svårare fall brukar en kombination av brister hos själva materialet/massan, dåligt utförande och fuktiga lägen föreligga. Svagheter i underliggande lager, hög andel tung trafik eller riklig saltning kan också bidra till en alltför snabb nedbrytning av asfaltlager. Fukt och vägsalt blir mycket kritiskt om kalla eller halvvarma beläggningstyper är felproportionerade, speciellt om alltför liten mängd nytt bindemedel tillsätts. Därför är det viktigt att beständigheten blir fullgod och proportioneringssystem för kalla eller halvvarma massor måste innehålla tester som åtminstone beskriver materialets resistens mot vatten. Om förhållandena är svåra bör även frys-tö och saltbeständigheten undersökas. De beständighetstester som ingår i studien behandlar: Vattenkänslig - inverkan av vattenlagring och vattenmättning Frys-töbeständighet Känslighet för vägsalt och osmotisk konditionering VTI notat

8 Inledning och syfte För att beläggningar med återvunnet asfaltmaterial skall få acceptabel kvalitet och funktion behöver granulatet ha en lämplig gradering och återvinningsmassan en lämplig sammansättning. Inblandning av ett nytt bindemedel är nödvändig för att massan skall binda ihop och ibland behövs även tillsats av stenmaterial för att få hanterbarhet och stabilitet. Granulatets korngradering och vatteninnehåll har betydelse för massans homogenitet, bearbet- och packbarhet. Uppgifter om bindemedelshalt och det gamla bindemedlets egenskaper är nödvändig information för val av erforderlig mängd och typ av nytt bindemedel. Eftersom äldre asfaltbeläggningar kan ha mycket varierande ursprung och sammansättning bör krav på funktionellt inriktade egenskaper ställas vid proportionering av återvinningsmassa som skall läggas på vägar med stor trafikbelastning. Egenskaper som kan vara viktiga att bestämma på massan är styvhetsmodul, pressdraghållfasthet, stabilitet, konsistens och beständighet. Vid provningen måste prepareringen av provkropparna noggrant styras upp för att relevanta, jämförbara resultat skall erhållas. När förprovningen är klar bör en provläggning av massan enligt arbetsreceptet göras. En provläggning är det bästa sättet för att få svar på om massan går att hantera och lägga ut. Enligt tidigare erfarenheter av kalla massor kan, efter det att produktionen kommit igång, en viss korrigering av arbetsreceptet bli nödvändig. I denna rapport ges en sammanställning över vilka material- och provningsparametrar som har betydelse vid laboratorieundersökningar av kalla och halvvarma återvinningsmassor. Olika provningsmetoder redovisas och förslag på metodbeskrivningar ges. Relevansen mellan laboratorieresultat och erfarenheter från fält diskuteras också. Viktigt vid provning av kalla massor som innehåller vatten är att provberedningen styrs upp noggrant. Blandning, packning och lagring av provkroppar har härvidlag stor betydelse. En förprovning på laboratoriet kan omfatta bindemedelshalt och kornkurva på granulat, proportionering av massa, provning av mekaniska egenskaper samt beständighet. Vid produktions- och kvalitetskontroll kan asfaltmassa eller borrkärnor testas. Innan provningen är det viktigt att provtagningen styrs upp så att proverna på ett representativt sätt återspeglar beläggningsmaterialet som skall återvinnas. En nyutkommen metodbeskrivning (se litteraturlistan) från Vägverket beskriver provtagning av granulat i upplag eller borrkärnor från beläggning. Det är viktigt att påpeka att materialet till denna rapport kommer från en rad olika undersökningar från 199-talet. Vissa kompletteringar har dock gjorts under år 2. Syftet är att belysa lämplig provningsmetodik för kalla och halvvarma återvinningsmassor. Mycket av det material som presenteras har redan implementerats i Vägverkets anvisningar, t.ex. TBV-Återvinning och ATB VÄG. Rapporten kan därför ses som en bakgrund och i viss mån metodhandbok till Vägverkets nya anvisningar. Vissa modifieringar och kompletteringar kan också bli aktuella utifrån resultaten i rapporten. I VTI notaten och 7-2 behandlas erfarenheter från provvägar och kontrollsträckor. Undersökningarna i denna rapport är till delar framtagna vid 8 VTI notat 1-21

9 provvägsförsök och därför finns en stark koppling mellan dessa rapporter och denna undersökning. I handboken för återvinning av asfalt som kom ut hösten 2 finns utförliga beskrivningar (teknik, provningsmetodik, bindemedel, miljö, prestanda, erfarenheter mm) över kall och halvvarm återvinning i verk. VTI notat

10 Asfaltåtervinning allmänt Asfaltbeläggningar kan återvinnas genom kalla, halvvarma eller varma produktionsmetoder och inblandningen av nytt bindemedel, massa, vatten eller stenmaterial i det gamla asfaltmaterialet kan ske i verk eller på vägen. Återvinningsmassor kan användas till slit-, bind- eller bärlager. Kalla och halvvarma metoder riktar sig till vägar med låg eller måttlig trafikvolym (ÅDT total <3) medan varm återvinning är en teknik även för det högtrafikerade vägnätet. I Sverige återvinns årligen drygt en miljon ton (ca 13 % av total produktion) äldre asfaltbeläggningar. Om massorna innehåller stenkolstjära rekommenderas kall återvinning. Asfaltgranulat används också som bär- eller förstärkningslager på lågtrafikerade gator, vägar samt gång- och cykelbanor. Återvunnet beläggningsmaterial (ton) Varm återvinning Halvvarm återvinning Kall återvinning Figur 1 Fördelning mellan olika återvinningstekniker i Sverige (Vägverket, 1998). 1 VTI notat 1-21

11 Kall återvinning i verk Kall återvinning i verk är en resurssnål teknik eftersom materialet inte behöver värmas upp. Genom att blandningsverken är lätta att flytta minskar också transportbehovet. Vid kall återvinning kan massan bestå av upp till 1 % returasfalt men för att få ett bra resultat är det viktigt att returasfalten har förebehandlats på ett riktigt sätt. Vid kall återvinning i verk utgörs det nya bindemedlet av bitumenemulsion. I de flesta fall tillsätts dessutom vatten och stenmaterial. Olika varianter av blandningsförfaranden har utvecklats för att massan skall bli så homogen som möjligt och för att stenmaterialet skall få en bra täckningsgrad. Kalla massor kan ibland bli tröga och därför inblandas vatten som har en smörjande inverkan på massan. Det är dock viktigt att mängden nytt bindemedel, vatten samt eventuell tillsats av stenmaterial tas fram efter förprovning på laboratoriet. Syftet är att ge massan en lämplig sammansättning för att säkerställa att beläggningen får god funktion. Kall återvinningsmassa innehåller vatten och bitumenemulsion samt granulat och ibland nytt stenmaterial. Emulsionsbeläggningar hårdnar med tiden, mycket beroende på hur snabbt materialet hinner torka ut. På så sätt har vädret och årstiden vid utförandet stor betydelse för den här typen av beläggningar. Vid blandningen i verket klibbar bindemedlet fast vid granulatet och det är ovanligt med bindemedelsavrinning under tillverkning och transport av massan. När massan packas hårdnar den. Vägytan kan dock fortfarande vara förhållandevis mjuk den första tiden men tål ändå normal trafik utan problem. Ytan hårdnar successivt när vattnet avdunstar och genom den nödvändiga efterpackningen från trafiken som slutligen knådar och packar vägytan. Bild 1 Modernt blandningsverk för kall återvinning. VTI notat

12 Halvvarm återvinning vid verk Vid halvvarm återvinning i verk brukar materialet värmas upp till ca 5-8 C. Uppvärmningen medför att massan blir mer lättpackad och att hålrumshalten i beläggningen vanligen blir lägre än vid kall återvinning. Metoden kommer till sin fördel på hösten eftersom beläggningens prestanda åtminstone till en början blir bättre än för kallblandade massor. Halvvarm återvinning fungerar bra med granulat från halvvarm beläggning med mjukare bindemedel, men också återvinning av kall- eller varmtillverkade massor kan utföras med denna teknik. Den här typen av massor kan ibland upplevas som något tröga och svårlagda på grund av att det gamla bindemedlet aktiveras och blir klibbigt. Förändring av temperaturen, inblandning av stenmaterial eller inblandning av mjukare bindemedel kan dock förbättra massans konsistens och läggbarhet. Bindemedlet utgörs av mjukbitumen. Massan kan sammansättas med enbart granulat, bindemedel och vatten men i de flesta fall inblandas 1-3 % stenmaterial. Bild 2 Modernt blandningsverk för halvvarm återvinning. 12 VTI notat 1-21

13 Returasfalt Gamla asfaltbeläggningar eller beläggningsmaterial brukar kallas för returasfalt när de tagits bort från vägen och skall återvinnas, mellanlagras eller deponeras. Returasfalt består i huvudsak av bituminöst bindemedel och stenmaterial. Därtill kan det finnas tillsatser såsom fibrer, vidhäftningsmedel och däcksgummi. Returasfalt från specialbeläggningar kan innehålla tillsatser som är av okänd sammansättning. Vid grävning men ibland även vid uppgrävning kan obundet stenmaterial följa med, speciellt om materialet är tjälat (gäller vid grävning). De bindemedel som förekommer i returasfalt är i regel bitumenbaserade. Till denna grupp räknas penetrationsbitumen, mjukbitumen, emulsioner och bitumenlösning. Vägolja, som är det mjukaste bituminösa bindemedlet som använts i modern tid, förekommer också. En annan typ av bituminöst bindemedel som användes fram till 1973 är stenkolstjära. Användningen upphörde genom en frivillig överenskommelse inom asfaltindustrin i Sverige. Stenkolstjäran användes ibland som självständigt bindemedel och ibland utblandad med bitumen. De bituminösa bindemedel som återfinns i en returasfalt har förändrats i förhållande till sina ursprungliga egenskaper. Processen vid framställning, t ex uppvärmning och blandning i ett asfaltverk, transport och utläggning, gör bindemedlet hårdare. Under den efterföljande brukstiden hårdnar bindemedlet ytterligare genom olika delprocesser som går under den gemensamma benämningen åldring. Processerna är: oxidation genom inverkan av syret i atmosfären avdunstning av lättare beståndsdelar fysikalisk hårdnande hårdnande genom utsöndring. Bild 3 Tippning av returasfalt i mellanupplag. VTI notat

14 Asfaltgranulat Asfaltgranulat är benämningen på krossad eller fräst asfaltbeläggning (returasfalt). Granulatkornen består huvudsakligen av klumpar av bindemedel och stenmaterial (beläggning) av varierande storlek, men även inslag av stenmaterial kan förekomma. För att återvinningsbeläggningen skall få en jämn och bra kvalitet måste de gamla asfaltmassorna krossas (sönderdelas) och sorteras. Fräsmassor kan ibland ha en lämplig sammansättning och behöver då inte krossas. Bild 4 Krossning och sortering av returasfalt. Klumpar större än 2 mm tas bort från granulatet. Bild 5 Närbild på osorterat asfaltgranulat. Inslag av grus brukar finnas i uppbrutna massor. 14 VTI notat 1-21

15 Provtagning Provtagningen av den beläggning som ska återvinnas är ett av de viktigaste momenten vid en karakterisering för återvinning eftersom de prov som tas ut ska kunna repressentera hela objektet vid proportionering, val av recept och utförande av återvinningsbeläggningen. Provtagningen av asfaltbeläggningen som ska återvinnas kan ske genom borrkärnor från det aktuella objektet, krossning av uppgrävda beläggningar eller provtagning ur ett upplag med fräsgranulat (eller färdigkrossad uppgrävd beläggning). Fördelaktigast är att provtagning sker av det färdigbehandlade granulatet så att samma granulat som avses användas vid återvinningen är av samma karaktär som det som används vid framtagande av arbetsreceptet. Det kan dock vara svårt att få representativa prov på granulatet eftersom prover enbart kan tas från högens ytterkanter och därmed finns risken att proverna är separerade på grund av högens rasvinklar (om den är för hög). Vid provtagning av borrkärnor är det viktigt att prov tas på hela lagret som ska avlägsnas och återvinnas så att borrkärnan kan anses representera det granulat som erhålls efter avlägsnandet av den befintliga beläggningen. I Vägverkets metodbeskrivning Provtagning, provning och bedömning av provningsresultat av asfaltmaterial för återvinning (se litteraturförteckning) finns anvisningar för provtagning av returasfalt, asfaltgranulat och borrkärnor på beläggning. VTI notat

16 Karakterisering av returasfalt eller asfaltgranulat Innan återvinning måste asfaltmaterialet undersökas med avseende på materialsammansättning och ibland bindemedelsegenskaper. Resultatet ligger till grund för val av metod, typ och mängd av nytt bindemedel samt behov av stenmaterialinblandning. Representativa prov uttas från upplag eller genom borrprov från befintlig väg. Ur proven bestäms: kornstorleksfördelning på granulat (tvättsiktning) bindemedelshalt och kornstorleksfördelning på extraherat material penetration eller mjukpunkt på återvunnet bitumen (vid hårdare bitumen) eller kinematisk viskositet (6 C) på återvunnet bindemedel (vid mjukbitumen). Vatteninnehållet kan variera i granulatet, vilket bör beaktas vid proportionering och produktion av massa. Om bindemedelshalten eller kornstorleksfördelningen varierar för mycket i upplaget bör materialet i möjligaste mån homogeniseras vid lagring och inmatning i verket. Det kan göras genom omblandning av materialen, genom skiktvis lagring av materialen i mellanupplaget och genom ett bra förfarande när granulatet skall utlastas till kalldoseringsenheterna. Standardavvikelsen på bindemedelshalten och kornstorleksfördelningen (extraherat material, t.ex. fillerhalten och passerande mängd på sikt 4 mm) kan ligga till grund för bedömning av materialets homogenitet. I följande avsnitt ges en översikt av asfaltgranulat från olika mellanupplag. Kornkurva och bindemedelshalt Asfaltgranulaten kommer från mellanupplag i både södra och norra Sverige. De ursprungliga beläggningstyperna är ABT och AG. I några prov finns inslag av dränasfalt, skelettasfalt och asfaltemulsionsbetong. Granulaten var av typen samkrossmaterial med gradering -16 eller -22 mm. Både uppgrävda och frästa massor finns representerade i materialen. Endast i några fall har vattenhalten kontrollerats. Data om returasfaltens bindemedelshalt och extraherade kornkurva har stor betydelse för valet av erforderlig mängd och typ av nytt bindemedel som skall tillsättas asfaltgranulatet. 16 VTI notat 1-21

17 Passerande mängd, vikt-% Figur 2 Övre gräns ABT11 Undre gräns ABT16 Extraherade granulat,74,125,25, ,6 8 11, ,4 31,5 Kornstorlek, mm Sammanställning av kornkurvor från asfaltgranulat. 8 Bindemedelshalt, % Borlänge 1 Borlänge 3 Lunde granulatprov 2 Borlänge 2 Överum-95 prov 1 Lunde granulatprov 3 Lunde granulatprov 4 Borlänge 4 Lunde granulatprov 1 Seskarö Ängelholm Borlänge 5 Lunde förkross 1 Rv 4 Saxån Lunde förkross 2 Lunde förkross 3 Tjära Ljusne 1F Ljusne 2F Laholm Ljusne 1 Bommersvik 1 Rv 42 Ljusne 2 Bommersvik 2 Märsta Ljusne 3 Vikan Underås Överum-95 prov 3 Överum-95 prov 4 Arkösund Dalsjöfors Figur 3 Sammanställning över bindemedelshalten på asfaltgranulat. Bindemedelshalten och kornkurvan (den extraherade kurvan från returasfalten) kan variera mellan olika upplag men ligger i de flesta inom gränskurvorna för ABT16 eller ABT11. Bindemedelshalten ligger mellan 3,5-7, %. De bindemedelsfattiga granulaten kommer från kommunala mellanlager där materialen utgjordes av uppgrävda massor. I de fall bindemedelshalten överskrider 5, % utgörs massorna av fräsgranulat från slitlagerbeläggningar. När massorna överskrider 6, % i bindemedelsinnehåll kan stenmaterialinblandning bli nödvändigt. VTI notat

18 Faktorer som påverkar bindemedelshalten och kornkurvan är bland annat ursprunglig beläggningstyp, förekomst av lagningsmassor, åldring, krossning, avnötning, bindemedelsförluster, materialsläpp med mera. Vid bortgrävning och fräsning kan en sammanslagning av olika beläggningstyper ske samtidigt som obundet material kan komma med i massorna. Trots detta uppvisar mellanupplag ibland en förvånansvärt homogen sammansättning med avseende på bindemedelshalt och kornkurva. Standardavvikelsen på bindemedelshalten låg mellan,4-,7. I båda fallen delades upplaget upp i tårtbitar så att proven spreds ut över hela mellanupplaget. Passerande mängd, vikt-% 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Bind.halt: 4,7 % Stdav:,7 Min: 4,2 % Max: 5,4 %,8,13,25, ,6 8 11, ,4 Kornstorlek, mm Figur 4 Spridningen hos kornkurva och bindemedelshalt i ett mellanupplag med fräsmassor från E2. Passerande mängd, vikt-% 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Bindemedelshalt: 4, % Stdav:,4 Min: 3,4 % Max: 4,7 %,8,13,25, ,6 8 11, ,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 5 Spridningen hos kornkurva och bindemedelshalt i ett mellanupplag med uppgrävda massor från en kommun. 18 VTI notat 1-21

19 Möjligheterna att förändra bindemedelshalten i granulat genom fraktionsuppdelning kan vara begränsade eftersom bindemedel förekommer både i de finare och grövre fraktionerna även om den finaste fraktionen innehåller högst halt bitumen. Bindemedelshalt, % mm 4-8 mm 8-11,2 mm 11,2-16 mm >16mm Fraktion Figur 6 Fördelningen i bindemedelshalt mellan olika fraktioner från samma asfaltgranulat. Asfaltgranulatets sammansättning och vatteninnehåll Asfaltgranulatets korngradering (granulatkurva) och vatteninnehåll har betydelse för massans homogenitet, bearbetbarhet och packbarhet. Granulatets kornkurva bestäms genom tvättsiktning. Vid analysen torkas materialet vid rumstemperatur för att inte partiklarna skall klibba ihop. I diagrammet har gränskurvorna för granulat till kall och halvvarm återvinning lagts in (krav i ATB VÄG). VTI notat

20 Passerande mängd, vikt-% Tvättsiktade granulat,74,125,25, ,6 8 11, ,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 7 Sammanställning över kornkurvan på tvättsiktat asfaltgranulat. I de flesta fall uppfyller asfaltgranulaten (krossade massor eller fräsgranulat) de gränskurvor som satts upp i Vägverkets anvisningar. Materialet får bryta en av de inre gränslinjerna. Kornkurvan liknar bärlagergrus men finmaterialhalten är låg och i regel under 2 %. Det innebär att materialen är förhållandevis välgraderade vilket är viktigt vid t ex packningen av massan. Asfaltgranulaten i denna undersökning utgörs av samkrossprodukter där partiklar större än 16 eller 22 mm siktats bort. Ibland brukar granulatet delas upp i en finresp. grovfraktion som sedan vid återvinning blandas ihop till lämpligt sammansättning. Tabell 1 Vatteninnehåll i asfaltgranulat. Granulat Vattenhalt, % Väderlek, tidpunkt Underås 5,4 Regn, september Bommersvik 5,1 Regn, september Saxån 1,-1,6 Värmebölja, juni Linköping (-18 mm) 5,2-7,5 December Linköping (-32 mm) 5,-6,1 December Proverna på vattenhalten är tagna i upplaget vid mellanlagring. I de flesta fall brukar vattenhalten ligga mellan 2-3 % under sommarhalvåret. De prov som erhöll drygt 5 % vatten togs efter ett kraftigt regn. Vid nederbörd så är det ytlagret som får det högsta fuktinnehållet men med tiden kan vatten tränga igenom upplaget vilket fullskaliga lakförsök visat (Thorsenius, 1996). Proverna som togs under vintern 2/1 erhöll högst vatteninnehåll, 5,-7,5 % med de högsta värdena för finsorteringen (-18 mm). 2 VTI notat 1-21

21 Egenskaper hos bindemedel i returasfalt De bindemedel som förekommer i returasfalt är i regel bitumenbaserade. Till denna grupp räknas penetrationsbitumen, mjukbitumen, emulsioner och bitumenlösning. Vägolja, som är det mjukaste bituminösa bindemedlet som använts i modern tid, förekommer också. En annan typ av bituminöst bindemedel som användes fram till 1973 är stenkolstjära. Användningen upphörde genom en frivillig överenskommelse inom asfaltindustrin i Sverige. Stenkolstjäran användes ibland som självständigt bindemedel och ibland utblandad med bitumen. De bituminösa bindemedel som återfinns i en returasfalt har förändrats i förhållande till sina ursprungliga egenskaper. Processen vid framställning, t ex uppvärmning och blandning i ett asfaltverk, transport och utläggning, gör bindemedlet hårdare. Under den efterföljande brukstiden hårdnar bindemedlet ytterligare genom olika delprocesser som går under den gemensamma benämningen åldring. Processerna är: oxidation genom inverkan av syret i atmosfären avdunstning av lättare beståndsdelar fysikalisk hårdnande hårdnande genom utsöndring. Det är inte fel att påstå att varje beläggningslager utfört vid en viss tidpunkt har unika bindemedelsegenskaper. Det beror på att olika bindemedel har använts vid framställningen och att åldringsprocessen därefter varit olika. Vid upptagning genom rivning eller fräsning blandas dessutom i regel lager av olika ursprung och sammansättning i den borttagna returasfalten. I följande figurer redovisas egenskaper på återvunnet bindemedel från olika returasfalter med varierande ursprung och ålder. Det handlar huvudsakligen om ursprungligen varma beläggningstyper (ABT, ABS, AG) men inslag av kallmassa finns i några fall (IM, AEBÖ, IM). De analyser som utförts är penetration, mjukpunkt, duktilitet och Fraass brytpunkt. VTI notat