Asfaltbeläggningars nötningsresistens

V T1 notat Nummer: V173 Datum: 1992-02-28 Titel: Slitlager med polymermodifierat bindemedel Provväg E3/E18, Örebro-Arboga Lägesrapport 92-02 Författare: Torbjörn Jacobson Avdelning: Vägavdelningen Projektnummer : 4238005-5 Projektnamn: Uppdragsgivare : Distribution: Asfaltbeläggningars nötningsresistens VV Fri div Väg- och transport- (4 forskningsinstitutet

Torbjörn Jacobson VTI BESKRIVNING AV PROVVÄGEN..... 2 AVNÖTNINGSMÄTNING..... 3 Metod..... 3 Utförande..... 3 Resultat..... 4 Kommentarer..... 7 LASER-RST..... 8 BESIKTNING..... 10

Torbjörn Jacobson VTI INLEDNING OCH SYFTE I augusti 1989 byggdes på uppdrag av Vägverket en provväg på E3/El8, delen Örebro - länsgränsen. Huvudsyftet var att studera polymermodiñerade bitumen (PmB) i slitlager typ skelettasfalt (ABS 16) och tät asfaltbetong (ABT 16). VTIs uppgift var dels att dokumentera byggandet (Jacobson T, Göransson N-G), dels att på laboratoriet analysera bindemedel (Berglund L.), massa och borrkärnor (Jacobson T.) samt slutligen följa upp provvägen under ett antal år (Jacobson T.) Särskild stor vikt lades därvilag vid asfaltbeläggningamas slitstyrka. I VTI Notat V 113 redovisas byggandet av provvägen och i VTI Notat V 136 första årets mätningar av vägen samt laboratorieprovningar av borrkämor. I samband med provvägsförsöket studerades även åldringen av PmB under tillverkningsprocessen av NCC och Nynäs i ett SBUF-projekt. CA-konsult gjorde på uppdrag av Vägverket kontinuerlig värmefotografering av utlagda massor, bl a för studier av massornas separationsbenägenhet. Nynäs Bituan levererade bindemedlen samt utförde proportioneringen. Stenmaterialet, fraktion 8-16 mm, utgjordes av kvartsit från Dalsland medan materialet mindre än 8 mm kom från NKA:s bergtäkt i Dylta. Föreliggande redovisning omfattar slitaget (avnötningen) på vägen vintern 1990/91, RST lasermätning och okulär skadebesiktning. BESKRIVNING AV PROVVÄGEN Provvägen är belägen på väg E3/E18, ca 14 km öster om Örebro. ÅDT var 1987 ca 11000 fordon per dygn. Andelen tunga fordon var ca 14%. Sammanlagt 8 provsträckor ingår, 6 med PmB och 2 referenser med konventionellt bindemedel. Fem av sträckoma utgörs av skelettbeläggning (typ HABS) med en största stenstorlek av 16 mm. Halten material 11,2-16 mm är dock endast ca 10-20 % vilket gör att den mer liknar ABS 12 än ABS 16. De tre övriga sträckoma består av tät asfaltbetong, typ HAB 16T. En beskrivning av provvägen ges i följande tabell och i bilaga 1.

Torbjörn Jacobson 3 VTI Tabell 1. Provsträckor, E3/El8 Örebro - Arboga. Sträcka Slitlager Längd Bindemedel m Nr 1 90 ABS 1135 PmB, 4% polymerhalt 2 90 ABS 700 PmB 20, utan fiber 3 90 ABS 815 PmB 20, med fiber 4 90 ABT 1040 PmB, 6% linjärpolymer 5 90 ABT 655 PmB, 6% poljmerhalt, pen. 180 6 90 ABS 415 Styrelf 7 90 HABS 1080 B85 (referens) 8 90 HABT 190 B85 (referens) I bilaga 2 framgår analyser av stenmaterial och bindemedel. AVNÖTNINGSMÄTNING Metod Avnötningsmätningarna utfördes med VTIs nyutvecklade laserprofilometer som består av en ca 1 meter lång mätbalk med Stödben. För avståndsmätning mellan balken och beläggningsytan används ett laserinstrument som förenklat består av en laserkälla och detektor hopbyggda i en enhet. Laserenheten drivs med en motor över mätbalken och registrerar avståndet mellan laserenheten och beläggningsytan med en frekvens av ca 400 punkter per meter. Vid varje mätning placeras mätbalkens två Stödben i fixar som gjutits fast i beläggningen. Ett tredje Stödben placeras på beläggningsytan och används också för att orientera mätbalken i vertikalled. Utförande I samband med byggandet av provvägen utplacerades fem mätlinjer per sträcka för avnötningsmämingama. Linjemas läge valdes efter sträckomas utseende med avseende på materialsammansättningen, vägens topografi och utformning samt efter resultatet från

Torbjörn Jacobson 4 VTI vännefotograferingen av vägbanan. En linje per sträcka placerades sålunda inom ett sk separerat område (lastbyteszon) medan Övriga fyra linjer ligger på "normal" beläggning. Samtliga mätlinjer är placerade i körbanan mot Arboga. Av bilaga 3 framgår mätlinjemas läge inom sträckorna. Resultat Den första mätningen med proñlometem gjordes i oktober 1990 och den andra mätningen i början av maj 1991. I tabellerna 1 och 2 redovisas den uppmätta avnötningen under vintern 1990/91 i form av medelvärden för samtliga mätlinjer, standardavvikelse, spärbildning (mdv+2*std) och SPS-tal. I bilagoma 4-6 redovisas avnötningen för respektive mätlinje, avnötningsproñlen och underlaget för beräkning av SPS-talen. Resultaten presenteras också grafiskt i figurerna 2 och 3. Tabelll. Avnötning vintern 1990/91 (medelvärden för samtliga mätlinjer). Sträcka Bindemedel Massa- Medelvärde för Stand. Spårbng SPS-tal" typ samtligalinjer avv. mdv+2*std mm mm 1 4% PmB ABS 0,31 0,33 0,97 11 2 PmB 20, utan fiber ABS 0,38 0,28 0,94 13 3 PmB 20, med fiber ABS 0,29 0,23 0,75 10 4 6% PmB, linjär ABT 0,53 0,36 1,25 19 5 6% PmB, pen 180 ABT 0,78 0,39 1,55 28 6 Styrelf ABS 0,41 0,30 1,02 15 7 B85, referens HABS 0,40 0,30 1,00 14 8 B85, referens HABT 0,97 0,56 2,09 34

Torbjörn Jacobson VTI Tabell 2. Avnötning på separerad yta. Sträcka Bindemedel Massa- Medelavnötning Medelavnötning typ Separerad yta Normal yta l 4% PmB ABS 0,36 0,30 2 PmB 20, utan fiber ABS 0,37 0,39 3 PmB 20, med über ABS 0,36 0,27 4 6% PmB, linjär ABT 0,54 0,53 5 6% PmB,pen 180 ABT 0,82 0,77 6 Styrelf ABS 0,35 0,43 7 B85, referens HABS 0,36 0,42 8 B85, referens HABT 1,05 0,95 M e d 9 I a v n ö t n I n 9 m m Str.1 Str.2 Str.3 Str.6 Str] Str.4 Str.5 Str.8 referens referens Figur 1. Avnötning vintern 1990-91 (medelavnötning för samtliga mätlinjer per sträcka).

33 'Och-Qäb'om Torbjörn Jacobson VTI 2,5 M 8 7 2 A 5% m a l t 1,5 Figur 2. Avnötning i spåren vintern 1990-91 (maximalt spårdjup, medelvärden för samtliga linjer per sträcka). 35 30 25 (D'UU) 20 _mg-o 15 -:..._._ -:..._. _.i: a' _.I, J - -c-.- :ägg: Figur 3. Beräknat SPS-tal vintem 1990-91.

Torbjörn Jacobson VTI Kommentarer Jämförs sträckoma som består av stenrik asfaltbetong med varandra erhålls under vintern 1990/91 ungefär lika stor avnötning oavsett typ av bindemedel. De olika varianterna av PmB 20 och Styrelf verkar inte påverka avnötningen i någon större utsträckning. Medelavnötningen för hela körfältet varierar mellan 0,29-0,41 m vilket bekräftar att den här typen av slitlager är mycket motståndskraftigt mot dubbslitage, specith när ett högkvalitativt stenmaterial används som här är fallet. Avnötningen i hjulspåren är mellan 0,75-1,02 nun. När det gäller sträckoma med tät asfaltbetong varierar avnötningen betydligt mera mellan sträckoma. Sträckorna 4 och 5 som innehåller 6% PmB uppvisar ca 20 resp 45% lägre avnötning än sträcka 8 som innehåller vanligt bitumen, typ B85. Medelavnötningen för hela körfältet varierar mellan 0,53-0,97 m och avnötningen i hjulspåren är mellan 1,25-2,09 m. Skillnaden i avnötning mellan stenrik och tät asfaltbetong är påfallande. Provsträckoma som innehåller stenrik asfaltbetong uppvisar ungefär halverat slitage jämfört med de sträckor som består av tät asfaltbetong. SPS-talen bör i sedvanlig ordning bedömas med en viss försiktighet beroende på att underlaget för beräkningen av antalet dubbade fordon är något osäkert. Trafikmätningen är gjord 1989 (Vägverket) medan dubbfrekvensmätningen är från vintern 1990/91. Ställs högre krav på SPS-talets noggrannhet krävs mer omfattande trafikmätningar än vad som varit fallet i denna undersökning. SPS-talet påverkas också i hög grad av hastigheten. Det är svårt att se någon systematisk skillnad mellan separerade ytor och "normala" ytor. Avnötningen varierar i båda riktningama och skillnaden är förhållandevis liten. I alhnänhet påverkar inte en måttlig separation av massan (som alltid fås) beläggningens slitegenskaper, i alla fall inte på kort sikt, utan det är andra egenskaper som påverkas negativt, bl a åldrandet och vattenkänsligheten som med tiden resulterar i accelererad nedbrytning av beläggningen.

Torbjörn Jacobson VTI LASER-RST Vid mätning med laser-rst erhålls mått på vägens spårdjup, längsojämnhet och ytskrovlighet. Mämingar har utförts i körbanan mot Arboga efter en månads, ett års, respektive två års trafik. Resultaten redovisas i tabellema 4-6. Tabell 4. Spärdjup enligt RST-mätning (medelvärden). Sträcka Bindemedel Beläggning 890922 900731 9111 nr mm mm mm 1 4% PmB ABS 2,8 2,7 4,2 2 PmB20, utan fiber ABS 3,2 2,7 4,1 3 PmB 20, med ñber ABS 3,2 2,4 4,8 4 6% PmB, linjär ABT 3,0 1,9 4,7 5 6% PmB, pen 180 ABT 1,9 1,2 3,5 6 Styrelf ABS 2,7 2,2 3,5 7 B85 HABS 2,2 1,9 2,9 8 B85 HABT 2,7 2,4 6,2

Torbjörn Jacobson VTI Tabell 5. Jämnhet i längsled, [RI (medelvärden). Sträcka Bindemedel Beläggning 890922 900731 9111 nr mm mm mm 1 4% PmB ABS 1,18 1.09 1,08 2 PmB20, utan fiber ABS 1,02 1,03 0,99 3 PmB 20, med fiber ABS 1,15 1,15 1,16 4 6% PmB,1injär ABT 1,11 1,15 1,17 5 6% PmB, pen 180 ABT 0,88 0,93 0,92 6 Styrelf ABS 1,05 1,04 0,99 7 B85 HABS 0,92 0,95 1,01 8 B85 HABT 1,03 1,11 0,95 Tabell 6. Makrotextur (medelvärden). Sträcka Bindemedel Beläggning 890922 900731 911 1 nr mm mm mm 1 4% PmB ABS 0,66 0,57 0,60 2 PmB20, utan fiber ABS 0,81 0,64 0,67 3 PmB 20, med fiber ABS 0,61 0,50 0,58 4 6% PmB, linjär ABT 0,17 0,25 0,40 5 6% PmB,pen 180 ABT 0,17 0,31 0,42 6 Styrelf ABS 1,00 0,53 0,70 7 B85 HABS 0,55 0,47 0,60 8 B85 HABT 0,16 0,35 0,48

Torbjörn Jacobson 10 VTI BESIKTNING Enligt okul'ar besiktning maj 1991 uppvisar främst sträckoma med skelettasfalt en del mestadels lokala stensläpp beroende på att stenen krossats (se foto 1). Enstaka partiklar är också spruckna men sitter oftast kvar i beläggningen. Det grova stenmaterialet utgörs av kvartsit som är förhållandevis spröd men samtidigt slitstark. Jämfört med besiktningen året innan föreligger ingen större märkbar skillnad utan besiktningen ger ett fortsatt positivt intryck av provvägen. _ *... ' _: _ s7 g _ > '7 i_ :A 2_ L_ 7 i t; : - 4: tf.é p 4.2- ta :2 i :g i". Foto 1. Besiktning vår 1991, exempel på stensläpp (krossade partiklar).

BHaga 1 Skiss över provvagen. 8/015 7/805 ARBOGA.6.1 6.1 8/015 7/825 90 HABT 85 150 TON 890911 90 HABS ORDINARIE PROD. 5/875 6.14 6.10 5/8L0 90 HABS B 85 750 TON 890905 1./820 4/390 3/ 760 5.6 5.6 éâ-- 6.3 6.5 6.6 6.6 6.7 6.7 4/ 760 1./345 3/690 90 ABS STYRELF (EJ FIBER) 300 TON 89090L 90 ABT POLYMERPRODUKT PEN 180 POLYMERHALT 6% 450 TON 90 ABT LINJAR POEYMER POLYMERHALT 6% 1TAT KURVA 620TON 2 SPRÃNGKURVA 170 TON 2/630 2/650 6A 0.2 0.2 QÄL 6.3 0.2 90 ABS PMB 20 POLYMERHALT 6% FlBER 600 TON 890830 1/795 1/120 5.9 5.8 5.9 1/835 1/135 90 ABS PMB 20 POLYMERHALT 6% UTAN FIBER 500 TON 890829 5.1. _--_- 5.6 90 ABS POLYMERBINDEMEDEL POLYMERHALT l. /o 800 TON 890828 0/000 5.2 -_ [ 8 f 8 f OREBRO 0/000

BHagaZZ Sammansta11ning av 1ab.pr0vning på stenmateria] och bindemede] Produkt Str. Mjukpunkt Penetr.25 C Visk.180 C ( C) (dmm) (mmz/sec) PMB 20 2, 3 95 110 550 PMB 4% polymer 1 92 120 220 PMB 6% polymer (penetration 180) 5 93 170 400 PMB 6% polymer (linjär) 4 85 110 220 5 Stenmaterialen har följande egenskaper: Material Fraktion LT-index Flisig- Spröd- Slip- Komp- 3 5 hetstal hetstal värde dens. Kvartsit 8-11.2 81 99 1.29 46 0.86 2.65 11.2-16 - - 1.25 42 - - NKA 1) 8-11.2 - - 1.33 43 1.80 2.68 1) L0ka1t materia] som anvandes ti11 0-8 mm.

VVägpchmfi/r- AvnötningsmatHnjer, provborrning och ytfotografering 'Institutet Provstr'acka 1 1/120 1/135 0/730 _ -- _- _p - 0/590 5 foton, 0/550 8 borrprov, 0/490 8 borrprov, 0/450 8 borrprov 0/400 8 borrprov (1astbyte) o-_dh_ 0/125 0/018 i 0/018. 4 r Bortfrasn n 0/000 :,/'Å,/ Ä// /' /, 0/000 1 g

BHaga 3 1 Sid 2 (8) T Väg;acl Trafik- 'Instltutet Provstacka 2 1/835 1/795 1/760 ' 1/690 Jr--_-l-ar 1/650 1/570 _.4 ' a 590 1. '_.f. 1/545 I i 120 1/135

äiiñizfurøc (lt:>lf' AbTAnal- fl' Shan?! Provstracka 3 Bi1a a 3 Sid (8) 2/630 2/650 2/600 2/550 2/500 2/450 2/410 2/350 2/313 2/190 1/835 1/795 i

*äiiigmämøchlhan 'Institutet Provstracka 4 b1laga o Sid 4 ( 8 ) 3/760 3/690 Utgår 3/490 '- b '-'-". 3/510 3/465 T---4-a: 3/405 4 : s i g x--la'r 3/310 i g L 4 x 3/265 E i ä i å t 2 i 2 i s i? g, 2 i : : L ' 6 2/630 % 4 L 2/ 50 g i. l l

BHaga 3 m Sid 5(8) legitgtrmfik. Provstracka 5 4/390 4/345 1"--=_^-ir 4/305 4/260 -- - - ' 4/265 ' ' 4/225 T_-'-qr 4/175 ' 4/127 i 3/760 å ä 3/690

41h... w Vag-och Tran/(- Institutet Provstracka 6 BHaga3 Sid 6 (8) 4/820 4/760 :r----$.._ 4/645 ar-_w--v--ar 4/600 ' ' 4/550 ' 4/505 ' 4/455 4/390 4/345

T Väg;øcl Trafik- 'Institutet Provstr'acka 7 5/875 5/840 5/220 ' 5/154 ' 5/100 ' 5/055 ' 5/012 4/820 4/760

(db, vi Mag-ochTrafik- Insmmt Provstr'acka 8 b1 aga 0 Sid 8(8) 8/015 8/015 7/805 JF-_--_-_-AL : P 7/925 '. 7/900 ' 7/875 ' v 7/850 ' 7/825

Bi1aga 4 Sid 1 Avndtningsmatningar 1990-91. J K L M N 0 21 Örebro 22 Medelvärde 23 Sträcka mätlinje 1 mätlinje 2 mätlinje 3 mätlinje 4 mätlinje 5 24 1 0,36 0,31 0,29 0,27 0,31 25 2 0,37 0,43 0,39 0,36 0,37 26 3 0,36 0,29 0,24 0,24 0,30 27 4 0,54 0,59 0,49 0,54 0,51 28 5 0,82 0,79 0,79 0,79 0,71 29 6 0,35 0,36 0,47 0,39 0,48 30 7 0,36 0,40 0,50 0,40 0,36 31 8 1,05 1,09 0,97 0,82 0,91 32 33 0,45 0,45 0,45 0,43 0,43

B1 1aga 5 Sid14 ( ) Avnotningsprofil 1 Stracka1-1 E 5-2 ul' 0?5-3 :I (I) -4-5 '-6 1]IIIIIIIjIIIITIIUIIIIIITIIIIIIII'III MEDELVARDE MATLINJE 1-5 Avnotningsprofil 1 Strackaz O'WW -1 E E-2 'ä' < -3 ä -4-5.-6 IIIIIIIIIIIIIIIIIITIIIIIIIIIIIlillTII MEDELVARDE MATLINJE 1-5

BHaga 5 Sid24 ( ) Avnotningsprofil 1 Strockaö W -1 E 5-2 'så' <1-3 ä -4-5 -6TIIIlIIIIIIIIIIIIIIITTIIIIIIIIIIITIIl MEDELVARDE MATUNJE1-5 /notningsprofil 1 Stracka4 O:-1W E E-2 'ä' < -3 ä -4-5 '-6j!IIIIIIIIIIiñlllllllIIIIIIIIIIIIIIIT MEDELVARDE MATUNJE 1-5

BHaga 5 Sid3(4) Avnotningsprofil 1 Strackaö O -1 E E-2 8' < -3 ä...4. -5-6IIUTIIIIIIIIIIIIITIIIIIITII'IIIIITIIII MEDELVARDE MATUNJE 1-5 Avnotningsprofil 1 Strackaö O'FME;t:\.'\M\/*'Ö'Nøwwshvá_.//Naq+ -1 E E-2 EJ; <2-3 ä -4-5 '-6jr!IIIliiiiiiilIl!!!!!1!!IIIIIIITIITII MEDELVARDE MATLINJE 1-5

BHaga 5 Sid 4(4) Avnotningsprofil Stracka 7 SLITAGE, mm I l N '4 0 I I bl W, IlIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII11IIIIIIIIII MEDELVARDE MATLINJE 1-5 Avnotningsprofil Stracka 8 /y/*t SLITAGE, mm I I I 01 N.4 NW IIIIIIIIII1TIIIIIIIjIIIIIlIIIIIIIIIIII MEDELVARDE MATLINJE 1-5

Bi1aga 6 Sid 1 Under1ag för beräkning av SPS-ta1. A B C 1 2 ÖREBRO 3 4 Mätstart (ÅÅ-MM-DD): 90-1 1-15 5 Mätslut (ÅÅ-MM-DD): 91-4-30 6 Hastighet (km/h): 95 7 Fordon/dygn: 6520 8 Fordon i körrikt: 3260 9 Procent i körfält: 100 10 Fordon i körfält: 3260 1 1 12 Dubbfrekvens (%): 46 13 Antal mätdygn: 166 14 Sza dubbade ford: 248934