VTI notat 7-2019 Utgivningsår 2019 www.vti.se/vti/publikationer Energisnåla beläggningar Uppföljning av riksväg 95 objekt Varuträsk Boliden VTI notat 7-2019 Energisnåla beläggningar - Uppföljning av riksväg 95 objekt Varuträsk - Boliden Andreas Waldemarson Henrik Bjurström
VTI notat 7-2019 Energisnåla beläggningar Uppföljning av riksväg 95 objekt Varuträsk Boliden Andreas Waldemarson Henrik Bjurström
Författare: Andreas Waldemarson, (VTI) https://orcid.org/0000-0001-7024-9395 Henrik Bjurström, (VTI) https://orcid.org/0000-0002-5665-8288 Diarienummer: 2015/0337-9.2 Publikation: VTI notat 7-2019 Omslagsbilder: Håkan Carlsson, VTI Utgiven av VTI, 2019
Förord Projektet har finansierats av Trafikverket. Övriga parter har deltagit med egna insatser i form av resurser och tid (in-kind). Projektorganisation Safwat Said Andreas Waldemarson (projektledare) Henrik Bjurström Håkan Carlsson Referensgrupp Kenneth Lind, TRV Henrik Arnerdal, TRV Roger Lundberg, senior konsult Lars Jansson, Peab Kenneth Ohlsson, Skanska Patrik Malmberg, Svevia Tomas Svensson, Nouryon Anders Pettersson, YIT Jenny-Ann Östlund, Nynas Per-Ola Möller, Nynas Linköping juni 2019 Andreas Waldemarson Projektledare VTI notat 7-2019
Kvalitetsgranskning Peer review har genomförts hösten 2018 av referensgruppen. Andreas Waldemarson har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Forskningschef Björn Kalman har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering 6 maj 2019. De slutsatser och rekommendationer som uttrycks är författarnas egna och speglar inte nödvändigtvis myndigheten VTI:s uppfattning. Quality review Review seminar was performed during autumn 2018 by the reference group. Andreas Waldemarson has made alterations to the final manuscript of the report. The research director Björn Kalman examined and approved the report for publication on 6 May 2019. The conclusions and recommendations expressed are the authors and do not necessarily reflect VTI s opinion as an authority. VTI notat 7-2019
Innehållsförteckning Sammanfattning...7 Summary...9 1. Projektbeskrivning...11 2. Beskrivning av objektet...12 2.1. Läget...12 2.2. Uppbyggnad...12 3. Fältmätningar...14 3.1. Fallviktsmätningar...14 3.1.1. Undergrundsmoduler...16 3.1.2. Bärförmågeindex...16 3.1.3. Töjning underkant beläggning...17 3.1.4. Konstruktionens styvhet...18 3.2. Responsmätning...20 3.3. Spårdjupsuppföljning...22 3.3.1. Primalmätning...22 3.3.2. Vägytemätningar, PMSv3...23 4. Laboratoriemätningar...25 4.1. Provuttag, borrkärnor...25 4.2. Styvhetsmodulsmätning...25 4.3. Utmattning...26 5. Diskussion, Fält- och laboratorieresultat...28 5.1. Fält...28 5.2. Laboratorium...28 5.2.1. Bindemedelstäckning...29 5.2.2. Bindemedelshalter...30 6. Slutsatser...31 Referenser...33 Bilaga 1 Bilder...35 Bilaga 2 Lagertjocklekar...39 VTI notat 7-2019
VTI notat 7-2019
Sammanfattning Energisnåla beläggningar - Uppföljning av riksväg 95 objekt Varuträsk Boliden Andreas Waldemarson (VTI) och Henrik Bjurström (VTI) I detta projekt utvärderas funktionella egenskaper för två olika delsträckor utmed riksväg 95 mellan Varuträsk och Boliden i Västerbottens län. Sträckorna är vardera ca 100 m långa och är uppbyggda på samma sätt sånär som på bärlagret. Bärlagret är bundet och framtaget med kallteknik på en försökssträcka och denna uppbyggnad jämförs med en konventionellt uppbyggd referenssträcka innehållande ett varmblandat bärlager. Konstruktionernas funktionella egenskaper testas och utvärderas med olika metoder såsom fallviktsmätningar, töjningsgivare och borrprover. Utvärderingarna visar att försökssträckan med kallasfalt har en lägre styvhet och ger upphov till större töjningar jämfört med referenssträckan. Tillväxten av spårdjup samt ojämnheter i vägens längdriktning anses ligga på en normal nivå och skiljer sig endast obetydligt mellan de två sträckorna. Även laboratorietesterna indikerar en tydlig skillnad vad gäller både styvhetsmodul och utmattningsegenskaper där referenssträckan besitter de bättre egenskaperna. I samband med laboratorieprovningen noterades även att försökssträckans bindemedelshalt är tydligt lägre än vad som var specificerat i receptet vilket möjligen delvis kan förklara de sämre resultaten. VTI notat 7-2019 7
8 VTI notat 7-2019
Summary Energy efficient road surfaces Reassessment of highway 95 object Varuträsk Boliden Andreas Waldemarson (VTI) and Henrik Bjurström (VTI) In this project the functional properties are evaluated for two different sections along highway 95 between Varuträsk and Boliden in Västerbotten county. Both sections are approximately 100 m long and constructed in the same way, except for the base layer. The base layer is bituminous and is made using cold manufacturing for the test section and this construction is compared to a reference section constructed using a conventional hot mix base layer. The functional properties of the two constructions are evaluated using different methods such as falling weight deflectometer, strain gauges and core samples. The evaluations show that the test section with cold asphalt has lower stiffness and is exposed to higher strains compared to the reference section. The growth of rut depth and unevenness in the longitudinal direction of the road is considered to be at a normal level and the difference between the two sections are insignificant. Also, the laboratory tests indicate a clear difference for both the stiffness modulus and fatigue where the reference section shows superior properties. In the laboratory testing it was also noticed that the binder content was clearly lower than what was specified in the recipe which could possibly partly explain the inferior results. VTI notat 7-2019 9
10 VTI notat 7-2019
1. Projektbeskrivning Intresset för kalltillverkad asfalt har varierat över tid men har på senare år ökat kraftigt. Syftet med att kallblanda asfalt är att minska den ofta stora resurs- och energianvändning som är förknippad med vägbyggnadsprojekt. För att sträva mot uppsatta miljö- och klimatmål krävs effektiviseringar vid utvinning, tillverkning och utläggning av vägbyggnadsmaterial. Potentialen till effektivisering, besparing av energi och minskade utsläpp av växthusgaser vid kalltillverkning av asfalt bedöms vara mycket stor. Bindemedlet i kalltillverkat asfalt är ofta baserat på bitumenemulsioner. Då ballasten inte värms upp och emulsionerna endast värms upp måttligt minskas energianvändningen drastiskt. Mätningar visar också att den kalla asfalten i tillverkningsskedet ger kraftigt minskade CO 2-utsläpp. Asfaltsverken för kalltillverkad asfalt är dessutom relativt okomplicerade och mobila vilket gör det möjligt att tillverkningen sker närmare objektet med minskade transporter och CO 2-utsläpp som följd. Erfarenheterna av kalltillverkad asfalt från tidigare projekt är goda. För lågtrafikerade vägar uppvisar den kalltillverkade asfalten funktionella egenskaper helt i paritet med den konventionella varmblandade asfalten. Tidigare problem har framför allt varit kopplade till emulsioner baserade på hårdare bitumen för mer högtrafikerade vägar. I den här studien utvärderas mätresultat ifrån två sträckor på riksväg 95 Boliden: en teststräcka konstruerad med ett kalltillverkat bärlager och en referenssträcka byggd med ett konventionellt varmblandat bärlager. I övrigt är konstruktionerna på de två sträckorna uppbyggda på samma sätt. Syftet med studien är att följa upp och studera mätresultaten för att kunna dra slutsatser om hur ett bärlager tillverkad med kallteknik påverkar de funktionella egenskaperna jämfört med ett konventionellt varmblandat bärlager. Studien omfattar resultat och analyser utifrån fallviktsmätningar, spårdjupsuppföljning, responsmätningar ifrån töjningsgivare samt utmattningsprov. Denna rapport är en del av det större TRV-projektet Energisnåla beläggningar och ansluter till det arbete som Roger Lundberg gjort och redovisat i de två SBUF-rapporterna (Lundberg 2014 och Lundberg 2016) som gjorts i projektet. VTI notat 7-2019 11
2. Beskrivning av objektet 2.1. Läget Det studerade objektet är placerat utmed riksväg 95 mellan Varuträsk och Boliden i Västerbottens län, se den rödmarkerade delen av kartan i Figur 1. Den består av två försökssträckor, en referensyta (i rapporten kallad referenssträcka, Str. 1) som är lagd med NCC Green Asphalt AG-massa som bärlager och en teststräcka (i rapporten kallad försökssträcka, Str. 2) med så kallad kall Base 22-massa som bärlager. Båda sträckorna är byggda under beläggningssäsongen 2015. Figur 1. Karta över provsträckornas läge. Kartan är en skärmdump från Google Maps. 2.2. Uppbyggnad Innan konstruktionen uppfördes frästes den befintliga beläggningen ner till IM-lagret. På referenssträckan lades en AG 22 Green som bärlager. Bärlagret gavs en tjocklek på 55 mm och här användes 30 % återvinning. Bindemedlet var ett penetrationsbitumen 160/220 med en bindemedelshalt på 4,5 % i den färdiga produkten, dvs. inklusive granulatets bitumen. På försökssträckan lades istället ett 55 mm tjockt bärlager med kallblandad Base 22, även här med 30% återvinning. Bindemedlet var i detta fall en emulsion kallad Nymix (producerad av Nynas) med ett basbitumen 70/100. 4,8 % emulsion tillsattes för att få en slutlig restbitumenhalt inklusive granulatets bitumen på 4,6 %. Base 22-massan finns beskriven mer detaljerat i Lundberg (2016). Till referenssträckans bärlager valdes ett mjukare bitumen (160/220) jämfört med försökssträckan (70/100) eftersom den varmblandad AG 22-massan åldras under tillverkning och utläggning och att dess egenskaper därför kan likställas med den kallblandade Base 22 (Lundberg, 2016). I emulsionen till Base 22-massan tillsattes även 2 % (av emulsionens vikt) Nybreak brytadditiv (tillverkat av Nynas). Ovanpå respektive bärlager lades ett 50 mm tjockt bindlager ABb 22 Green med 160/220 bitumen och med 30 % återvinning. Slutligen lades på båda sträckor ett 35 mm tjockt ABT 16 slitlager med 12 VTI notat 7-2019
160/220 bitumen och 20 % återvinning. Referens- och försökssträckornas uppbyggnad illustreras i Figur 2. Referenssträcka Försökssträcka Figur 2. Referens- och försökssträckornas uppbyggnad. VTI notat 7-2019 13
Deflektion (µm) 3. Fältmätningar 3.1. Fallviktsmätningar Fallviktsmätningar har genomförts med ett intervall på 10 m på försöks- resp. referenssträckorna vid två olika tillfällen med ett års mellanrum, hösten 2015 och hösten 2016. De genomsnittliga deflektionsprofilerna från respektive sträcka och mättillfälle är plottade i Figur 3. Deflektionsförändringen efter ett år är i belastningscentrum (D 0) lika stor mellan referens- och försökssträckorna, ca 100 µm. Förändringen längst ifrån belastningscentrum (D 1200) är för vardera sträckan i stort sett noll över samma år. I jämförelsen mellan de två sträckorna är den stora skillnaden formen på deflektionsbassängen där försökssträckan har en stor deflektion i belastningscentrum och en liten längst ut vid från belastningen (D 1200), medan testet visar en mer jämn deflektionsbassäng för referenssträckan. Den mindre deflektionen vid D 1200 för försökssträckan tyder på en bättre undergrund jämfört med referenssträckan. Den större deflektionsskillnaden mellan D 0 och D 1200 för försökssträckan signalerar att överbyggnaden är mindre styv än den i referenssträckan (Trafikverket, 2012). Dessa deflektionskurvor är genomsnitt av nedböjningar för alla sektioner på respektive sträcka. Det bör tilläggas att temperaturen var ganska olika vid de olika mätningarna, beläggningstemperaturen var 15,5 C vid mätningarna av båda sträckorna 2015 medan temperaturen var 0,3 och 2,5 C för referenssträckan resp. försökssträckan vid de upprepade mätningarna 2016. Deflektionerna längst ifrån belastningscentrum har inte förändrats alls under det gångna året vilket tyder på att undergrunden inte har förändrats nämnvärt. Där deflektionerna skiljer sig vid mätningen 2016 jämfört med mätningen 2015 är i belastningscentrum, alltså den del som till största del speglar överbyggnadens egenskaper. Därför tros den större delen av deflektionsskillnaden i belastningscentrum kunna förklaras av temperaturdifferensen mellan mätningarna 2015 och 2016. Deflektionsprofiler 0 Avstånd från belastningscentrum (mm) 0 300 600 900 1200 50 100 150 200 Ref 2015 Ref 2016 Kall 2015 Kall 2016 250 300 350 Figur 3. Genomsnittliga deflektionskurvor för referens- (röda linjer) och försökssträckorna (blå linjer) uppmätta 2015 och 2016. Deflektionskurvor för samtliga testade sektioner utmed referenssträckan 2016 visas i Figur 4. Sektionerna är valda med 10 m mellanrum över en total sträcka om 90 m. Kurvorna visar inom vilket 14 VTI notat 7-2019
Deflektion (µm) Deflektion (µm) spann som deflektionerna ifrån de olika sektionerna hamnar. Beläggningens temperatur uppmättes till 2,5 C vid testtillfället. Referenssträcka 2016 0 Avstånd från belastningscentrum (mm) 0 300 600 900 1200 50 100 150 200 250 300 Figur 4. Deflektionsprofiler vid samtliga testade sektionerna i referenssträckan 2016. På samma sätt visar Figur 5 deflektionsprofilerna för alla sektioner i försökssträckan som mättes 2016. Spridningen i deflektion i belastningscentrum är större i försökssträckan jämfört med referenssträckan. Temperaturen uppmättes till 0,3 C vid mätningstillfället. Försökssträcka 2016 0 Avstånd från belastningscentrum (mm) 0 300 600 900 1200 50 100 150 200 250 300 Figur 5. Deflektionsprofiler vid alla de testade sektionerna i försökssträckan. Mätningarna är utförda 2016. VTI notat 7-2019 15
Undergrundsmodul (MPa) 3.1.1. Undergrundsmoduler Beräknade undergrundsmoduler från deflektionsprofilerna för de båda sträckorna uppmätta 2015 och 2016 är redovisade i Figur 6. Modulerna för försökssträckan är betydligt högre än dem för referenssträckan vid båda mättillfällen. Detta överensstämmer väl med resonemanget i kap. 3.1 där det konstateras att de lägre deflektionerna längst ut från belastningscentrum skulle bero på en styvare undergrund. 60 50 48 54 40 34 30 20 26 Referenssträcka Försökssträcka 10 0 2015 2016 Figur 6. Uppmätta undergrundsmoduler för referens- och försökssträckorna vid två olika mättillfällen. 3.1.2. Bärförmågeindex Bärförmågeindex (BI) är omvänt proportionellt mot den horisontella dragtöjningen i underkant av asfalten, ε a, enligt BI = 1000/ε a. Dragtöjningen kan enligt Trafikverket (2012) uppskattas med hjälp av deflektionerna (givna i µm) från fallviktsmätningar, givna på tre olika avstånd från belastningscentrum, D 0-D 600, enligt Ekvation 1. ε a = 37,4 + 0,988 D 0 0,553 D 300 0,502 D 600 (1) Framräknade bärförmågeindex, omräknade för att gälla vid en referenstemperatur på 10 C enligt Formel 8 i Trafikverket (2012), för de två sträckorna 2015 och 2016 framgår av Figur 7. Försökssträckan uppvisar vid båda mättillfällen lägre bärförmågeindex än referenssträckan. Detta stämmer väl överens med den brantare deflektionsbassängen för försökssträckan i kap. 3.1. Då töjningsskillnaderna är omräknade för att gälla vid samma temperatur båda år kan slutsatsen dras att en viss nedbrytning sker eftersom de beräknade bärindexen är lägre 2016 jämfört med 2015 (Trafikverket, 2012). 16 VTI notat 7-2019
Bärförmågeindex (-) 12 11,3 10 8 8,5 8,7 7,2 6 4 Referenssträcka Försökssträcka 2 0 2015 2016 Figur 7. Framräknade bärförmågeindex för referens- och försökssträckorna 2015 och 2016. Bärförmågeindexen är omräknade för att gälla vid referenstemperaturen 10 C. 3.1.3. Töjning i underkant beläggning Horisontell töjning i asfaltens underkant för de två sträckorna visas i Figur 8. Töjningarna i figuren är beräknade utifrån 2016 års fallviktsdata, de är omräknade för att motsvara töjningarna vid referenstemperaturen 10 C och är ett genomsnitt ifrån alla de testade sektionerna längs respektive sträcka. Försökssträckan uppvisar en större töjning i underkant asfalt jämfört med referenssträckan. Denna töjning syns även i diagrammet över bärförmågeindex där bärförmågeindex är omvänt proportionellt mot asfaltstöjningen. Motsvarande töjningar ifrån 2015 års fallviktsdata visas ej i figuren men förhållandet mellan sträckorna är likt 2016. VTI notat 7-2019 17
Töjning (µs) 160 140 120 100 80 60 40 20 Töjning uk asfalt vid 10 C, 2016 118 144 0 Referenssträcka Försökssträcka Figur 8. Horisontell töjning i underkant av asfalten. Töjningarna är beräknade utifrån 2016 års fallviktsdata och är omräknade för att motsvara töjningarna vid referenstemperaturen 10 C. 3.1.4. Konstruktionens styvhet Konstruktionens styvhet i form av Surface Curvature Index (SCI) visas i Figur 9. SCI är av Trafikverket definierat som skillnaden i deflektion mellan punkten mitt i belastningscentrum (D 0) och deflektionen i punkten 300 mm vid sidan av belastningscentrum (D 300) (Trafikverket, 2012). Ett högt värde på SCI tyder således på lägre styvhet i konstruktionens bundna lager. Notera att temperaturen var något olika vid de två mättillfällena, 0,3 C för referenssträckan och 2,5 C för försökssträckan. 18 VTI notat 7-2019
SCI (µm) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Surface curvature index (SCI) 2016 41 19 Referenssträcka Försökssträcka Figur 9. Staplarna representerar överbyggnadens styvhet i form av Surface Curvature Index (SCI). Mätningarna har genomförts 2016 vid ungefär samma temperaturer; 0,3 C för referenssträckan och 2,5 C för försökssträckan. VTI notat 7-2019 19
3.2. Responsmätning Responsmätningar från töjningsgivare har genomförts där man använt en 50 kn fallvikt som belastning, resultaten från dessa mätningar är redovisade i Figur 10. Resultaten visar en mindre töjning i försökssträckan (ASG00022) vilket är motstridigt fallviktsresultaten, se Figur 8. Resultaten i Figur 10 motsvarar dock endast töjningarna i en enskild punkt på respektive sträcka, den punkt där töjningsgivare varit installerade. Responsmätningar genomfördes under 2015 (Figur 10) och 2016 (visas ej) med liknande resultat. Figur 10. Responsmätning från referenssträckan (blå linje) och försökssträckan (röd linje), båda uppmätta 2015. Töjningen avläst ifrån töjningsgivarna i respektive sträcka visas i staplarna i Figur 11. Resultaten är genomsnittet av två utförda mätserier om vardera två belastningar ifrån en fallvikt under 2016. Liknande mätningar utförda 2015 visar också på mindre töjningar i försökssträckan jämfört med referenssträckan, töjningsskillnaden är dock större då mätningarna utfördes vid 15,5 C. 20 VTI notat 7-2019
Töjning (µm) 35 30 25 20 Töjning ifrån töjningsgivare i enskild position 50 kn belastning från fallvikt 31 Bel.temp. Referens: 0,3 C Försök: 2,5 C 19 15 10 5 0 Referenssträcka Försökssträcka Figur 11. Töjning ifrån töjningsgivare i en enskild position i respektive sträcka. Staplarna representerar enbart töjningen i ASG12 resp. ASG22 (Asfaltgivar-ID). Då resultaten i Figur 10 och Figur 11 avviker från resultaten av fallviktsmätningarna, där kallasfalten i försökssträckan ger större töjningar än referensen, genomfördes även fallviktsmätningar i de positioner där töjningsgivarna var installerade. Deflektionerna från fallvikten i dessa positioner framgår av Figur 12 där det framgår att det i dessa specifika positioner blir en lägre deflektion i försökssträckan jämfört med referenssträckan. De här resultaten verkar således bekräfta töjningsgivarnas resultat. Figur 12. Deflektioner ifrån fallviktsmätningar utförda i de positioner där töjningsgivare varit placerade på respektive sträcka. Det skall poängteras att resultaten ifrån kap. 3.2 endast reflekterar tillståndet i en enskild position längs vägen, den position där töjningsgivare installerades. Fallviktsdata i kap. 3.1 visar å andra sidan genomsnittliga resultat ifrån fallviktsmätningar var tionde meter utmed respektive sträckas hela längd och speglar alltså sträckornas genomsnittliga tillstånd. VTI notat 7-2019 21
Spårdjup (mm) Det kan konstateras att den genomsnittliga profilen ger en större töjning i provsträckan jämfört med referenssträckan med ett undantag. I punkten där töjningsgivarna var monterade indikerar såväl töjningsgivare som fallvikt större töjningar i referenssträckan jämfört med försökssträckan. 3.3. Spårdjupsuppföljning 3.3.1. Primalmätning Spårdjup har mätts upp tre år i rad med s.k. Primalmätning (Engman, 1982), 2014 2016. Den första mätningen genomfördes strax efter beläggningsarbetet och de två andra mätningarna de två efterkommande åren. Resultaten från Primalmätningarna visas i Figur 13. De redovisade spårdjupen är medelvärden från höger och vänster hjulspår från 10 testade sektioner. Spårdjupstillväxten ser väldigt likartad ut när referens- och försökssträckorna jämförs, ingen signifikant skillnad kan fastslås. Spårdjup - Primalmätning 0,0 2014 2015 2016 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 1,8 2,0 4,5 4,1 Referenssträcka Försöktssträcka 6,0 7,0 6,7 6,4 Figur 13. Spårdjup uppmätt med Primalmätning tre år i rad. Spårdjupen som visas är medelvärden från vänster och höger hjulspår över respektive sträcka (10 sektioner). Spårdjupsökningen som registrerats 2015 och 2016 i vänster och höger hjulspår för de två sträckorna visas i stapeldiagrammet i Figur 14. Förändringen är likartad när de två sträckorna jämförs, skillnaderna anses inte vara signifikanta. Spårdjupstillväxterna är ett genomsnitt över respektive sträcka och hjulspår. 22 VTI notat 7-2019
Spårdjupsökning (mm) Spårdjupsökning 2015-2016, Primalmätning 0 0,5 Referenssträcka Vänster Höger Försökssträcka Vänster Höger 1 1,5 2 2,5 3 Figur 14. Spårdjupstillväxt i höger och vänster hjulspår uppmätt över de två sträckorna 2015 och 2016. 3.3.2. Vägytemätningar, PMSv3 3.3.2.1. Spårdjup Spårdjup registrerat för referens- och försökssträckorna vid tre tillfällen under tre olika år visas i Figur 15 resp. Figur 16. Det första året är innan beläggningsarbetet är utfört (2013) och de två efterföljande åren är efter arbetet är genomfört (2014 2015). En liten spårdjupstillväxt kan noteras från 2014 till 2015 över hela sträckorna i båda figurer men skillnaderna mellan referens- och försökssträckorna anses vara obetydliga. Dessa resultat är i linje med Primalmätningarna i kap. 3.3.1. Spårdjupstillväxten anses också vara normal då sträckan under flera tidigare år uppvisar en liknande tillväxt i PMSv3 (Trafikverket, 2018). Figur 15. Spårdjup över referenssträckan över tre års tid registrerat i PMSv3. VTI notat 7-2019 23
Figur 16. Spårdjup över försökssträckan över tre års tid registrerat i PMSv3. 3.3.2.2. IRI International roughness index (IRI) är ett mått på vägens ojämnhet i dess längdriktning. I Figur 17 och Figur 18 är IRI redovisade för referenssträckan resp. försökssträckan. Mätningarna har skett vid tre tillfällen och tre olika år, 2013 2015. Det första året har mätning utförts innan man gjort beläggningsarbetet medan de två senare åren är efter detta arbete. Förändringen av IRI mellan 2014 och 2015 är liten och en jämförelse av referens- och försökssträckorna tyder på obetydliga skillnader. Figur 17. Kurvorna visar IRI för referenssträckan registerat över tre års tid. Figur 18. Kurvorna visar IRI för försökssträckan registerat över tre års tid. 24 VTI notat 7-2019
4. Laboratoriemätningar 4.1. Provuttag, borrkärnor Det har borrats vid totalt 3 tillfällen för provuttag för analys av de funktionella egenskaperna hos beläggningarna. Analysen har haft fokus på det lagret som skiljer de båda sträckorna åt, dvs AGlagret. Första provomgången var ganska direkt efter läggning men vid det tillfället kunde inte många analyser utföras på försöksträckans borrkärnor. Endast 3 prover av 8 borrkärnor höll ihop. Referenssträckans prover var dock ok. Andra provomgången gick bättre och prover för att analysera både styvhetsmodul och utmattning kunde genomföras. Ytterligare en tredje provomgång borrprover togs upp för komplettering. Vid det tillfället togs endast prover från försökssträckan (Str 2). 4.2. Styvhetsmodulsmätning Styvhetsmodulmätning enligt FAS 454 98 har utförts på proverna som kom från första och andra omgångens provuttag, 3 provkroppar per serie. Resultaten redovisas i Figur 19 där felstaplarna är standardavvikelsen för de enskilda serierna. Figur 19. Resultat Styvhetsmodul från referenssträckan samt försökssträckan vid två provomgångar. I Figur 20 redovisas hålrumshalterna på de styvhetsmodulstestade proverna. Felstaplarna i figuren är standardavvikelsen för de enskilda seriernas. VTI notat 7-2019 25
Figur 20. Resultat Hålrumshalter från referenssträckan samt försökssträckan vid två provomgångar. 4.3. Utmattning Utmattningsmätning enligt VTI Notat 38-95 har utförts på prover tagna vid 2 tillfällen, provtagningsomgång 2 och 3. Vid den tredje provtagningsomgången gjordes kompletterande analys av försökssträckans beläggning för att säkerställa de något avvikande resultaten från det första försöket (de heldragna linjerna). Resultaten framgår av Figur 21. En tydlig skillnad i livslängd mellan den konventionella och den med kallteknik gjorda beläggningen noteras. Den streckade linjen i figuren är den serie som kompletterade den heldragna utmattningskurvan för samma material. Vi ser en viss skillnad i livslängd i den högre töjningsnivån men bedöms som likvärdig och avviker inte nämnvärt från det första försöket. 26 VTI notat 7-2019
Figur 21. Resultat utmattning. I Figur 22 redovisas hålrumshalterna på de utmattningstestade proverna. Felstaplarna i figuren är standardavvikelsen för de enskilda seriernas hålrumshalter. Figur 22. Resultat hålrumshalter på utmattningsprover från referenssträckan samt försökssträckan VTI notat 7-2019 27
5. Diskussion, Fält- och laboratorieresultat 5.1. Fält Flera mätningar visar att försökssträckan har en mindre styv överbyggnad jämfört med referenssträckan. Denna slutsats kan dras genom att studera deflektionsprofilerna ifrån fallviktsmätningarna direkt där en brantare deflektionskurva tyder på en mindre styv överbyggnad. Den mindre styva överbyggnaden bekräftas också genom ett högt SCI och genom höga töjningar i de bundna lagren. Mätningarna visar att försökssträckan har en styvare undergrund jämfört med referenssträckan. En mindre deflektion långt ifrån belastningscentrum i fallviktsmätningarna visar på en styv undergrund utmed referenssträckan. I en testad position råder dock motsatt förhållande. I den enskilda position där töjningsgivare funnits installerade indikerar både töjningsgivare och fallviktsmätningar lägre töjningar i försökssträckan jämfört med referenssträckan. Utförda Primalmätningar under tre år visar att spårdjupet tilltar på ett liknande sätt på båda sträckor. Spårdjupstillväxten framgår också i PMSv3 där ökningen ser ut att vara relativt jämn över sträckornas längd samt sträckorna emellan. Sträckorna skulle behöva studeras under längre tid för att bestämma om det är någon signifikant skillnad i hur spårdjupet förändras. Även IRI har studerats utmed båda sträckor med hjälp av PMSv3. Skillnaderna i IRI mellan de två sträckorna är marginell. Spårdjupstillväxt och IRI är båda parametrar som man skulle behöva studera under fler år för att kunna dra några säkra slutsatser. 5.2. Laboratorium I analysen av styvhetsmodulen vid första provomgången ser vi ingen stor skillnad mellan referens- och försökssträckan. Däremot är modulen noterbart lägre för försökssträckan vid andra provomgången. Troligtvis har vi vid det tillfället kunnat testa de prover som i första försöket inte höll ihop och vi har därmed fått lägre värden. Spridningen är också större i resultaten men det högsta värdet är i nivå med det som erhölls vid första provningstillfället. Noterbart är också skillnaden i hålrumshalterna mellan sträckorna. Dock ska det nämnas att massan på kalltekniksträckan är designad för ett högre hålrum, 6-12 %, för att vattnet i emulsionen snabbt ska kunna avgå från beläggningen (Lundberg 2016). Att försökssträckan fått relativt bra värden i förhållande till referenssträckan beror på att styvheten byggts upp genom att stenarna ligger an mot varandra och bildar ett styvt stengitter. Materialet är styvt men sprött vilket utmattningstestet visat. Resultaten från referensbeläggningen har ett noterbart bättre utmattningsmotstånd än vad en standard AG22 160/220 har (den blåa heldragna linjen i Figur 23 nedan). Trolig orsak till detta är att referenssträckans beläggningstyp är producerad med NCC:s Green-koncept. Massan produceras då vid 30 C lägre temperatur än normalt för samma bindemedelstyp. Skillnaden mellan standard AG:n och den i projektet använda beläggningstypen är rimlig. 28 VTI notat 7-2019
Figur 23. Utmattningeresultat i förhållande till Standard AG 160/220. 5.2.1. Bindemedelstäckning Vid test av utmattning noterades visuellt att proverna skiljde sig åt vad gäller bitumentäckning men även att halten av bindemedel i den kalltillverkade beläggningen var lägre. Den upplevdes mycket torrare och var sprödare, se Figur 24. Figur 24. Bindemedelstäckning, den övre raden av prover från försökssträckan och den undre referenssträckan. VTI notat 7-2019 29
Passerande 5.2.2. Bindemedelshalter Prover som analyserats för utmattning togs ut för att verifiera misstankarna som uppkom vid utmattningstesterna. Av resultaten från bindemedelshaltsundersökningen i Figur 25 framgår att referenssträckans bindemedelshalt ligger i linje med det lagda receptet på 4,5 %. Försökssträckan har däremot en noterbar skillnad mot lagt recept, restbitumenhalt 4,6 %. Medelvärdet för de gjorda analyserna på försökssträckan ligger på 4,2 %. Detta kan till viss del förklara de skillnader i livslängd vi noterat i utmattningsanalyserna. 100% 90% 80% Referenssträckan, omg 2 Försökssträckan, omg 2 Försökssträckan, omg 3 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,0625 0,125 0,25 0,5 1 2 4 8 16 32 Kornstorlek, mm A B C D E F G H I J K L M Sikt, mm 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Bindemedelshalt Referenssträckan, omg 2 7,1% 9% 12% 15% 21% 29% 40% 46% 58% 69% 84% 99% 100% 4,65% Försökssträckan, omg 2 6,9% 9% 13% 17% 23% 31% 40% 46% 54% 65% 82% 100% 100% 3,97% Försökssträckan, omg 3 6,7% 9% 12% 16% 21% 28% 36% 41% 49% 59% 76% 99% 100% 4,33% Figur 25. Bindemedelshalter och kornkurvor. 30 VTI notat 7-2019
6. Slutsatser Fallviktsdata tyder på en lägre styvhet i överbyggnad och högre styvhet i undergrunden i försökssträckan jämfört med referenssträckan. Spårdjupstillväxten uppmätt med Primal bedöms vara normal och skillnaderna mellan försöks- och referenssträckorna obetydliga. Vägytemätningar avlästa i PMSv3 visar inga signifikanta skillnader mellan de två studerade sträckorna. Bindemedelshalten på försökssträckans analyserade prover avviker från det lagda receptet och bindemedelstäckningen är också sämre med många blottade stenar. o o Laboratorietesterna indikerar sämre utmattningsegenskaper för försökssträckans beläggning i förhållande till referenssträckan vilket innebär en stor risk för förkortad livslängd. Risken är stor att försökssträckan har lägre bärighet jämfört med referenssträckan då den visar lägre styvhet från fallviktsdata samt lägre täckningsgrad. Samtliga utförda mätningar på försöks- och referenssträckorna är endast utförda vid två tillfällen med ett år emellan. För att dra några säkra slutsatser ang. nedbrytningen över tid behövs fler mätningar under flera års tid. VTI notat 7-2019 31
32 VTI notat 7-2019
Referenser Roger Lundberg (2014). SBUF 12 971 Slutrapport Energisnåla asfaltbeläggningar-kalltillverkad asfalt. Etapp 1 Roger Lundberg, (2016). SBUF 12 971 Slutrapport Energisnåla asfaltbeläggningar-kalltillverkad asfalt. Etapp 2 Sven Engman, (1982). DEKA, DENSUS, TRIPUS, EMM, and PRIMAL Five apparatuses developed at the National Swedish Road and Research Institute, VTI Särtryck nr. 73. Trafikverket, (2012). TRVMB 114 Bearbetning av deflektionsmätdata, erhållna vid provbelastning av väg med FWD-apparat. TRV 2012:051. Trafikverket, Borlänge. Trafikverket, (2018). https://pmsv3.trafikverket.se/. Trafikverket, Borlänge. VTI notat 7-2019 33
34 VTI notat 7-2019
Bilaga 1 Bilder Bilder borrkärnor borromgång 1 Sträcka 1 (Referenssträckan) Sträcka 2 (Försökssträckan) VTI notat 7-2019 35
Bilder borrkärnor borromgång 2 Sträcka 1 (Referenssträckan) Sträcka 2 (Försökssträckan) 36 VTI notat 7-2019
Bilder borrkärnor borromgång 2 Sträcka 2 (försökssträckan) VTI notat 7-2019 37
38 VTI notat 7-2019
Bilaga 2 Lagertjocklekar VTI notat 7-2019 39
40 VTI notat 7-2019
www.vti.se VTI, Statens väg- och transportforskningsinstitut, är ett oberoende och internationellt framstående forskningsinstitut inom transportsektorn. Huvuduppgiften är att bedriva forskning och utveckling kring infrastruktur, trafik och transporter. Kvalitetssystemet och miljöledningssystemet är ISO-certifierat enligt ISO 9001 respektive 14001. Vissa provningsmetoder är dessutom ackrediterade av Swedac. VTI har omkring 200 medarbetare och finns i Linköping (huvudkontor), Stockholm, Göteborg, Borlänge och Lund. The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI), is an independent and internationally prominent research institute in the transport sector. Its principal task is to conduct research and development related to infrastructure, traffic and transport. The institute holds the quality management systems certificate ISO 9001 and the environmental management systems certificate ISO 14001. Some of its test methods are also certified by Swedac. VTI has about 200 employees and is located in Linköping (head office), Stockholm, Gothenburg, Borlänge and Lund. HEAD OFFICE LINKÖPING SE-581 95 LINKÖPING PHONE +46 (0)13-20 40 00 STOCKHOLM Box 55685 SE-102 15 STOCKHOLM PHONE +46 (0)8-555 770 20 GOTHENBURG Box 8072 SE-402 78 GOTHENBURG PHONE +46 (0)31-750 26 00 BORLÄNGE Box 920 SE-781 29 BORLÄNGE PHONE +46 (0)243-44 68 60 LUND Bruksgatan 8 SE-222 36 LUND PHONE +46 (0)46-540 75 00