Kall och halvvarm återvinning av asfalt i verk Del 1 - Laboratorieprovning

Kall och halvvarm återvinning av asfalt i verk Del 1 - Laboratorieprovning Torbjörn Jacobson och Fredrik Hornwall VTI notat 1-21 1

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 och har till stor del utförts av Karl-Axel Thörnström och Fredrik Hornwall. Linköping i april 21, Torbjörn Jacobson VTI notat 1-21 2

VTI notat 1-21 3

INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING... 6 INLEDNING OCH SYFTE... 9 ASFALTÅTERVINNING - ALLMÄNT... 11 KALL ÅTERVINNING I VERK... 12 HALVVARM ÅTERVINNING VID VERK... 13 RETURASFALT... 14 ASFALTGRANULAT... 15 PROVTAGNING... 16 KARAKTERISERING AV RETURASFALT ELLER ASFALTGRANULAT.. 17 KORNKURVA OCH BINDEMEDELSHALT... 17 ASFALTGRANULATETS SAMMANSÄTTNING OCH VATTENINNEHÅLL... 2 EGENSKAPER HOS BINDEMEDEL I RETURASFALT... 22 PACKNINGSEGENSKAPER HOS ASFALTGRANULAT... 26 Optimal vattenkvot (vätskeinnehåll)... 26 KONSISTENS OCH BEARBETBARHET HOS GRANULAT OCH MASSA... 26 Gyratorisk packning... 27 STENMATERIALKVALITET... 37 I returasfalt... 37 Inblandning av stenmaterial... 37 FÖRORENINGAR (STENKOLSTJÄRA)... 37 PROPORTIONERING, MEKANISKA EGENSKAPER OCH BESTÄNDIGHET HOS KALLA ASFALTMASSOR... 38 PROPORTIONERING AV ÅTERVINNINGSMASSA - ALLMÄNT... 38 UPPLÄGGNING AV UNDERSÖKNINGEN... 38 PROVMATERIAL, BINDEMEDEL, TILLSATSER OCH RECEPT... 39 PROVPREPARERING... 39 Materialberedning... 39 Blandning av massa... 4 Packning och lagring av provkroppar... 41 INVERKAN AV BINDEMEDELSTYP SAMT TILLSATTS AV CEMENT OCH STENMATERIAL... 62 Hårdheten på bindemedlet (basbitumenet i emulsionen)... 62 Inblandning av stenmaterial... 69 Tillsats av en mindre mängd cement... 72 Hålrumshalt... 74 PRESSDRAGHÅLLFASTHET... 77 STYVHETSMODUL... 8 Provning vid 1 C... 8 Inverkan av provningstemperatur... 82 Korrelation mellan styvhetsmodul och pressdraghållfasthet... 83 VTI notat 1-21 4

STABILITET... 85 Inverkan av provningstemperaturen... 88 Inverkan av provkroppens höjd... 89 BESTÄNDIGHET... 91 Allmänt... 91 Vattenkänslighet vidhäftningstal... 91 Frys-tökänslighet... 97 SAMMANFATTANDE KOMMENTARER KALLA MASSOR... 14 PROVNING AV HALVVARMA ÅTERVINNINGSMASSOR... 17 BAKGRUND... 17 KARAKTERISERING AV ASFALTGRANULAT... 17 PROVPREPARERING... 18 PROPORTIONERING AV HALVVARMA ÅTERVINNINGSMASSOR - FÄLTFÖRSÖK... 11 Asfaltgranulat från Härnösand (Viksjö)... 11 Provvägsförsök på riksväg 9... 111 Kontrollsträckor på väg 725, Seskarö (Haparanda)... 115 SAMMANFATTANDE KOMMENTARER HALVVARMA MASSOR... 118 LITTERATUR... 12 Bilagor: 1. Nynäs Workability Test 2. Marshallstabilitet - metodbeskrivning VTI notat 1-21 5

Sammanfattning Översikt och bakgrund 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 62-1999 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: 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) VTI notat 1-21 6

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: 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 en 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 VTI notat 1-21 7

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 1-21 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 62-1999 och 7-2 behandlas erfarenheter från provvägar och kontrollsträckor. Undersökningarna i denna rapport är till delar framtagna vid 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 1-21 1

Återvunnet beläggningsmaterial (ton) 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. 6 5 4 3 2 1 Varm återvinning Halvvarm återvinning Kall återvinning Figur 1 Fördelning mellan olika återvinningstekniker i Sverige (Vägverket, 1998). 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 1-21 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. 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 1-21 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. 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 repressentera det granulat erhålls som 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 1-21 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. VTI notat 1-21 17

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 Bindemedelshalt, % Passerande mängd, vikt-% 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Övre gräns ABT11 Undre gräns ABT16 Extraherade granulat,74,125,25,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 2 Sammanställning av kornkurvor från asfaltgranulat. 8 7 6 5 4 3 2 1 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 1-21 18

Passerande mängd, vikt-% Passerande mängd, vikt-% 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. 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Bind.halt: 4,7 % Stdav:,7 Min: 4,2 % Max: 5,4 %,8,13,25,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 Kornstorlek, mm Figur 4 Spridningen hos kornkurva och bindemedelshalt i ett mellanupplag med fräsmassor från E2. 1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Bindemedelshalt: 4, % Stdav:,4 Min: 3,4 % Max: 4,7 %,8,13,25,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 5 Spridningen hos kornkurva och bindemedelshalt i ett mellanupplag med uppgrävda massor från en kommun. VTI notat 1-21 19

Bindemedelshalt, % 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. 9 8 7 6 5 4 3 2 1-4 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 1-21 2

Passerande mängd, vikt-% 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Tvättsiktade granulat,74,125,25,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 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). 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 1-21 22

Mjukpunkt, C Penetration (,1 mm vid 25 C) 12 1 8 6 4 2 AG ABT/AG ABS ABS AGF/B85 ABT/AG ABS ABT/AG ABT/B85 AEBÖ/ABT ABT ABT/B18 ABT/AG ABT/AEBÖ IM/OG Figur 8 En översikt över bindemedlets hårdhet (penetration) i gamla beläggningar eller granulat från mellanupplag. 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 IM/OG AEBÖ/ABT/ALB ABT/AG ABT ABT/B18 ABS ABT/B85 ABT ABS16 ABT/AG ABT/AG ABT/AG AGF/B85 AG ABT/AG Figur 9 En översikt över bindemedlets hårdhet (mjukpunkten) i gamla beläggningar eller granulat från mellanupplag. VTI notat 1-21 23

Duktilitet,cm Mjukpunkt, C 1 9 8 y = 154,97x -,2641 R 2 =,91 7 6 5 4 3 2 1 Figur 1 1 2 3 4 5 Penetration,.1 mm Korrelationen mellan penetration och mjukpunkt på återvunnet bindemedel. 12 1 >1cm 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 Penetration,.1 mm Figur 11 Sambandet mellan penetration och duktilitet (25 C) på återvunnet bindemedel. VTI notat 1-21 24

Fraass brytpunkt, C -5 y = -7,255Ln(x) + 13,172 R 2 =,7-1 -15-2 Figur 12-25 2 4 6 8 1 Penetration,.1 mm Korrelationen mellan penetration och Fraass brytpunkt på återvunnet bindemedel. Vid varm återvinning har det gamla bindemedlets egenskaper stor betydelse för egenskaperna på den varma massan. Det är dock inte klarlagt hur förhållandet är vid kall och halvvarm återvinning av ursprungligen varma massor. Mjukpunkten hos bindemedlet bör dock påverka stabilitetsegenskaperna, speciellt vid höga temperaturer. I de avsnitten som behandlar mekaniska egenskaper samt beständighet görs en koppling mellan bindemedlets hårdhet (där uppgifter finns) och provningsresultaten. Penetration är ett mått på bitumenets hårdhet vid 25 C. Mjukpunkten visar vid vilken temperatur bitumenet mjuknar. Duktilitet är ett mått på bindemedlets kohesion och kan sägas beskriva töj- eller bindförmågan (i viss mån elasticiteten) i bitumen vid angiven temperatur. I detta fall har temperaturen vid analysen varit 25 C men provningen kan även göras vid 1 eller C. Fraass brytpunkt beskriver lågtemperaturegenskaperna och närmare bestämt vid vilken temperatur (minusgrader) bindemedlet spricker. Som det framgår av figurerna finns ett förhållandevis bra samband mellan de olika egenskaperna. När bindemedlet åldras blir det hårdare och sprödare vilket försämrar elasticiteten (töjbarheten) hos bindemedlet och samtidigt gör det mer sprickbenäget vid låga temperaturer. Vid kall- och halvvarm återvinning kompenseras förhårdningen genom att i de flesta fall ett mjukt bindemedel inblandas i återvinningsmassan. Även när inget nytt bindemedel inblandas (endast vatten) kan massan med tiden binda ihop men enligt provvägen vid Saxån (VTI notat 62-1999) erhöll lagret dålig beständighet mot vatten och blev därför mer känsligt för sprickbildning jämfört med när bindemedel inblandades. VTI notat 1-21 25

Packningsegenskaper hos asfaltgranulat Optimal vattenkvot (vätskeinnehåll) För att massan skall få bästa möjliga packningsegenskaper bör optimal vätskekvot eftersträvas. Med vätskekvot menas vattenkvoten i granulatet och tillsatt emulsionskvot. Emulsionen kan i detta skede betraktas som en vätska med flytande egenskaper. Packningskurva bestämd vid olika vätske- eller vattenkvoter enligt tung instampning eller Marshallpackning anger lämpligt fuktinnehåll. På välgraderade material (fräst eller krossat granulat) brukar optimal vätskekvot ligga nära 6-7 % men skillnaden i maximal densitet är ibland inte så stor mellan 4-6 %. Vid 8 % brukar vattenseparation uppstå, vilket reducerar massan förmåga att ta packning (materialet blir fjädrande genom porvattentryck). I figur 13 redovisas packningskurvan från några asfaltgranulat (Saxån, Bommersvik, Underås). Torr skrymdensitet,g/cm 3 Figur 13 2, 1,95 1,9 1,85 1,8 1,75 1,7 1,65 1,6 1,55 1,5 Riklig vattenseparation 2 4 6 8 1 Vattenkvot,vikt-% Packningskurva på olika asfaltgranulat (tung instampning - Proctor). Konsistens och bearbetbarhet hos granulat och massa Kalla och halvvarma massor brukar vara relativt tröga att lägga ut och packa. IRIvärden mellan 1,5-2,5 har uppmätts på relativt nyutlagda beläggningar enligt VTIs provsträckor (VTI notat 7-2). Inga normerade metoder finns för att mäta konsistensen på asfaltmassa. Nynäs Workability Test (bilaga 1) är framtagen för nytillverkade emulsionsmassor men anses inte fungera för återvinningsmassor. Konsistensen påverkas markant av brythastigheten hos emulsionen/massan vilket gör denna parameter svår att bestämma eftersom detta är ett förlopp som påverkas av tiden, temperaturen, fuktinnehåll med mera. Samma granulat eller massa kan därför uppföra sig olika beroende på omständigheterna. Vid gyratorisk packning mäts packningsförloppet samt moståndet i massan och denna metod kan ge en del relevant information om granulatets eller massans VTI notat 1-21 26

konsisten och hanterbarhet. Metoden kan användas vid relativa, jämförande tester av olika material eller recept. Inverkan av fukthalt, stenmaterialinblandning och bindemedelshalt bör kunna studeras genom detta förfarande. Gyratorisk packning kan också användas för preparering av provkroppar. I följande avsnitt redovisas försök där packningsförloppet och skjuvhållfastheten i massan studerats på några granulat eller återvinningsmassor i gyratorisk packningsutrustning. Gyratorisk packning Gyratorisk packningsutrustning har använts i Frankrike sedan början av 197-talet och även i USA under en längre tid. Särskilt under senare år i det stora forskningsprogrammet SHRP och det däri framtagna proportioneringssystemet Superpave. Där används gyratorisk packning för att bestämma packningsarbetet. Nya gyratoriska utrustningar har tagits fram på senare år, med möjlighet att följa packningsarbetet under hela packningsproceduren, vilket åter väckt intresset för denna typ av packningsutrustning. Gyratorisk packningsutrustning används numera för undersökning av: Packningsegenskaperna Bearbetbarheten Stabiliteten (skjuvmotståndet) Preparering av provkroppar VTI har sedan 1994 en gyratorisk utrustning av finskt fabrikat från Invelop OY. Den har möjlighet att packa provkroppar både med 1 och 15 mm diameter och till en höjd av upp till 15 mm. Till utrustningen finns ett dataprogram som styr packningen. Variationsbredden på utrustningens inställningar är: Vinkel: -4 % (-2,5 ) Varvtal: -4 cykler/min Tryck: -8 bar Antal varv: max 4 Bild 6 VTIs gyratoriska packningsutrustning som användes vid försöken. VTI notat 1-21 27

I denna undersökning har gyratorisk packningsutrustning använts vid undersökning av packningsegenskaper, bearbetbarhet, stabilitet och preparering av provkroppar för studier av mekaniska egenskaper eller beständighet. I undersökningarna har också inverkan av provformens (burkens) diameter och typen av form, slät eller perforerad, studerats. Packningsförsöken har gjorts vid olika temperaturer och på olika typer av granulat och provblandningar. Tre olika asfaltgranulat har ingått i undersökningarna. Tillsatsen av vatten har varit 3 eller 4 %. I de fall bindemedel inblandats har 2,-4, emulsion tillsats. Den metod som använts vid packningen av provkropparna är: Formar: 1 mm (eller 15mm), slät (eller perforerad) Tryck: 6 bar (6 kpa) Antal cykler: 2 (3 varv/min) 4 varv vid 15mm form Vinkel: 1 Provhöjd: 1 mm Temperatur: 1, 23, 6 C Ett relativt högt tryck men låg vinkel valdes vid förfarandet. Metoden följer det förfarande som används i Norge för packningsstudier och provpreparering av kalla massor. När provkroppar tillverkas väljs packningsinsatsen (antalet varv) till 97,3 % av den uppmätta torra skrymdensiteten vid 2 cykler. Bedömning av resultat från gyratorisk packning - allmänt En kort beskrivning av de erfarenheter som erhölls i Norge (Telemarksprojektet) vid packning av kalla massor ges i detta avsnitt. Från packningskurvan som erhålls i gyratorn kan följande definitioner göras: N initial Antal cykler i gyratorn som erfordras för att packa massan till den densitet den har efter utläggning (ca 1 cykler) N design Antal cykler i gyratorn som erfordras för att packa massan till den densitet den har efter utläggning och packning (2-11 cykler) N max Antal cykler i gyratorn som erfordras för att packa massan till maximal densitet (2 cykler) För att värdera bearbetbarheten hos materialet brukar kompakteringsgraden (torra skrymdensiteten) efter N initial (1 cykler) och skjuvmotståndet (G) användas: Vid högre skrymdensitet (N initial ) bedöms materialet ha god bearbetningsbarhet Vid lägre skrymdensitet (N initial ) bedöms materialet ha sämre bearbetningsbarhet Högt värde på G betyder trögare massa Lägre värde på G betyder lättare massa Omsatt till förhållandena vid utläggning blir detta; Vid hög kompakteringsgrad vid N initial uppnår massan snabbt packning. Lågt skjuvmotstånd (G) är karakteristiskt för massor som är lätta att lägga ut pga den låga inre friktionen i VTI notat 1-21 28

materialet. Massor med låg kompakteringsgrad vid N initial kräver tung packningsutrustning och om dessutom skjuvmotståndet G är högt förstärker detta behovet av tunga vältar. Högt G-värde indikerar också stor påkänning på screeden i läggaren pga av hög inre friktion i materialet. För att värdera packningsbarheten (kompakterbarheten) hos materialet kan förhållandet N design /N max användas: Högt värde visar att det krävs många varv i gyratorn för att uppnå packning, dvs. massan är svårpackad Lågt värde visar på lågt antal varv i gyratorn, dvs. massan är lätt att packa Stigningsförhållandet på packningskurvan (torr skrymdensitet/log N) beskriver massans egenskaper till att ta packning: Stor stigning visar god kompakteringsgrad Liten stigning visar låg kompakteringsgrad Massans stabilitet efter packning kan beskrivas genom skjuvmotståndet (skärspänningen, G) i materialet. Kurvförloppet för G/log N vid N design (området N design N max ) kan användas: Skjuvmotstånd under ett visst gränsvärde indikerar instabil massa Stigning i kurvförloppet eller utflackning visar på stabil massa om skjuvmotståndet ligger över minvärdet Fall i kurvförloppet visar på instabil massa om skjuvmotståndet hamnar under eller nära minvärdet Värdena på N initial och N design påverkas av massatypen och kan bara tas fram genom jämförande försök i fält. Det kritiska värdet för skjuvhållfasthet (G) är okänt för återvinningsmassor men bör kunna tas fram genom jämförelser med stabilitetstester eller beläggningar som erhållit deformationer. Provmaterial De material som ingick i VTI-studien framgår av tabell 2. Tabell 2 Undersökta asfaltgranulat och provningsvariabler. Granulat Borlänge Formdiameter: 1 mm, slät 1 mm, perf. 1 mm, slät 1 mm, slät 15 mm, slät Blandningar: 4, % vatten 4, % vatten 4, % vatten 4, % vatten 4, % vatten 3, % vatten + 1,-4, % BE - - - 3, % vatten + 3, % BE Asfaltgranulatens sammansättning redovisas i figurerna 14-15. Som det framgår av tabellen så studerades både granulat och återvinningsmassa med emulsion (BE6M/2). VTI notat 1-21 29

Passerande mängd, vikt-% Passerande mängd, vikt-% 1 9 8 Borlänge 7 6 5 4 3 2 1,75,125,25,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek, mm Figur 14 Kornkurva enligt tvättsiktning på granulat. 1 9 8 4,7% Borlänge 4,% 4,3% 7 6 5 ABT11 4 3 2 1,75,125,25,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 31,5 Kornstorlek, mm Pen. KoR Frass Dukt. 42 57, - 1 cm Borlänge 23 66, -9 C 28 cm 28 64, -13 C 7 cm Figur 15 Kornkurvan (extraherad) samt bindemedelshalt och bindemedelsegenskaper på granulat. I följande avsnitt ges en översikt över erhållna resultat. VTI notat 1-21 3

Packningskurvan (utvecklingen av torra skrymdensiteten) Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 Hålrumshalt, % 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1 C, Slät form 23 C, Slät form 6 C, Slät form 1 C, Perforerad form 23 C, Perforerad form 6 C, Perforerad form 1 1 1 1 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 Borlänge 1 C 23 C 6 C 1 1 1 1 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1 C 23 C 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 16 14 12 1 8 6 4 2 Borlänge 1 C 23 C 6 C Figur 16a-d Packningskurva samt hålrumshalt (torr skrymdensitet) vid olika temperaturer för asfaltgranulat med tillsatts av 4 % vatten, 1 mm slät form. För granulatet från undersöktes också perforerad form. Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 Skrymdensitet, g/cm 3 Skrymdensitet, g/cm3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1, % emulsion, 1 C 1, % emulsion, 23 C 1, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 2, 1,9 1,8 1,7 2, % emulsion, 1 C 2, % emulsion, 23 C 2, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 2,5 2,4 2,5 2,4 2,3 Skrymdensitet, g/cm 3 2,3 2,2 2,2 2,1 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 3, % emulsion, 1 C 3, % emulsion, 23 C 3, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 2, 1,9 1,8 1,7 4, % emulsion, 1 C 4, % emulsion, 23 C 4, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler Figur 17a-d Packningskurva (skrymdensitet) vid olika temperaturer för granulatet från med tillsatts av 3 % vatten och 1,-4, % BE6M/2, 1 mm slät form. Uppdelning efter tillsatt mängd emulsion. VTI notat 1-21 31

2,5 2,4 Hålrumshalt enligt gyratorisk packning, % 2,5 2,4 Skrymdensitet, g/cm 3 2,3 Skrymdensitet, g/cm 3 2,3 2,2 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1, % emulsion, 6 C 2, % emulsion, 6 C 3, % emulsion, 6 C 4, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1, % emulsion, 23 C 2, % emulsion, 23 C 3, % emulsion, 23 C 4, % emulsion, 23 C 1 1 1 1 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1, % emulsion, 1 C 2, % emulsion, 1 C 3, % emulsion, 1 C 4, % emulsion, 1 C 1 1 1 1 Antal cykler 12, 1, 8, 6, 4, 2,, 1,% 2,% 3,% 4,% Tillsatt emulsion, % Figur 18a-d Packningskurva (skrymdensitet) och hålrumshalt vid olika temperaturer för granulatet från med tillsatts av 3 % vatten och 1,-4, % BE6M/2, 1 mm slät form. Uppdelning efter packningstemperatur. 1 C 23 C 6 C Skrymdensitet, g/cm 3 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1 C 1,8 23 C 1,7 4% H 2 O 6 C 1,6 1 1 1 1 Antal cykler Skrymdensitet, g/cm 3 2,4 2,3 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 3, % vatten 1,7 4, % vatten 1,6 1 1 1 1 Antal cykler Figur 19a-b Packningskurva (skrymdensitet) med 15 mm slät form (4 varv) vid olika temperaturer för granulatet från med tillsatts av 3, och 4, % vatten. +23 C VTI notat 1-21 32

Skjuvmotståndet i massorna (skärspänning, G) Skjuvmotstånd, kn/m 2 Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1 C, Slät form 23 C, Slät form 6 C, Slät form 1 C, Perforerad form 23 C, Perforerad form 6 C, Perforerad form 1 1 1 1 Antal cykler 1 C 23 C 6 C 1 1 1 1 Antal cykler Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Borlänge 1 C 23 C 6 C 1 1 1 1 Antal cykler Figur 2a-c Skjuvmotstånd vid olika temperaturer för de undersökta granulaten med tillsatts av 4 % vatten, 1 mm slät form. För granulatet från undersöktes också perforerad form Skjuvmotstånd, kn/m 2 Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1, % emulsion, 1 C 1, % emulsion, 23 C 1, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 3, % emulsion, 1 C 3, % emulsion, 23 C 3, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler Skjuvmotstånd, kn/m 2 Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 2, % emulsion, 1 C 2, % emulsion, 23 C 2, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 4, % emulsion, 1 C 4, % emulsion, 23 C 4, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler Figur 21a-d Skjuvmotstånd vid olika temperaturer för granulatet från med tillsatts av 3 % vatten och 1,-4, % BE6M/2, 1 mm slät form. Uppdelning efter tillsatt mängd emulsion. VTI notat 1-21 33

Skjuvmotstånd, kn/m 2 Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1, % emulsion, 6 C 2, % emulsion, 6 C 3, % emulsion, 6 C 4, % emulsion, 6 C 1 1 1 1 Antal cykler 1, % emulsion, 1 C 2, % emulsion, 1 C 3, % emulsion, 1 C 4, % emulsion, 1 C 1 1 1 1 Antal cykler Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 5 1, % emulsion, 23 C 2, % emulsion, 23 C 3, % emulsion, 23 C 4, % emulsion, 23 C 1 1 1 1 Antal cykler Figur 22a-c Skjuvmotstånd vid olika temperaturer för granulatet från med tillsatts av 3 % vatten och 1,-4, % BE6M/2, 1 mm slät form. Uppdelning efter packningstemperatur. Skjuvmotstånd, kn/m 2 45 4 35 3 25 2 15 1 Figur 23 5 4% H 2 O 1 1 1 1 Antal cykler 1 C 23 C 6 C Skjuvmotstånd med 15 mm slät form (4 varv) vid olika temperaturer för granulatet från med tillsatts av 4, % vatten. Kommentarer Inverkan av provutrustning (typ av formar) Skillnaden mellan slät och perforerad form är liten om skrymdensiteten studeras. Vid 6 C blev dock skrymdensiteten något högre med perforerad form. Skjuvmotståndet (skärspänningen, G) i materialet blev i två fall (1 och 23 C) något lägre medan det var oförändrat vid 6 C. En viss inverkan på packningsförloppet gav således form med perforerad mantelyta. Perforerade formar anses vara lämpliga för emulsionsmassor vilka innehåller vatten. För att förhindra uppkomst av porvattentryck (som försvårar packningen) skall vatten kunna pressas ut genom hålen i formen. VTI notat 1-21 34

Anledningen till att provningarna gjordes med formar med varierande storlek (1, 15 mm) beror på att från början endast 15 mm fanns på VTIs laboratorium. Eftersom asfaltgranulat normalt inte har grövre partiklar införskaffades formar med diametern 1 mm. Provmängden blir då mindre och provningen lättare att utföra. Enligt resultaten blev skrymdensiteten lägre vid 15 mm. Kurvan som beskriver skjuvmotståndet (G) i massan skiljde sig avsevärt mellan de två diametrarna. Vid 15 mm ökade motståndet kontinuerligt under packningsförloppet (utom vid slutet på ett prov) medan vid 1 mm kurvan började falla redan vid ca 4-5 cykler. G låg överlag på en betydligt högre nivå för proverna med diametern 1 mm. Packningsarbetet blev också mer intensivt vid 1 mm eftersom belastningen i båda fallen var 6 bar. Vid en relevant jämförelse mellan olika formar bör trycket anpassas efter provets diameter. Typen av asfaltgranulat Packningskurvornas form skiljde sig inte mycket åt mellan de tre provmaterialen. Den mesta packningen skedde redan efter ca 3 cykler. De tre asfaltgranulaten är också förhållandevis lika varandra med avseende på kornkurva, bindemedelshalt och bindemedelsåldring. Skrymdensiteten ökade markant vid högre temperatur. Efter 2 cykler låg hålrumshalterna på 11-13 % vid 1 C. Motsvarande värden var vid 23 resp. 6 C var 9-11 resp. 5-8 %. Enligt borrkärnor från utlagt granulat på vägen har hålrumshalterna legat på 8-12 % efter en tids trafik. Om granulat skall användas som bärlager rekommenderas enligt danska anvisningar utläggning och packning under sommaren när temperaturen är hög. Vid lägre temperaturer blir packningsgraden lägre. Vid tillsatts av 4 % vatten blev skrymdensiteten något högre än vid 3 %. Optimal vattenkvot ligger enligt packningskurva från tung instampning på ca 6 %. Fler undersökningar rekommenderas för att studera vattenkvotens inverkan på packningsförloppet. Formen på kurvan som beskriver G var lika mellan de tre granulaten. Efter ca 2 cykler minskade motståndet (samtidigt som skrymdensiteten ökar). De högsta värdena (sett över hela packningsförloppet) erhöll proverna med lägst hålrumshalt. Massans täthet verkar således ha stor betydelse för motståndet i materialet. Vid högre temperatur blir enligt kurvan motståndet större i massan. Överlag uppvisar massorna vid 23 C lägre G (med något undantag) än de vid 1 och 6 C. Jämfört med de norska undersökningarna på nytillverkade kalla massor uppvisar asfaltgranulaten större G under packningsförloppet. Återvinningsmassa av granulat, vatten och emulsion Enligt packningskurvorna på prov av asfaltmassa påverkades skrymdensiteten av mängden nytt bindemedel och av temperaturen vid provningen. Framför allt vid 6 C blev skrymdensiteten markant högre samtidigt som kurvan planade ut mera efter ca 5 cykler. Skillnaden i skrymdensitet vid olika temperaturer tenderade också att minska vid större antal cykler. Skrymdensiteten ökade med mängden bindemedel som inblandas men skillnaden tenderade att bli mindre vid de högre bindemedelshalterna. Störst skillnad förelåg mellan 1 och 2 % emulsionsinblandning. Det innebär att massor med 1 % emulsion kan ha sämre bearbetningsbarhet än mer bindemedelsrika massor (2-4 %). VTI notat 1-21 35