Teknakurs Vegteknologi Asfalt

Transkript

1 Teknakurs Vegteknologi Asfalt Trondheim april 2011 Bjørn Ove Lerfald Veidekke Industri AS 1

2 Dekkets rolle i transportsystemet Veger og flyplasser Dekket beskytter investeringen - strukturell betydning Tilstanden påvirker trafikantene - store samfunnsmessige kostnader Enorm kapitalverdi Store årlige vedlikeholdskostnader Bør planlegge fornuftig bruk av begrensede midler Kort og lang sikt 2

3 Endring av egenskaper over tid 3

4 Asfalt Asfalt består av: Bindemiddel, ca 5 % Steinmaterialer, ca 95 % Tilsetningsstoffer Vedheft Div modifisering 4

5 Bitumen Historikk, raffinering, krav til bitumen, testmetoder, spesifikasjoner 5

6 BEGYNNELSEN, naturlig forekommende bitumen Trinidad Lake Asphalt (1595 ) BITUMEN = JORDBEK 6

7 Kjært barn, mange navn Opptil 5000 år gamle referanser til bruk av bitumen. Mange referanser i bibelen under ulike navn Jatu / Jatu-krit (Hindu) Gwitu-men (Latin) Pixtu-men (Latin) Fransk Engelsk Bitumen (jordbek) Ulike navn også i dag: Bitumen, Asphalt, Tar 7

8 Raffinering av råolje kom samtidig med bilindustriens fødsel, tidlig Naturlig forekommende bitumen Raffinert bitumen 8

9 Raffinering av råolje Bitumenproduksjon Fakta: 94 raffinerier i Europa (EU) 63 produserer bitumen Årlig produksjon EU: ca. 16 mill tonn Ca cruder/råoljer på verdensbasis Kun egnet til bitumen Underskudd på verdensbasis i fremtiden?? Restprodukt?? Bitumen er et fullverdig oljeprodukt 9

10 Ulike egenskaper noen egnet til bitumen de fleste ikke 10

11 Hvilke egenskaper er nødvendig i bitumen til asfalt? Riktig konsistens... Unngå plastisk deformasjon 11

12 Riktig konsistens... Unngå lavtemperatursprekker (og utmatting) 12

13 Limstoff Vedheftning Beholde egenskapene som et limstoff over tid. Motstå påvirkning fra vann og ev. kjemikalier 13

14 Bestandighet - Aldring Begrenset forandring av egenskaper over tid 14

15 Spesifikasjoner og testing av bitumen 15

16 Penetrasjon Utføres typisk ved 15 eller 25 C Pen.verdi uttrykkes i 1/10 mm 16

17 Mykningspunkt Typiske verdier: 50/70: C 70/100: C 160/220: C 250/330: C PmB65: >65 C Merk: Ved temperaturen for mykningspunktet Penetrasjonsverdi =

18 Dynamisk viskositet Utføres typisk ved 60 C (når viskositeten er høy og bitumenet tyktflytende) Uttrykkes i cpoise, mpa s, Pa s 18

19 Kinematisk viskositet Utføres typisk ved 135 C (når viskositeten er lav og bitumenet flyter av egen vekt) Uttrykkes i cstoke, mm 2 /s Dynamisk visk = Kinematisk visk * densitet 19

20 Fraass bruddpunkt Typiske verdier: 50/70: -13 C 70/100: -15 C 160/220: -20 C 250/330: -21 C Merk: Ved temperaturen for Fraass bruddpunkt: Penetrasjonsverdi = 1 20

21 Rolling Thin Film Oven Test RTFOT Korttidsaldring (simulerer aldring i varmproduksjon) Krav etter RTFOT-aldring: Vekttap Forandring i penetrasjon Mykningspunkt Økning i mykningspunkt 21

22 Hardhet / stivhet Bitumen Test Data Chart Pen - temperatur Fraass bruddpunkt Mykningspunkt Viskositet - temperatur 22

23 Bitumen Test Data Chart W S B 23

24 Norske krav til bitumen (EN 12591) Statens Vegvesen HB018, kap

25 Norske krav til 70/100 bitumen Fraass bruddpunkt < -10 Pen: MP: Dyn.visk > 90 Pas Kinematisk visk. > 230 mm2/s 25

26 Hva med nye bindemidler som PmB? Er systemet bra nok?? 26

27 (Polymer)modifisering av bitumen Mye mer enn bare SBS Termoplastiske elastomerer Termoplast To- eller flerkomponent herdende systemer Kjemisk modifisering

28 Australia Austria Benelux Brazil Canada Denmark France Germany Hungary Ireland Italy Japan Malaysia Norway Poland Portugal Russia Spain Sweden UK KT/A Polymermodifiserte bindemidler Raskt økende bruk i store deler av verden 2005: 549 kt Elastomeric PMB Total PMB PIARC

29 Polymermodifiserte bindemidler Hva kan oppnås vedr. deformasjon? Deformasjonsrate (mm/1000 sykler)

30 Polymermodifiserte bindemidler Hva kan oppnås vedr. slitasje?

31 Polymermodifiserte bindemidler Andre effekter + Bedre lavtemperaturegenskaper + Bedre aldringsegenskaper + Bedre utmattingsegenskaper + Bedre kjemikaliebestandighet (f.eks mot avisingskjemikalier) + Bedre vedheftning + Mindre bindemiddelavrenning + Gir en masse som er mindre følsom for feilslag - Kostnader - Kan kreve høyere produksjons- og utleggingstemperatur - Arbeidsmiljø?

32 Temperaturer....et stadig tilbakevendende tema Bitumen V-kvaliteter (MB) Lagringstemperatur Produksjons- Min Maks temperatur 50/ / / / / Lagringstemperatur Produksjons- Min Maks temperatur V V V V Basert på anbefalinger i Shell Bitumen Handbook 32

33 Bindemiddelstivhet Betydning av produksjonstemperatur Fersk bitumen Nylagt dekke Mot levetidens slutt Tid 33

34 Bindemiddelstivhet Konsekvensen av for høy produksjonstemperatur? Maksimum tillatt stivhet Fersk bitumen Nylagt asfalt 15 år Tid 34

35 Bindemiddelstivhet Konsekvensen av for høy produksjonstemperatur? Maksimum tillatt stivhet 30 C økning i produksjonstemperatur Fersk bitumen 2-3 år? Nylagt asfalt 15 år Tid 35

36 Valg av bindemiddel mht Klima Store variasjoner i klima Riktig valg av materialer i asfalt er viktig Temperatur Trafikk Trafikkhastighet Funksjonelle krav Kostnadsoptimalisering 36

37 Store klimavariasjoner i Norge Bestem maks og min lufttemperaturer

38 Hvordan ta hensyn til klimaforhold ved valg av bindemiddel? (Håndbok 018, Vedlegg 10) 38

39 Valg av bindemiddel gjøres etter følgende prosedyre (1): I) Bestemmelse av høyeste kritiske dekketemperatur, klimaklasse Den høyeste kritiske dekketemperaturen beregnes etter formelen: T max20 = (T luftmax - 0, , ) * 0,9545-0,8 hvor: T luftmax er gjennomsnittlig maksimal lufttemperatur i varmeste 7-døgns periode ( o C) er breddegrad i o T max20 er temperaturen i 20 mm dybde ( o C) 39

40 Maksimal penetrasjonsverdi med tanke på plastisk deformasjon Penetrasjonsverdi Klimaklasse, C Valg av bindemiddel gjøres etter følgende prosedyre (2): II) Bestemmelse av hardhetsgrad (penetrasjon) ut fra klimaklasse Forutsetninger: 2 felts veg, hastighet 50 km/t Omregning fra 4 felts veg til 2 felts veg: ÅDT 2 felt = ÅDT 4 felt / 1,25 (40% i dim. felt) Omregning fra 6 felts veg til 2 felts veg: ÅDT 2 felt = ÅDT 6 felt / 1,67 (30% i dim. felt) Ved høyere hastigheter ( km/t) velg en lavere klimaklasse Ved lavere hastigheter (svært langsomtgående / stillestående trafikk) velg en høyere klimaklasse ÅDT 2 felt Årsdøgntrafikk, ÅDT 40

41 Valg av bindemiddel gjøres etter følgende prosedyre (3): III)Kontroll av lavtemperaturegenskaper Neste skritt er å vurdere om den valgte bindemiddelgrad tilfredsstiller lavtemperaturkriteriet. Først bestemmes den laveste kritiske dekketemperatur, T min, etter formelen: T min = 0,859 * T luftmin + 1,7 Da lavtemperaturegenskapene i spesifikasjonene er basert på Fraass bruddpunkt, omregnes den kritiske dekketemperaturen til en Fraass-verdi etter følgende formel: Fraass = 0,7 * T min + 6,8 41

42 Eksempel; Valg av bindemiddel Trondheim T luft, sommer = 26 C T luft, vinter = - 26 C 63,5 2-felts veg ÅDT = 8000 Dim. hastighet 30 km/t T max20 = (T luftmax - 0, , ) * 0,9545-0,8 = 46,3 C 42

43 Maksimal penetrasjonsverdi med tanke på plastisk deformasjon Penetrasjonsverdi Klimaklasse, C 40 2-felts veg ÅDT = 8000 Dim. hastighet 30 km/t T max20 = 46,3 C Forutsetninger: 2 felts veg, hastighet 50 km/t Omregning fra 4 felts veg til 2 felts veg: ÅDT 2 felt = ÅDT 4 felt / 1,25 (40% i dim. felt) Omregning fra 6 felts veg til 2 felts veg: ÅDT 2 felt = ÅDT 6 felt / 1,67 (30% i dim. felt) Ved høyere hastigheter ( km/t) velg en lavere klimaklasse Ved lavere hastigheter (svært langsomtgående / stillestående trafikk) velg en høyere klimaklasse ÅDT 2 felt Årsdøgntrafikk, ÅDT 43

44 Kontroll av lavtemperatur T min = 0,859 * T luftmin + 1,7 = 0,859* (-26) + 1,7 = -20,6 C Fraass verdi = 0,7 * (-20,6) +6,8 = -7,6 C 44

45 45

46 Temperaturer....et stadig tilbakevendende tema Statens Vegvesen HB018, kap

47 Testing av bindemidler mht lavtemperatur egenskaper Når er egenskaper mht lavtemperaturoppsprekking kritisk? Når asfaltdekket når en kritisk stivhet! Vi bør teste når bindemiddelet har denne konsistens! Aldring gjennomføres før testing av lavtemperaturegenskaper! -Korttidsaldring - Rolling Thin Film Oven Test, RTFOT (aldring under produksjon av dekket) -Langtidsaldring Pressure Ageing Vessel, PAV (simulerer aldring som skjer i felt over 7-10 år) 47

48 48

49 Testing av bindemidler mht lavtemperatur egenskaper (2) Aktuelle tester: Bending Beam Rheomter (BBR) (testes på PAV- aldret bindemiddel) Direct Tension Test (DTT) (testes på PAV-aldret bindemiddel) Fraas bruddpunkt (testes på korttidsaldret bindemiddel) 49

50 BBR 50

51 BBR F Fra dette forsøket måles to parametere: stivheten S bindemidlets spenningsrelakserende evne, m. Nedbøyn ing d Disse parametrene skal oppfylle krav i spesifikasjonene, målt ved laveste forventede dekketemperatur. Tid (sek) 51

52 DTT 52

53 DTT (2) Spesielt utviklet for PMB En bindemiddelprøve trekkes til brudd ved en konstant hastighet Bruddtøyningen gir et uttrykk for bindemiddelets evne til å motstå lavtemperatursprekker. I Superpave-spesifikasjonene kreves det en minimumsverdi for bruddtøyning ved laveste forventede dekketemp. 53

54 Fraass bruddpunkt Ved metoden bestemmes Fraass bruddpunkt til bindemidlet som et mål for dets sprøhet ved lave temperaturer. Fraass bruddpunkt er den temperatur der et bindemiddelsjikt på en metallplate vil briste eller få riss når det bøyes ved spesifiserte forsøksbetingelser. Ved synkende temperatur blir bituminøse bindemidler sprøere. Bruddpunktet gir opplysninger om nedre brukstemperaturområde for bituminøse bindemidler. Ref: Metode Bruddpunkt etter Fraass, Håndbok 014, SVV. 54

55 Teknakurs Vegteknologi Asfalt Trondheim april 2011 Valg av dekketype 55

56 Agenda Vegdekkets funksjon Krav i 018 Typer egenskaper Laboratorietesting 56

57 Vegdekket - funksjoner Beskytte konstruksjonen Gi komfortabel kjøring Godt veggrep Framkommelighet Trafikksikkerhet 57

58 Håndbok Vegbygging 58

59 Krav i Håndbok 018 Generell presentasjon 59

60 Krav i Håndbok

61 Funksjonsrelaterte krav 61

62 Kvalitetskrav 62

63 Dekketyper 63

64 Dekketyper - bruksområder 64

65 Dekketyper - bruksområder 65

66 Krav til Agb 66

67 Laboratoriemetoder Varmblandet asfalt, NS-EN Ekstraksjon Gjenvinning av bindemiddel Bestemmelse av densitet Komprimerbarhet Best. av dynamisk vedheft (rulleflaskemetoden) Best. av vannfølsomhet Best. av separasjonsfølsomhet Piggdekkslitasje, Prall Massetap fra prøvelegemer av Da (Cantabro) 67

68 Laboratoriemetoder Varmblandet asfalt, NS-EN Bindemiddelavrenning Permeabilitet av prøvelegemer Stempelinntrykk Spordannelse ved deformasjon, Wheel Track Test Bestemmelse av indirekte strekkfasthet Motstand mot utmatning Syklisk trykkprøving Stivhet Prøvetaking 68

69 Laboratoriemetoder Varmblandet asfalt, NS-EN Tillaging av prøver Komprimering Marshall 69

70 Laboratoriemetoder Ferdig dekke, NS-EN Gjenvinning av bindemiddel Bestemmelse av densitet Bestemmelse av hulrominnhold, komp. grad Dreneringsegenskaper i felt Bestandighet mot avisingsvæsker 70

71 Ferdig dekke, Hb 018 funksjonsrelaterte krav Motstand mot permanent deformasjon Motstand mot piggdekkslitasje Jevnhet, målt ved rettholt og uttrykt ved IRI Spordybde, jevnhet på tvers Tverrfall Friksjon Tekstur Lystekniske egenskaper Støyegenskaper Heft til underlaget 71

72 Ferdig dekk - bindemiddelkrav 72

73 Ferdig dekke krav til kornfordeling 73

74 Produksjon og utlegging - temperaturkrav 74

75 Ferdig dekke krav til hulrom 75

76 Teknakurs Vegteknologi Asfalt Trondheim april 2011 Vedlikehold av asfaltdekker 76

77 Problemstilling Ivareta vegholderansvaret holde vegnettet tilgjengelig innfri forventet standard ansvar for vedlikehold av vegkapitalen Trangere budsjett Trafikkøkning Økte belastninger oppskriving av aksellast økte ringtrykk 77

78 Tilstandsutvikling 78

79 Tidspunkt for vedlikeholdstiltak Vedlikehold bør skje på optimalt tidspunkt Heller ett år for tidlig enn ett år for sent. Hva utløser tiltak? Skaderegistrering skadene utløser tiltak. Fagkunnskap og erfaringer gir utløsende tidspunkt. Langtidsplanlegging og levetidsbetraktninger. Tilgjengelige bevilgninger. 79

80 Prosedyrer ved vedlikeholdstiltak Tilstandsregistrering. Registrering av skadetyper. Spesielle kjennetegn. Hva er årsaken til skaden? Hvor i vegkroppen oppstår problemene? Forslag til utbedringstiltak. Er ordinær reasfaltering lønnsomt eller bør spesielle metoder velges? Aktuelle hjelpemidler: -Registreringsverktøy -Skadekatalog for bituminøse vegdekker, håndbok 193 -Vedlikeholdsstandard for riksveger, håndbok 111 -Vegdatabanken -Planleggingsverktøy, f. eks. PMS. -Div. håndbøker -Erfaring. 80

81 Prinsipper for vedlikehold 1. Bygningsmessig vedlikehold (strukturelt vedlikehold). Hovedsaklig vedlikehold på grunn av skader som skyldes nedbrytning av vegkroppen. F. eks. teleskader, skader som skyldes bæreevnesvikt. Dekket kan ha blitt så gammelt at det har mistet sine ønskede egenskaper. 2. Trafikkrettet vedlikehold. Vegkroppen har tilstrekkelig styrke eller bæreevne, men de funksjonelle kravene i vedlikeholdsstandarden (håndbok 111) er ikke oppfylt. Typiske skader er spor på grunn av piggdekkslitasje eller ujevnheter på grunn av skader i dekket eller bevegelser i veggrunnen. 81

82 Skadetyper Bygningsmessige skader Krakelering Spor som skyldes bæreevnesvikt Sprekker Setninger Forvitring, etc Trafikkrettet funksjonssvikt For dype spor For dårlig jevnhet For dårlig friksjon Feil tverrfall Dårlige lystekniske egenskaper 82

83 Skadetyper og konsekvenser (HB 246) 83

84 Skader og utbedringsmetoder Slaghull: 84

85 Skader og utbedringsmetoder Flatelapping: Benyttes der mange hull innenfor et begrenset område vil gjøre lapping av hvert enkelt hull tidkrevende. 85

86 Skader og utbedringsmetoder Krakelering og deformasjoner: lokal forsterkning, oppretting og reasfaltering. utbedring av drenssystemet, evt. oppretting og reasfaltering. forsterke/ skifte ut eks. bærelag, nytt eller resirkulert dekke. flatelapping. 86

87 Skader og utbedringsmetoder Sprekker: forsegling med Pmb. armering i forbindelse med dekkelegging breddeutvidelse (ved kantsprekker) for å forbedre innspenning. endring av kantmerking dreneringstiltak 87

88 Skader og utbedringsmetoder Blødninger: avstrøing med knuste steinmaterialer. Forvitring: forsegling. Steinslipp (spesielt ved overflatebehandlinger): Source: Shell 88

89 Skader og utbedringsmetoder Spor: Oppretting med finkornet asfaltmasse Sporfylling med forvarming: Eksisterende vegdekke varmes opp. Grovkornet masse legges med tilnærmet null tykkelse over ryggene. Trackpaving (sporoppretting): Kun sporene forvarmes og fylles. Remix Kombinasjon av forvarming, fresing og tilførsel av ny masse. Planfresing legging av nytt dekke 89

90 Forebygging av skader Gjør tiltak til riktig tid. Gjør de riktige tiltak. (behandling etter årsak ikke symptom) God planlegging. Velg materialer etter de lokale forhold (klima, trafikk, etc.). Nøyaktighet i produksjon. 90