NOTAT SINTEF Teknologi og samfunn Veg- og jernbaneteknikk Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: Høgskoleringen 7 Telefon: 73 59 46 10 Telefaks: 73 59 46 56 GJELDER Miljøvennlige vegdekker - de viktigste egenskaper til et miljødekke og en vurdering av hvilke parametre som påvirker disse egenskapene GÅR TIL Jostein Aksnes BEHANDLING UTTALELSE ORIENTERING ETTER AVTALE X Foretaksregisteret: NO 948 007 029 MVA ARKIVKODE ELEKTRONISK ARKIVKODE GRADERING Åpen I:\Pro\503523 Miljøvennlige vegdekker\notater\egenskaper- miljødekker1.doc PROSJEKTNR. DATO SAKSBEARBEIDER/FORFATTER ANTALL SIDER 503523 2005-03-17 Bjørn Ove Lerfald 9 1 Bakgrunn Statens vegvesen, Vegdirektoratet (VOTT) har startet et prosjekt med tittelen Miljøvennlige vegdekker. I dette prosjektet er det satt følgende effektmål: Færre støyplagede langs norske veger og gater Bedre luftkvalitet i tettbygde strøk SINTEF Veg- og jernbaneteknikk har avtalt med prosjektleder å utføre følgende aktivitet; Notat som omtaler de viktigste egenskaper et miljødekke skal ha og en vurdering av hvilke parametre som påvirker disse egenskapene. 2 Miljødekker Begrepet miljødekker omfatter flere miljømessige egenskaper som vist i figur 1. Miljøvennlig vegdekke Sikkerhet Støydemping Mindre svevestøv Figur 1 Miljøegenskaper knyttet til et miljødekke. Dette notatet inneholder prosjektinformasjon og foreløpige resultater som underlag for endelig prosjektrapport. SINTEF hefter ikke for innholdet, og tar forbehold mot gjengivelse.
2 Ulike faktorer vil påvirke de ulike egenskaper til asfaltdekket. Faktorer som virker positivt på én egenskap kan ha en negativ innvirkning på andre egenskaper. I det etterfølgende er det forsøkt vist ulike faktorer som har betydning for egenskapene i figur 1. 3 Faktorer som har betydning for sikkerheten til et asfaltdekke I figur 2 er det skissert de viktigste faktorer som påvirker sikkerheten til et asfaltdekke. Med sikkerhet tenkes i hovedsak på dekkets friksjonsegenskaper og dekkets lysreflekterende evne. For disse egenskapene er det materialene og dekkets overflate som har størst betydning. Sikkerhet Materialer Overflate Bindemidler Tilslag Tilsetnings- Jevnhet Spor midler Bitumen Lyshet Vedheftnings-midler Produksjon Trafikk PmB Overflate-struktur Fremmed-filler Vedlikehold Bæreevne/ Deformasjons-egenskaper Andel knust Spesial -tilsetninger Dekketype Klima Kornfordeling Beliggenhet Drenering Figur 2 Faktorer som påvirker sikkerheten til et asfaltdekke. I det etterfølgende er hver enkelt faktor kommentert kort. MATERIALER: Materialene i et asfaltdekke består av bindemidler, tilslaget (steinmaterialer) og eventuelle tilsetningsstoffer. Bindemidler: Bindemidlene har en særdeles viktig funksjon i asfaltdekket, da de skal holde tilslaget sammen under ytre påvirkning fra trafikk og klima. Bindemidlet, og dets samvirke med steinmaterialet, vil ha stor betydning for asfaltdekkets levetid Bitumen: Med bitumen tenkes på vanlig penetrasjonsbitumen som ikke er modifisert. Disse bindemidlene er mest brukt ved produksjon av vegdekker i Norge. PmB (Polymermodifisert bitumen): Polymermodifiserte bindemidler benyttes når dekket skal tilfredsstille spesielle krav. Det kan blant annet være spesielle klimatiske forhold eller trafikkbelastninger.
3 Tilslag (steinmaterialer): Hoveddelen av asfaltdekket består av steinmaterial (ca 95 %) og egenskapene til steinmaterialet vil dermed ha stor betydning for dekkets egenskaper. Lyshet: For asfaltdekkets evne til å reflektere lys vil lysheten til steinmaterialet ha stor betydning. Overflatestruktur: Både for friksjonsegenskapene og dekkets evne til å reflektere lys vil overflatestrukturen til steinmaterialet ha betydning. Når det gjelder overflatestrukturen kan vi videre dele inn i makro- og mikrostruktur. Andel knust: Knust steinmaterialer vil ha en mer kantet overflate enn grusmaterialer. Tilsetningsmidler: Tilsetningsmidler tilsettes for å oppnå forbedrede egenskaper til asfaltdekket. Vedheftningsmidler: Tilsettes for å forbedre vedheftsegenskapene mellom steinmaterialet og bindemidlet. Forbedrede vedheftningsegenskaper vil føre til redusert steinslipp fra dekket. Fremmedfiller: Tilsettes ofte bare for at kornfordelingskurven skal bli riktig. Men ulike fillertyper kan påvirke dekket på forskjellig måte mht vedheft, aldring, nødvendig bindemiddelmengde i dekket osv. Spesialtilsetninger: Eksempel på spesialtilsetninger kan være fiber som tilsettes for å hindre avrenning av bindemiddel i Ska-masser. Andre tilsetninger kan være polymerer som tilsettes bindemiddelet og gummigranulat som tilsettes under produksjon av asfaltmassen. Tilsetting av naturasfalt (f eks Gilsonite) er mye brukt i andre land, bl a Finland. Naturasfalt er naturlig forekommende bitumen som avhengig av forekomsten kan inneholde finfordelt finstoff. Typisk for naturasfaltene er at de er meget harde og brukes vesentlig som en viskositetsøkende tilsetning for dermed å få mer stabilitet i asfaltmassen. OVERFLATE: Vegdekkets overflate vil ha stor betydning for sikkerheten og de øvrige funksjonsegenskapene til dekket. Jevnhet: Jevnheten vil i stor grad påvirke sikkerheten til dekket. Jevnheten vil kunne påvirkes både av egenskapene til selve dekket, men også av massene som ligger i øvrige lag i overbygningen og av materialene i undergrunnen. Variasjon i de underliggende lags egenskaper vil også påvirke jevnheten. Produksjon: Kvaliteten på sluttproduktet (dvs det ferdige asfaltdekket) er i stor grad avhengig av produksjonen. Faktorer som er avgjørende er homogenitet i massen, riktig temperatur ved produksjon, utlegging og kompaktering, nøyaktighet ved skjøter osv. Vedlikehold: Riktig vedlikehold bidrar til at kvaliteten på dekkeoverflaten opprettholdes. Det er viktig at dreneringen fungerer. Vedlikeholdsutstyr kan også skade overflaten på dekket, spesielt kan skader oppstå under vintervedlikehold ved brøyting og skraping. Dekketype: Dekketyper med liten maksimal steinstørrelse gir en jevnere overflate enn dekker med større steinstørrelser. Beliggenhet: Dekkeoverflater i partier med mye nedbremsing og akselerasjon er utsatt for valkedannelser, f. eks kryssområder. Lokalklimatiske forhold (f eks solfylte kontra skyggefulle partier) kan ha stor betydning for jevnhetsutviklingen til kaldasfaltdekker.
4 Drenering: En annen viktig faktor er dreneringen og dennes funksjon. Dårlig drenering vil kunne føre til vannansamlinger som igjen resulterer i redusert bæreevne og ujevne telehiv. Riktig tverrfall og jevnhet er viktig for å sikre god avrenning av overflatevann og dermed redusere faren for vannplaning. Spor: Spordannelse skyldes flere forhold som, trafikkbelastning, materialegenskapene til over- og underbygning, samt klimatiske forhold. Trafikk: Trafikkmengden, andel trafikk med piggdekk og andel tungtrafikk er spesielt avgjørende. Bæreevne/deformasjonsegenskaper: Bæreevnen til de øvrige lag i overbygningen samt underbygningen vil ha stor betydning mht deformasjoner. Dreneringens funksjon vil også være viktig i denne sammenheng. Derformasjonsegenskapene til selve asfalten vil ha stor betydning hvis det legges tykke dekker, tilsvarende mindre betydning dersom det legges tynne dekker. Viktige parametere i tykke asfaltdekker vil være bindemiddelstivhet, bindemiddelmengde, mørtelegenskaper, korngradering og andel knust materiale. Klima: Områder med store forskjeller mellom varmt og kaldt klima vil kunne være utsatt for spordannelser. Dette fordi bindemidler må velges både mht til lave temperaturer (ønsker å unngå at dekkene sprekker) og mht til høye temperaturer (ønsker at dekket skal være stabilt). For å ivareta begge forhold må det ofte velges modifiserte bindemidler. Det kan imidlertid stilles spørsmål ved i hvor stor grad dette blir gjort. 4 Faktorer som har betydning for de støydempende egenskapene til et asfaltdekke I figur 3 er skissert de viktigste faktorer som påvirker de støydempende egenskaper til et asfaltdekke. I det følgende er det gitt korte vurderinger for disse parameterne: DEKKETYPE: Dekketypen har vist seg å ha stor betydning mht støydempende egenskaper. Åpne dekker: Åpne drenerende dekker har vist seg å ha gode støydempende egenskaper så lenge de fungerer som tiltenkt. Med de klimatiske forhold vi har i Norge, med mye bruk av piggdekk og strøing, har det vist seg at de åpne dekkene raskt mister sin funksjon, både mht til drenering og støydemping. Tynndekker: Tette tynndekker ser ut til å være mest aktuelle å bruke under norske forhold for å oppnå støyreduserende effekt. Det er bestemt at denne typen dekker skal prioriteres i denne fasen av prosjektet. Bindemidler: For tynndekker (med liten maksimal steinstørrelse) vil trolig bindemidlet i kombinasjon med filleren ha stor betydning. Bitumen: Tradisjonelt er det benyttet ren bitumen av ulik hardhetsgrad ved produksjon av varmasfalt. PmB: For å oppnå bedre holdbarhet for tynndekker i områder med stor trafikk vil det trolig være nødvendig å foreta en modifisering av bindemidlet.
5 Tilslag: Tynndekker produseres med mindre maksimal steinstørrelse enn tradisjonelle asfaltdekker. Makrotekstur/mikrotekstur: Hvordan virker disse på støydempende egenskaper? Tilsetningsmidler: For at tynndekker skal ha ønsket bestandighet vil tilsetningsmidler ha stor betydning. Vedheftingsmidler: Må tilsettes når aktuell kombinasjon av steinmaterialer og bitumen krever det. Spesialtilsetninger: Her inngår blant annet fiber, plast/gummi, antioksidanter etc. Spesialtilsetninger kan være spesielt aktuelt å se nærmere på ved utvikling av miljødekker. Fremmedfiller: Fremmedfillerens egenskaper vil trolig også ha stor betydning for bestandigheten til et tynndekke. Spesialdekker: Det har vært en utvikling av ulike spesialdekker i den senere tid. Denne utviklingen vil trolig fortsette i og med at det stadig fokuseres på ulike funksjonsegenskaper som asfaltdekkene skal oppfylle. Poroelastiske: Spesielle elastiske dekker har vært utprøvd i Norge uten at de ble vellykket. Utprøvd under et prosjekt om støysvake dekker på 90-tallet. En mindre tilsetning av poroelastisk materiale kan være aktuelt? Lettklinker:?? (begrensning i bruk så lenge piggdekk og kjettinger benyttes???) Patenterte: Flere asfaltentreprenører har utviklet spesialdekker som oppfyller spesielle funksjoner. TRAFIKK: Mengde, fart og sammensetning av trafikken vil ha avgjørende betydning for støynivået. Mengde: Høy trafikk mye støy. Dekktype: Brede dekk avgir mer støy. Mønster og gummiblanding har betydning for støyegenskapene. Lavprofildekk er mer støyende (?). Andel tunge: Tungtrafikk gir mer støy enn personbiler. Andel med piggdekk: Biler med piggdekk gir mer støy enn biler med piggfrie dekk. Hastighet: Høy hastighet mer støy. KLIMA: Klimaet vil ha betydning for støynivået. Klimaet vil også ha stor betydning for hvilket bindemiddel som benyttes. Nedbør: Tørr overflate: Mindre støy enn våt overflate. Våt overflate: Mer støy enn tørr overflate.
6 Snødekke: Mindre støy enn bar veg. Temperatur: Lavere temperatur gir mer støy. PRODUKSJON/VEDLIKEHOLD: Det er som nevnt viktig at produksjonen skjer optimalt for å oppnå et homogent og bestandig dekke. Riktig vedlikehold er også viktig for at dekket skal ha de riktige funksjonsegenskaper over tid. Salting: Gir våt og bar vegbane, begge forhold bidrar til mer støy (sammenlignet med tørr vegbane eller snødekke). Brøyting: Brøyting, uten salting, gir snødekke som gir mindre støy enn bar veg. Feiing:?? Produksjon og utlegging: For at resultatet skal bli best mulig er det viktig at produksjonsprosessen i verk, under transport, utlegging og kompaktering er optimalisert. Her er produksjonsmetoder og valg av utstyr viktig. 5 Faktorer som har betydning for reduksjon av svevestøv I figur 4 er skissert de viktigste faktorer som påvirker mengden svevestøv (fra slitasje av asfaltdekker). I det følgende er det gitt korte vurderinger for disse parameterne: TRAFIKK: Vegutforming: Både horisontal- og vertikalkurvatur har betydning for slitasjen av asfaltdekker. Kurvatur: Større slitasje i kurver enn på rettstrekninger. Slitasjen er omvendt proporsjonal med kurveradien. Stigning: Bremsing og akselerasjon kan ha betydning for slitasjen. Kryss: Oppbremsing og akselerasjon gir større slitasje. Mengde: Slitasjen er proporsjonal med ÅDT. Andel tunge: Tungtrafikken gir større slitasje enn personbiltrafikken. Bruk av kjettinger: Bruk av kjettinger skjer i et begrenset omfang, men slitasjen vil være stor når de benyttes. Andel piggdekk: Piggdekk sliter mer på asfaltdekket enn piggfrie. Type pigg: Lett (miljøpigg): Gir lette pigger mindre støvpartikler slik at disse produserer mer svevestøv?
7 Tunge : Tunge pigger sliter mer på asfaltdekket, men produserer de mer svevestøv enn miljøpigger? Hastighet: Høyere hastighet gir større slitasje. VEDLIKEHOLD: Rengjøring: Fjerner partikler som kan gi svevestøv. Virvler også opp en del partikler under rengjøringen? Salting: Binder støv, men gir samtidig en våt overflate som igjen gir større slitasje av asfaltdekket. KLIMA: Både temperaturforholdene og nedbørsmengden vil ha betydning for slitasjen. Nedbør: Tørr overflate: En tørr overflate slites mindre enn en våt overflate. Våt overflate: En våt overflate slites betydelig mer enn en tørr overflate. Snødekke: Snødekke hindrer slitasje av asfaltdekket. Temperatur: Større slitasje ved lave temperaturer. DEKKETYPE: Dekketypen vil ha stor betydning for slitasjeegenskapene. De har i de senere år vært utviklet asfaltdekker med større slitasjemotstand. Dette er dekketyper med stor maksimal steinstørrelse og ofte med steinmaterialer med høy slitestyrke. Har disse dekketypene ført til mindre støvpartikler og dermed mer svevestøv? I dekker med mindre stein blir trolig slitestyrken til mørtelen viktig for dekkets totale slitestyrke. Ved å gå ned i steinstørrelse vil det sannsynligvis produseres mer støv, men kanskje mindre svevestøv? Tilslag: Største maksimal steinstørrelse og steinmaterialets mekaniske egenskaper er av stor betydning for asfaltdekkets slitestyrke. Bindemidler: Bitumen: Bitumen med ulike hardheter er det bindemiddelet som tradisjonelt har blitt benyttet mest ved produksjon av varme asfaltdekker. Polymermodifisert bitumen (PmB): Bruk av PmB kan gi bedre slitasjeegenskaper for asfaltdekket? Tilsetningsmidler: Tilsetningsmidler kan forbedre vedheften mellom steinmaterialet og bindemiddelet og dermed også asfaltdekkets slitasjeegenskaper (bestandighet). Kan andre tilsetningsmidler bidra til å forbedre egenskapene til et miljødekke?
Støydempin g Dekketype Trafikk Klima Produksjon/ vedlikehold Åpne dekker Tynn-dekker Spesial-dekker Mengde Dekktype Andel tunge Andel med Hastighet Nedbør Temperatur Salting piggdekk Bindemidler Poro-elastiske Tørr overflate Brøyting Bitumen Lett-klinker Våt overflate Feiing PmB Patenterte Snødekke Produksjon og utlegging Tilslag Makro-tekstur Mikro-tekstur Tilsetningsmidle r Vedheft-midler Spesialtilsetninger Fremmed-filler Figur 3 De viktigste faktorer som påvirker de støydempende egenskaper til et asfaltdekke. Dette notatet inneholder prosjektinformasjon og foreløpige resultater som underlag for endelig prosjektrapport. SINTEF hefter ikke for innholdet, og tar forbehold mot gjengivelse.
Mindre svevestøv Trafikk Vedlikehold Klima Dekketype Veg-utforming Mengde Andel tunge Andel piggdekk Hastighet Rengjøring Salting Nedbør Temperatur Tilslag Bindemidler Tilsetningsmidler Kurvatur Bruk av kjettinger Type pigg Tørr overflate Bitumen Stigning Lett Våt overflate PmB (miljøpigg) Kryss Tung Snødekke Figur 4 De viktigste faktorer som påvirker produksjon av svevestøv fra et asfaltdekke. Dette notatet inneholder prosjektinformasjon og foreløpige resultater som underlag for endelig prosjektrapport. SINTEF hefter ikke for innholdet, og tar forbehold mot gjengivelse.