Teknakurs Vegteknologi - Asfalt Bjørn Ove Lerfald Leder av kompetansesenter, Veidekke Industri
Agenda Innledning Dekketyper Bindemiddel Egenskaper Spesifikasjoner Testmetoder Tilsetningsstoffer Valg av bindemiddel mht klima
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 3
Asfalt i et historisk perspektiv Asfalt blanding av steinmaterialer og et bindemiddel Bitumen ble brukt så tidlig som ca 3800 f. Kr. til tetting av båter. 1868 ble bitumen framstilt av råolje brukt til veiformål (Santa Cruz i USA) De første asfaltdekkene kom til Norge før 1. verdenskrig (gulv i meierier og bryggerier ) De første asfaltblandeverkene kom til Norge like etter 1930. De første utleggermaskinene kom til Norge i 1950.
Asfalt Asfalt består av: Bindemiddel, ca 5 % Steinmaterialer, ca 95 % Tilsetningsstoffer Vedheft Div modifisering 5
Endring av egenskaper over tid 6
Valg av dekketype Vegdekkets funksjon Håndbok 018 Typer egenskaper Laboratorietesting 7
Vegdekket - funksjoner Beskytte konstruksjonen Gi komfortabel kjøring Godt veggrep Framkommelighet Trafikksikkerhet 8
Håndbok 018 - Vegbygging 9
Dekketyper 10
Kriterier for valg av dekketype Piggdekkslitasje ÅDT > 3000 Statiske lastpåkjenninger Parkeringsplasser for tungtrafikk Stillestående trafikk (busslommer, kryss, etc) Mykt fundament -> viktig med elastiske egenskaper Vegrafikkstøy Tynndekker, drensasfalt, asfaltbetong og skjelettasfalt (med liten Dmax) Klimapåkjenning Fortau, g/s-veger, lavtrafikkerte veger, etc Andre forhold: Lyshet på dekket Vannpåkjenning Gjennvinning
Dekketyper - bruksområder 12
Dekketyper - bruksområder 13
Miljødekker Vanlig tett dekke Mer overflatevann Porøse dekker Mindre overflatevann Lite sprut Bedre friksjon
Spesielle dekketyper
Overflatebehandling Kostnadseffektivt vedlikeholds alternativ for lavtrafikkerte veier 16
Lavtemperaturasfalt 17
Historisk utvikling 18
Utviklingsarbeide utført av Shell og KV 19
Reduksjon i avdamping 20
LTA - Teknikker Tilsetting av kjemikalie Skumprosesser: WAM-foam (utviklet av Shell og Veidekke) Green Asphalt (NCC Roads) LMK Foam (Lemminkäinen) Modifisering med voks (organiske tilsetningsstoffer) 21
Bitumen Naturlig forekommende benyttet tidlig som byggemateriale. Rafinering 23
Hvilke egenskaper er nødvendig i bitumen til asfalt? Riktig konsistens... Unngå plastisk deformasjon 24
Riktig konsistens... Unngå lavtemperatursprekker (og utmatting) 25
Limstoff Vedheftning Beholde egenskapene som et limstoff over tid. Motstå påvirkning fra vann og ev. kjemikalier 26
Bestandighet - Aldring Begrenset forandring av egenskaper over tid 27
Spesifikasjoner og testing av bitumen 28
Norske krav til bitumen (EN 12591) Statens Vegvesen HB018, kap 622.1 29
Hva med nye bindemidler som PmB? Er systemet bra nok?? 30
Polymermodifiserte bindemidler
Polymermodifiserte bindemidler Hva kan oppnås vedr. deformasjon?
Polymermodifiserte bindemidler Hva kan oppnås vedr. slitasje?
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?
Tilsetningsstoffer Vedheftsmidler Fiber Fillertyper Voks Andre
Vedheftsmidler - Aminer
Filler Variasjon i sammensetning fremmedfiller egenfiller under produksjon kan gi skader i dekket som: Magert dekke Blødninger
Fiber Benyttes for å hindre avrenning av bitumen i stein- og bindemiddelrike asfaltblandinger Ska Da
Voks Modifisering med voks (organiske tilsetningsstoffer) Høyere viskositet enn bitumen over smeltepunktet letter blanding Lavere viskositet enn bitumen under smeltepunktet gir bedre deformasjonsmotstand (?) Blandes med bindemiddelet 39
Temperaturer....et stadig tilbakevendende tema Bitumen V-kvaliteter (MB) Lagringstemperatur Produksjons- Min Maks temperatur 50/70 135 175 155 70/100 130 170 150 100/150 125 165 145 160/220 120 160 140 330/430 110 150 130 Lagringstemperatur Produksjons- Min Maks temperatur V1500 80 130 105 V3000 85 135 110 V6000 90 140 115 V12000 95 145 120 Basert på anbefalinger i Shell Bitumen Handbook 40
Bindemiddelstivhet Betydning av produksjons- temperatur Fersk bitumen Nylagt dekke Tid Mot levetidens slutt 41
Bindemiddelstivhet Konsekvensen av for høy produksjonstemperatur? Maksimum tillatt stivhet Fersk bitumen Nylagt asfalt 15 år Tid 42
Bindemiddelstivhet Konsekvensen av for høy produksjonstemperatur? Maksimum tillatt stivhet 30 C økning i produksjonstemperatur Fersk bitumen 2-3 år? Nylagt asfalt 15 år Tid 43
Valg av bindemiddel mht Klima Store variasjoner i klima Riktig valg av materialer i asfalt er viktig Temperatur Trafikk Trafikkhastighet Funksjonelle krav Kostnadsoptimalisering 44
Store klimavariasjoner i Norge Bestem maks og min lufttemperaturer
Valg av bindemiddel mht klima gjøres etter følgende prosedyre (1) (Håndbok 018, Vedlegg 10) I) Bestemmelse av høyeste kritiske dekketemperatur, klimaklasse Den høyeste kritiske dekketemperaturen beregnes etter formelen: T max20 = (T luftmax - 0,0055 2 + 0,15 + 36) * 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) 46
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 40 46 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 5000 10000 15000 20000 52 58 800 700 600 500 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 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 (90-100 km/t) velg en lavere klimaklasse Ved lavere hastigheter (svært langsomtgående / stillestående trafikk) velg en høyere klimaklasse 400 300 200 100 0 ÅDT 2 felt 47 Årsdøgntrafikk, ÅDT
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 48
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 - 0,0055 2 + 0,15 + 36) * 0,9545-0,8 = 46,3 C 49
Maksimal penetrasjonsverdi med tanke på plastisk deformasjon Penetrasjonsverdi Klimaklasse, C 40 46 2-felts veg ÅDT = 8000 Dim. hastighet 30 km/t T max20 = 46,3 C 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 0 5000 10000 15000 20000 52 58 800 700 600 500 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 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 (90-100 km/t) velg en lavere klimaklasse Ved lavere hastigheter (svært langsomtgående / stillestående trafikk) velg en høyere klimaklasse 400 300 200 100 0 ÅDT 2 felt Årsdøgntrafikk, ÅDT 50
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 51
52
Diskusjonsoppgaver Hvilke kriterier er viktig å ta hensyn til valg av dekke i: 1. I områder med tett bebyggelse 2. I områder med spredt bebyggelse Hvorfor tilsettes amin til asfalt og hvordan virker det? Hva kan være årsaken til at det oppstår blødninger i et asfaltdekke?