Teknakurs Vegteknologi Asfalt

Teknakurs Vegteknologi Asfalt Trondheim 12. - 13. april 2011 Bjørn Ove Lerfald Veidekke Industri AS www.veidekke.no www.terjes-tanker.no 1

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

Endring av egenskaper over tid 3

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

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

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

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

Raffinering av råolje kom samtidig med bilindustriens fødsel, tidlig 1900. Naturlig forekommende bitumen Raffinert bitumen 8

Raffinering av råolje Bitumenproduksjon Fakta: 94 raffinerier i Europa (EU) 63 produserer bitumen Årlig produksjon EU: ca. 16 mill tonn Ca. 1500 cruder/råoljer på verdensbasis Kun 100-150 egnet til bitumen Underskudd på verdensbasis i fremtiden?? Restprodukt?? Bitumen er et fullverdig oljeprodukt 9

Ulike egenskaper noen egnet til bitumen de fleste ikke 10

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

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

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

Bestandighet - Aldring Begrenset forandring av egenskaper over tid 14

Spesifikasjoner og testing av bitumen 15

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

Mykningspunkt Typiske verdier: 50/70: 46-54 C 70/100: 43-51 C 160/220: 35-43 C 250/330: 30-38 C PmB65: >65 C Merk: Ved temperaturen for mykningspunktet Penetrasjonsverdi = 800 17

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

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

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

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

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

Bitumen Test Data Chart W S B 23

Norske krav til bitumen (EN 12591) Statens Vegvesen HB018, kap 622.1 24

Norske krav til 70/100 bitumen Fraass bruddpunkt < -10 Pen: 70-100 MP: 43-51 Dyn.visk > 90 Pas Kinematisk visk. > 230 mm2/s 25

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

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

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 300 250 200 150 100 50 0 PIARC 1997-98

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

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?

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 32

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

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

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

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

Store klimavariasjoner i Norge Bestem maks og min lufttemperaturer

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

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 - 0,0055 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) 39

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 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 46 52 58 800 0 5000 10000 15000 20000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 Forutsetninger: 2 felts veg, hastighet 50 km/t 700 600 500 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 40

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

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 42

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 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 46 52 58 800 0 5000 10000 15000 20000 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 2000 4000 6000 8000 10000 Forutsetninger: 2 felts veg, hastighet 50 km/t 700 600 500 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 43

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

Temperaturer....et stadig tilbakevendende tema Statens Vegvesen HB018, kap 651.3 46

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

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

BBR 50

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

DTT 52

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

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 14.517 Bruddpunkt etter Fraass, Håndbok 014, SVV. 54

Teknakurs Vegteknologi Asfalt Trondheim 12. - 13. april 2011 Valg av dekketype 55

Agenda Vegdekkets funksjon Krav i 018 Typer egenskaper Laboratorietesting 56

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

Håndbok 018 - Vegbygging 58

Krav i Håndbok 018 Generell presentasjon 59

Krav i Håndbok 018 60

Funksjonsrelaterte krav 61

Kvalitetskrav 62

Dekketyper 63

Dekketyper - bruksområder 64

Dekketyper - bruksområder 65

Krav til Agb 66

Laboratoriemetoder Varmblandet asfalt, NS-EN 12697 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

Laboratoriemetoder Varmblandet asfalt, NS-EN 12697 Bindemiddelavrenning Permeabilitet av prøvelegemer Stempelinntrykk Spordannelse ved deformasjon, Wheel Track Test Bestemmelse av indirekte strekkfasthet Motstand mot utmatning Syklisk trykkprøving Stivhet Prøvetaking 68

Laboratoriemetoder Varmblandet asfalt, NS-EN 12697 Tillaging av prøver Komprimering Marshall 69

Laboratoriemetoder Ferdig dekke, NS-EN 12697 Gjenvinning av bindemiddel Bestemmelse av densitet Bestemmelse av hulrominnhold, komp. grad Dreneringsegenskaper i felt Bestandighet mot avisingsvæsker 70

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

Ferdig dekk - bindemiddelkrav 72

Ferdig dekke krav til kornfordeling 73

Produksjon og utlegging - temperaturkrav 74

Ferdig dekke krav til hulrom 75

Teknakurs Vegteknologi Asfalt Trondheim 12. - 13. april 2011 Vedlikehold av asfaltdekker 76

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

Tilstandsutvikling 78

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

Prosedyrer ved vedlikeholdstiltak 1 2 3 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

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

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

Skadetyper og konsekvenser (HB 246) 83

Skader og utbedringsmetoder Slaghull: 84

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

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

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

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

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

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