Ordlista

8 Proportionering

8 Proportionering 2018-09-04T13:50:51+00:00

Bild_62_proportionering_700

8.1 Sammanfattning

Allmänt
Allmänna krav på asfaltmassan och hur den som utför beläggningen skall vara säker på att uppfylla dessa krav genom riktig proportionering.

Dimensioneringsförutsättningar
Påverkande faktorer vid dimensionering är klimatet och trafiken. Klimatet påverkar genom att längden på vintern och dubbdäcksfrekvensen varierar mellan södra och norra Sverige. Det påverkar i sin tur val av stenmaterial. Även val av bitumenkvalitet påverkas av klimatet. I norra Sverige krävs ett mjukare bindemedel än i södra Sverige för att undvika lågtemperatursprickor.

Vid proportionering av en asfaltmassa är den viktigaste dimensioneringsfaktorn trafiken och trafikens sammansättning. Följande faktorer är väsentliga att erhålla data om:
Trafikmängden per körfält
Andelen tunga fordon
Axellaster på tunga fordon och hjulsammansättning
Däckstryck
Dubbdäcksandelen av personbilstrafiken
Hastigheten
Vägutformning

För att få en bra beläggning krävs också att ingående material är av god kvalitet. För vägar med höga trafikmängder bör stora krav ställas både på stenmaterial och bitumen. Stenmaterialet bör ha god hållfasthet, det vill säga ett lågt kulkvarnsvärde. För slitlagren bör dessutom krav ställas på ytterligare hållfasthetsparametrar. På lågtrafikerade vägar kan en lägre kvalitet på stenmaterialet tolereras. Dock bör vidhäftningsegenskaperna till bitumen vara goda även på vägar med mindre trafik.

Materialsammansättning
Verksblandade bituminösa beläggningar optimeras ofta för flera funktionella egenskaper såsom slitstyrka, stabilitet, utmattningsegenskaper och friktion. De styrande parametrarna vid proportioneringen är stenmaterialets sammansättning, bindemedelshalt och bindemedelskvalitet. Vid proportioneringen avgörs bindemedelshalten oftast av kornstorleksfördelningen på stenmaterialet.

Asfaltbeläggningar delas upp i kontinuerligt graderad asfaltbetong, diskontinuerligt graderad asfaltbetong och gjutasfalt. Exempel på kornkurvor för de olika beläggningstyperna presenteras.

Arbetet med proportionering inleds med proportionering av stenmaterialet till beläggningen. Bitumenhalten bestäms varefter man blandar stenmaterialet med bitumen och eventuellt tillsatsmedel i en laboratorieblandare. Efter blandning komprimeras asfaltmassan så att en lämplig provkropp erhålls. Tillverkningen av provkroppar kan ske med olika utrustningar och metoder.

Provkropparna provas för att fastställa lämpligheten som beläggningsmassa. Därvid undersöks asfaltmassans skrymdensitet och kompaktdensitet, varefter det luftfyllda hålrummet kan beräknas. I tabell anges lämpliga värden på hålrumshalt för olika beläggningstyper.

Efter utförd proportionering kan ytterligare prov­ningar utföras för att bestämma asfaltmassans lämplighet när det gäller trafik-, kvalitets- och produktions­parametrar. Kompletterande provningar är bl.a. deformationsresistens och vattenkänslighet.

8.2 Allmänt

När en beställare/väghållare handlar upp en vägbeläggning eller en entreprenör tillhandahåller en produkt inom en funktionsentreprenad, ställer han samtidigt vissa bestämda krav på den färdiga produkten. För att den som utför beläggningen skall kunna vara säker på att uppfylla dessa krav fordras att asfaltmassan är riktigt proportionerad samt att han i förväg kunnat förvissa sig om att angivna krav uppfylls. Hur detta går till samt vilka metoder och utrustningar som används kommer att behandlas i detta kapitel.

8.3 Dimensioneringsförutsättningar

Påverkande faktorer
Klimatförutsättningar
Vid proportionering av asfaltbeläggningar är klimatets inverkan en viktig faktor vid materialvalet. Behovet av slitstyrka hos stenmaterialet betingas till stor del av dubbdäcksfrekvensen och längden på vinterperioden (dubbdäckssäsong).
Det innebär att snöfria vägar i Norrland med 40 % trafikandel med dubbdäck på årsbasis slits 30 % mer än vägar i Stockholmsområdet med 30 % trafikandel med dubbdäck vilka i sin tur slits 20 % mer än vägar i de södra delarna av landet med 15 % trafikandel dubbdäck.

(Tabell 7.1-1 ur TRVK Väg)

Trafikandel med dubbdäck Justeringsfaktor
15 % 0,80
20 % 0,85
25 % 0,90
30 % 1,00
35 % 1,15
40 % 1,30

 

Förutom vinterperiodens längd är slitaget dessutom beroende på om vägen saltas vintertid. Salt binder fukt och en fuktig beläggningsyta slits mer än en torr. På osaltade vägar skyddas beläggningen ofta av ett snö- och istäcke vintertid varför slitaget blir mindre. På osaltade vägar är det brukligt att slitaget minskar med cirka 20 %. (Justeringsfaktor 0,8 enligt TRVK Väg.)

Bättre kvalitet på stenmaterialet bör väljas på saltade vägar i norra Sverige än på saltade vägar i södra på vägar med samma trafikmängder och med samma förväntade livslängd. Om vägen är osaltad, så kallad vinterväg, kan en lägre kvalitet på stenmaterialet även användas i norra Sverige.

Även valet av bitumenkvalitet är beroende på aktuellt klimat i det område, där beläggningsarbeten skall utföras. Ett för styvt bitumen ger goda egenskaper under sommaren och motverkar risker för uppkoms­ten av deformationer i asfalten vid tung trafikering men kan också ge upphov till lågtemperatursprickor och ett accelererat slitage vintertid beroende på att bindemedlets töjningsförmåga är kraftigt minskad. Ett hårdare bindemedel får även svårare att ”självläka” Ett mjukare bitumen har större möjligheter att klara de låga vintertemperaturerna men kan istället ge upphov till deformationer vid tung trafikering sommartid.

Valet av bitumenkvalitet, eller styvhet på bitumen, är som regel en kompromiss mellan egenskaper i vinter- och sommarklimat. I klimat med låga vinter- och höga sommartemperaturer, s k inlandsklimat, kan stora fördelar erhållas genom att modifiera bindemedlet med polymerer. Härigenom ökar ofta styvheten sommartid medan styvheten på bitumenet är lägre vintertid än ett normalbitumen (se även bild 1).

Bild 8:1 Figuren visar tre asfalttyper; en med mjukt betumen som ger låg styvhet vintertid och sommartid, en mer hårt bitumen som ger hög styvhet såväl sommar som vinter samt en modifierad bitumen som ger det hårda bitumenets styvhet sommartid och det mjuka bindemedlets styvhet vintertid. Det senare är att föredra vid höga sommartemperaturer i kombination med låga vintertemperaturer

Bild 8:1 Figuren visar tre asfalttyper; en med mjukt betumen som ger låg styvhet vintertid och sommartid, en mer hårt bitumen som ger hög styvhet såväl sommar som vinter samt en modifierad bitumen som ger det hårda bitumenets styvhet sommartid och det mjuka bindemedlets styvhet vintertid. Det senare är att föredra vid höga sommartemperaturer i kombination med låga vintertemperaturer

Trafikförutsättningar
Vid proportionering av en asfaltmassa är den viktigaste dimensioneringsfaktorn trafiken och trafikens sammansättning. Följande faktorer är väsentliga att erhålla data om:
– Trafikmängden per körfält
– Andelen tunga fordon
– Axellaster på tunga fordon och hjulsammansättning
– Däckstryck
– Dubbdäcksandelen av personbilstrafiken
– Hastigheten
– Vägutformning

Trafikmängd och andel tunga fordon
Andelen tunga fordon och dess axellaster, bildar tillsammans med klimatperioder och temperatur samt största horisontella dragtöjningar i underkant beläggningslager, underlag för att bestämma vilken tjocklek den slutliga asfaltkonstruktionen skall ha för att klara uppkomna belastningar och en viss livslängd (ofta 20 år). Se vidare Trafikverkets tekniska krav TRVK Väg. Genom att proportionera en asfaltmassa med en högre styvhet (högre E-modul) kan tjockleken på asfaltlagret ofta minskas. Detta måste dock ske på ett sådant sätt att inte utmattningsegenskaperna försämras varför denna egenskap måste provas före användning i en beläggningskonstruktion. Beräkningen av en asfaltkonstruktions tjocklek innebär att beläggningen skall tåla en töjning av en viss storlek under ett visst antal gånger utan att utmattas (spricka sönder).

Tjockleken på asfaltlagret har också betydelse för valet av bitumen. En tjockare beläggning tål lägre temperaturer utan att spricka. För tjocka asfalt­be­läggningar kan alltså ett styvare bitumen användas.

Däckstryck
Däckstrycken och hjulsammansättning för de tunga fordonen bestämmer risken för att så kallade plastiska deformationer skall uppkomma i asfaltlagren. Dessa uppkommer sommartid genom att omlagringar i de översta beläggningslagren erhålls vid höga asfalttemperaturer. Eftersom beläggningsytan ofta är svart är det inte ovanligt att asfalttemperaturen i ytskikten är 10-15 grader Celsius högre än lufttemperaturen. En hög asfalttemperatur minskar styvheten hos beläggningen och detta i kombination med höga däckstryck kan ge deformationer vilket också benämns krypning hos asfalten. Även hjulsammansättningen har betydelse och parmonterade hjul är normalt mindre skadliga för en asfalt än enkelmonterade hjul. Speciellt stor risk för deformationer erhålls vid högfrekvent trafikering med så kallade ”super-single-däck” vilket är ett enkelmonterat hjul med högt däckstryck. Inom fordonsindustrin blir dock denna typ av däck och hjulsamman­sättningar allt vanligare eftersom rullmotståndet minskar och därmed också drivmedelsförbrukningen, se även bild 2.

Bild 8:2 Risk finns för deformationer av parmonterade lastbilshjul i jämförelse med enkelmonterade hjul (så kallade "supersingel") som funktion av däckstrycket

Bild 8:2 Risk finns för deformationer av parmonterade lastbilshjul i jämförelse med enkelmonterade hjul (så kallade ”supersingel”) som funktion av däckstrycket

Dubbdäck
Dubbdäcksslitaget på en väg är beroende av frekvensen av dubbade fordon. Frekvensen beräknas normalt som ett värde över hela året eftersom säsongen för dubbade däck är längre i norra Sverige än i södra.

Hastighet
Hastigheten har stor betydelse för slitaget. Slitaget är ca 70 % större på en väg med 110 km/h (justeringsfaktor 1,3) mot en väg med 70 km/h (justeringsfaktor 0,75). Väg med hastighet 90 km/h har justeringsfaktor 1,0.

Hög hastighet är däremot mer gynnsamt med hänsyn till stabilitet Det innebär att vägavsnitt med låga hastigheter (kryphastighet) t ex. stigningsfält, signalkorsningar och busshållplatser måste proportioneras med fokus på stabilitet.

Vägutformning
Vägbredden har betydelse för hur trafiken kommer att sprida sig över vägytan. Med ökad spridning minskar koncentrationen av slitaget från personbilarna samt de­formationer och utmattning från de tunga fordonen.

Nedanstående tabell från TRVK Väg används vid justering av slitagevärden för dubbdäckstrafik (med en 9 m bred väg som referensbredd):

Vägbredd/körfältsbredd Justeringsfaktor
13 m / 5,5 m 0,70
13 m / 3,75 m 0,80
11 m 0,90
9 m 1,00
Motorvägar och vägar smalare än 9 m 1,10

 

Den generella förklaringen till tabellen ovan är att ju smalare körfälten är och framför allt kombinerat med hög hastighet som t ex. motorväg desto mer koncentrerad blir belastningen med både mer slitage och deformationer som resultat.

Justeringsfaktorerna används för att justera ÅDT vilken bl. a ligger till grund för dimensionering av bitumenbundna lager.
För vissa vägavsnitt som t ex tunnlar, rondeller eller kombinationen horisontal- och vertikalkurva med höga hastigheter måste friktionen beaktas speciellt då kombinationen sten med hög slitstyrka och låg dubbdäcksandel kan ge upphov till polering. Problemet löses genom inblandning av ett stenmaterial med sämre slitageegenskaper.
Materialegenskaper vid proportionering
För att få en bra beläggning krävs att ingående material är av god kvalitet. Följande allmänna rekommendationer kan nämnas:

För vägar med höga trafikmängder bör stora krav ställas både på stenmaterial och bitumen. Stenmaterialet bör ha god hållfasthet. För slitlagren bör krav ställas på kulkvarnsvärde, Micro-Deval värde och Los Angeles-värde. Även kornformen, flisighe, och råheten på stenmaterialets yta har betydelse för såväl slitage och deformationsegenskaper som friktion. Ett material med runda korn (ej naturmaterial) har en mindre benägenhet att krossas ner av tung trafik och dubbdäckstrafik, vilket innebär att flisighetstalet bör vara lågt.

Stenmaterial med hög krossytegrad ger en bättre inre låsning av stenskelettet i asfalten varför risken för deformationer minskar. Med ökande påkänningar i asfalten (högre däckstryck) ökar betydelsen av hög krossytegrad, bra kornform och hög hållfasthet.

Rätt mineralogisk sammansättning på stenmaterialet ger bättre förutsättningar för god vidhäftning och minskad vattenkänslighet.

På lågtrafikerade vägar kan en lägre kvalitet på stenmaterialet tolereras, dock bör vidhäftningsegen­skaperna till bitumen vara goda.
Vid val av stenmaterialkvalité tas förutom ovan angivna generella krav, även hänsyn till justerad trafikbelastning enligt TRVK Väg.

På lågtrafikerade vägar används som regel mjukare bitumen varför kraven på god vidhäftning är viktiga. Mjukare bitumen ”tvättas” i annat fall lättare av stenmaterialet och hållfastheten hos den slutliga beläggningen minskar. Mjukare bitumen ger asfalten bättre flexibilitet att följa rörelser i underlaget, till exempel tjälrörelser och har dessutom bätt­re självläkande egenskaper om skador skulle uppstå.

Till högtrafikerade vägar används normalt ett bitumen med en hög styvhet (hårdare bitumenkvalitet). Detta innebär att viskositeten och mjukpunkten för bitumenet är höga samt att penetrationen är låg. Med dessa egenskaper blir lågtemperatur- och utmattnings­egenskaperna något sämre, något som kompenseras av större beläggningstjocklek, vilket också gör att beläggningen bättre klarar de dragpåkänningar som uppstår av låga temperaturer samt att töjningarna i underkant av beläggningen minskar.

För klimatzon med kall vinter och varm sommar bör man använda ett bindemedel med låg temperaturkänslighet typ modifierade bitumen. Denna typ av bindemedel kan även vara ett alternativ vid speciella lastbetingelser. Beställaren kräver normalt utökade undersökningar för att verifiera egenskaper.

Fillrets egenskaper och inverkan på asfaltmassan har fått ökad betydelse under senare år. Asfaltverkets egenproduktion av filler kan både ersättas och kompletteras med filler typ kalkstensfiller, släkt kalk och cement med förbättrade vidhäftnings- och stabilitetsegenskaper. Har fillret >10 % andel lermineral måste asfaltmassan speciellt testas med avseende på vattenkänslighet.

Återvinning av asfalt är i dag en realitet och är både miljömässigt och ekonomiskt rätt. Kravet är att granulatets stenmaterial måste klara uppställda specifikationer för vald asfaltmassa. För bindemedlet gäller att återvunnit bindemedel från granulatet måste ha en penetration >15 för att få räknas som bindemedel.

8.4 Materialsammansättning

Varmblandad asfaltbetong
Allmänt
Verksblandade bituminösa beläggningar optimeras ofta för flera funktionella egenskaper såsom slitstyrka, stabilitet, utmattningsegenskaper och friktion. De styrande parametrarna vid proportioneringen är stenmaterialets sammansättning, bindemedelshalt och bindemedelskvalitet. Även tillsatsmedel kan användas för att förbättra vissa egenskaper som kan vara kritiska i speciella asfaltbeläggningar. Tillsatsmedlen kan vara exempelvis polymerer, fibrer eller vidhäftningsmedel.

Vid proportioneringen avgörs bindemedelshalten oftast av kornstorleksfördelningen på stenmaterialet. För att erhålla bra egenskaper beträffande stabilitets- och utmattningsegenskaper eftersträvas oftast en så tät sammansättning av stenmaterialet som möjligt så att hålrummet i stenskelettet blir minimalt. Härigenom erhålls den bästa styvheten för en asfaltprodukt och risken för deformationer och utmattning blir liten. Även vald bitumenkvalitet påverkar den färdiga asfal­tens styvhet, och i bild 3 framgår förhållandet mellan bindemedels styvhet, hålrummet i stenskelettet och asfaltstyvheten.

Bild 8:3 Förhållande mellan bitumenstyvhet, hålrum i stenskelettet och asfalstyvheten. Diagram enligt Nottingham University

Bild 8:3 Förhållande mellan bitumenstyvhet, hålrum i stenskelettet och asfalstyvheten. Diagram enligt Nottingham University

Hålrummet i stenskelettet får dock ej fyllas med bitumen. Om detta sker, erhålles ofta en instabil beläggning sommartid, eftersom bindemedlet då är mjukt beroende på högre temperatur. Dessutom sker en vo­lym­ökning, vilket leder till att stenskelettet trycks isär och deformationer uppstår. Lämplig fyllnadsgrad av bitumen i hålrummet är cirka 75-85 % beroende på asfalttyp och sammansättning. Vid vissa speciella tillfällen används dock beläggningar med högre fyllnadsgrad. För att deformationer skall undvikas måste då bitumenet förstärkas, t ex polymerer, naturasfalt etc., så att inga deformationer uppstår.

Tyvärr är det svårt att kombinera alla ”goda” egenskaper i en enda asfaltmassa. Därför proportioneras asfaltmassor på olika sätt beroende på bla geografiskt läge och funktion i en vägkonstruktion.

Olika typer av asfaltmassa

Kontinuerligt graderad asfaltbetong
En tät gradering av stenmaterialet kan erhållas genom att använda en blandning av alla kornstorlekar, från den största angivna stenstorleken ner till den minsta, varvid så kallade kontinuerlig eller tät kurva (Fullerkurva) erhålls. Exempel på beläggningstyper med denna sammansättning är ABT, ABb och AG. Vid en första anblick förefaller sammansättningen för dessa tre varianter att vara den samma, men ABT har en tätare kurva än vad ABb har, vilken i sin tur är tätare än AG.

ABT proportioneras för att vara tät, ta upp trafiklast och skydda underliggande lager. ABb proportioneras för att klara de stora töjningarna som uppstår 60-80 mm ner i beläggningen varför krav även ställs på deformationsresistens. AG proportioneras för att i huvudsak ha en bärande funktion.

Hålrumshalten i färdig beläggning proportioneras i dessa typer av asfalt till cirka 2-5,5 % för ABT, 2-6 % för ABb och 3-8 % för AG.

Diskontinuerligt graderad asfaltbetong
En variant på tät sammansättning erhålls genom att utesluta vissa mellanfraktioner och att den täta blandningen erhålls genom att enbart grovt och fint stenmaterial samt filler blandas. Ett exempel på en sådan beläggning är den så kallade Topekabeläggningen. Den asfaltmassan innehöll mycket sand och bindemedel och var därför känslig för deformationer. Topeka har i princip försvunnit från marknaden i dag. En föregångare till dagens ABS-massor var de sk TS-massorna vilka kombinerade en ABT sammansättning för de finare fraktionerna (0-8 mm) och sedan ett partikelsprång till 11-16 mm. Denna har idag ersatts med skelettasfalter med beteckningen ABS, finns även företagsanknutna massor med eget namn. Denna typ av beläggning kännetecknas av att en stor mängd grovt stenmaterial blandas med ett fint stenmaterial, dock ej sand, samt filler. Den extrema halten av grovt stenmaterial gör att hålrummet i stenmaterialet är så stort att bitumenhalten måste ökas för att fillret ej skall rinna av från storstenen. Ytterligare hjälp att hålla kvar bindemedlet erhålles genom inblandning av fibrer (cellulosa eller mineral) och/eller polymerer som gör att bitumenhalten kan ökas varigenom hålrumshalten kan bringas ner till låga värden. ABS-massor proportioneras till 2-5,5 % i hålrum i färdig beläggning. ABS proportioneras för att ha hög nötningsresistens och god stabilitet.
En specialbeläggning vilken också är ett exempel på diskontinuerlig sammansättning är dränerande asfaltbetong (ABD). Den har en extremt öppen sammansättning av kornkurvan. Härigenom erhålls en hög hålrumshalt som förbättrar vatten­genom­släppligheten och ger förbättrade köregenskaper för beläggningen speciellt i vått väglag. Det höga hålrummet ger även en bullerdämpande effekt med 2-3 dBA. Den­na typ av beläggning har ofta en hålrumshalt som är cirka 20 % i färdig beläggning. Den öppna sammansättningen gör att åldringsegenskaperna är dåliga och att slitaget är högre än motsvarande ABS. För att kunna tillsätta mer bindemedel än vad kornsammansättningen kan ta emot, krävs tillsatser av polymerer och/eller fibrer. För att klara den ”spolande” effekten av vatten måste vidhäftningsbefrämjande medel tillsättas.

Gjutasfalt
En tredje variant av asfaltbeläggningar är de så kallade gjutasfalterna. Dessa kännetecknas av att hålrumshal­ten i stenmaterialet är helt fyllt med bitumen. Genom den höga bitumenhalten är beläggningen lätt att applicera eftersom den smidigt flyter ut på tänkt underlag.

I denna typ av beläggning måste bitumendelen förstärkas med någon form av tillsatsmedel såsom t ex polymerer eller naturasfalt. För att beläggningen skall kunna fungera som slitlager måste ytan förses med s k chippingsten (BCS) vilket förbättrar slitageegenskaperna, stabiliteten och friktionen.

Principiell uppbyggnad av asfaltmassa
Exempel på olika graderade asfaltsorter, tät asfaltbetong (ABT), bindlager (ABb), bärlager (AG), skelettasfaltbetong (ABS), dränasfalt (ABD) och gjutasfalt (GJA) visas i bild 4.

Tät asfaltbetong (ABT)

Tät asfaltbetong (ABT)

 

Gjutasfalt (GJA)

GJutasfalt (GJA)

 

Skelettasfaltbetong (ABS)

Skelettasfaltbetong (ABS)

 

Bärlager (AG)

Bärlager (AG)

 

Bindlager (ABb)

Bindlager (ABb)

Bild 8:4 Visar kornkurvor för ABT, GJA, ABS, AG och ABb

Sammansättningsteknik av stenmaterialet till beläggning
Vid tillverkning av bituminösa beläggningar krävs en stor noggrannhet när det gäller sammansättningen av stenmaterialet. Därför måste det krossade materialet delas upp i olika fraktioner; filler, 0-2 mm, 2-4 mm, 4-8 mm osv. Ju fler fraktioner som används vid tillverkningen av asfalt, desto lättare blir det att åstadkomma en viss önskad kornkurva med små avvikelser.

För att möjliggöra en god proportionering av stenmaterialet till beläggningen måste de olika uppsiktade fraktionernas kornstorleksfördelning granskas. Beroende på hur och under vilka förhållanden stenmaterialet siktas kan olika utfall erhållas. Proportioneringen måste då ändras för att likvärdiga resultat skall erhållas. I satsblandningsverk sker en extra siktning i verket före blandningen medan man i trumblandningsverk måste lita på de fraktioner som tillsätts i kalldoseringsfickorna eftersom ingen ytterligare siktning sker. Ur propor­tioneringssynpunkt måste man därför skilja på två fall. Vid användande av satsblandningsverk kan efter provtagning i materialhögarna vid krossningsplatsen endast ett preliminärt recept upprättas. Det slutliga receptet kan först tas fram då stenmaterial siktats upp i asfaltverkets varmfickor och provtagning ur dessa utförts. Om asfaltverket är av kontinuerlig typ kan ett recept upprättas direkt efter analys från materialupplagen. Det är viktigt att inga materialseparationer förekommer i stenmaterialupplagen eftersom resultatet då kommer att variera.

Provtagning av stenmaterial inför proportionering
För att kunna utföra en proportionering av stenmaterialet för framställning av asfalt måste följande utföras:
a) Prov måste tas och analyseras för de fraktioner man avser använda i proportioneringen. Detta gäller även det egenfiller, som erhålls vid uppvärmningen av stenmaterialet.
b) Om fillerhalten måste ökas/kompletteras genom inköp av t ex kalkstensfiller, måste även detta analyseras.
c) I vissa fall måste högklassigt stenmaterial (goda slitageegenskaper) köpas in. Även detta material måste studeras noggrant så att goda slutegenskaper erhålls.
Genom att använda och sätta samman de uppsiktade fraktionernas kornkurvor i lämpliga proportioner kan god och för ändamålet rätt stenmaterialsammansättning erhållas. Exempel på olika uppsiktade kornkurvor framgår av bild 5.

Bild 8:5 Exempel på olika uppskiktade kornkurvor i form av a) egenfiller, kalkstensfiller, b) kalkstensmaterial, c) 0-4 mm, d) 4-8 mm, e) 8-11 mm, f) 11-16 mm. Med hjälp av dessa fraktioner kan en kornkurva som är lämplig för tillverkning av ABT 16 eller ABS 16 tas fram.

Bild 8:5 Exempel på olika uppskiktade kornkurvor i form av
a) egenfiller, kalkstensfiller, b) kalkstensmaterial, c) 0-4 mm, d) 4-8 mm,
e) 8-11 mm, f) 11-16 mm. Med hjälp av dessa fraktioner kan en kornkurva som är lämplig för tillverkning av ABT 16 eller ABS 16 tas fram.

Proportioneringsmetodik för stenmaterial
På erfarenhetsmässiga grunder upprättas en målkurva för hur den tänkta asfalten skall sammansättas för att önskad funktion i den slutliga beläggningen skall erhållas. Beräkningen vid sammansättning av stenmaterial till en målkurva är beroende av hur många stenfrak­tioner som finns tillgängliga. Vid manuell beräkning bedöms utifrån målkurvan hur många procent av varje fraktion som bör ingå för att målkurvan skall uppfyllas. Därefter beräknas utfallet, t ex med hjälp av de materialfraktioner som finns i bild 5. Om resultatet blir mindre bra görs ett nytt antagande och beräkningen görs om, tills ett bra resultat som ligger nära målkurvan erhålls. I figur 6 visas ett exempel på sammansättning för att erhålla en kontinuerligt sammansatt asfalt av typ ABT 16.

Bild 8:6 Sammansättning av ABT 16

Bild 8:6 Sammansättning av ABT 16

Som regel erhålls ett bättre resultat som väl överensstämmer med målkurvan om flera fraktioner används men beräkningen blir något mer komplicerad. I detta fall används med fördel datahjälpmedel varvid pass­ningsberäkningen kan utföras snabbare.

För att erhålla en viss lagringstäthet av stenmaterialet i en beläggning förutsätts i ovanstående beräkning att kompaktdensiteten för de ingående stenmaterialen är lika, det vill säga att stenmaterialet kommer från samma materialtäkt. I vissa fall köper tillverkande asfaltverk in material för någon speciell funktion såsom slitageresistens. I detta fall måste kompensation för olika kompaktdensitet utföras i beräkningen, så att den inblandande, köpta fraktionen får rätt volymsandel i den färdiga beläggningen. En högre kompaktdensitet för denna fraktion innebär att andelen inblandat material måste ökas medan en lägre kompaktdensitet innebär att andelen av inblandat material måste minskas.

Om följande kompaktdensiteter antas gälla för en beläggning av typ ABT 16, erhålls följande kompenserade sammansättning: (redovisning utan decimal)

Andel Viktprocent (%) Kompakt-densitet (g/cm3) Andel x kompakt-densitet (%)
Egenfiller 4 2,66 11 4
Kalkstensfiller 1 2,72 3 1
0-4 mm 35 2,66 93 34
4-8 mm 20 2,66 54 20
8-11 mm 20 2,69 54 20
8-16 mm 20 2,69 54 20
100

 

Proportionering av bitumenhalten
Efter proportionering av stenmaterialet skall bitumenhalten bestämmas. Normalt är bindemedelshalter i typrecept angivna under antagandet att stenmaterialet har en kompaktdensitet av 2,66 g/cm3. Om kompaktdensiteten istället är 2,72 g/cm3, erhålls en kompenserad bitumenhalt, om den i ursprungsreceptet var 6,6 vikt-%, enligt följande:

6,6 x 2,66/2,72 = 6,4 vikt-%

Om denna kompensation ej görs, kommer en för hög bitumenhalt (för hög volymandel) att erhållas i den färdiga beläggningen, vilket resulterar i att hålrumshalten i beläggningen blir för låg och det bitumenfyllda hålrummet blir för högt. Detta kan leda till problem med deformationer vid trafikering av tunga fordon samt sänkt friktion beroende på bitumenanrikningar på beläggningens yta.

Typiska bitumenhalter för olika typer av asfalt är följande (stenmax 16 mm och bitumensort 160/220):

Beläggningstyp Bitumenhalt
ABT 5,7 – 6,3 vikt-%
ABb 4,5 – 5,5 vikt-%
ABS 5,5 – 7,0 vikt-%
ABD 5,8 – 6,8 vikt-%
AG 4,5 – 5,5 vikt-%

 

För gjutasfalt gäller andra krav. Maximal stenstorlek är 11 mm och vid konventionellt bindemedel är det kvalité 50/70 som gäller med tillsats av naturasfalt. Naturligtvis kan polymermodifierat bindemedel användas, dock ej redovisat här.

GJA 6,5 – 8,0 vikt-% + naturasfalt 2,0 – 3,5 vikt-%.

Vid extremt avvikande kompaktdensitet på stenmaterialet kan även högre och lägre bitumenhalter erhållas.

Tillsatsmedel ur proportioneringssynpunkt
Tillsatsmedel används för att förbättra någon funktionell egenskap, ofta deformationsresistensen vid höga belastningar. Tillsatsmedel kan vara polymerer, fibrer, naturasfalt eller vidhäftningsbefrämjande medel.

De flesta tillsatsmedel tillsätts i så små mängder att någon större hänsyn vid mängdproportioneringen ej behöver göras. Polymerer räknas in i bindemedlet då dessa tillförs förinblandade i levererat bitumen. Om vidhäftningsbefrämjande medel i form av cement eller släckt kalk tillsätts räknas dessa medel som filler vid proportioneringen. Vid tillsättning av naturasfalt måste mängden regleras separat eftersom denna typ ofta innehåller såväl bitumen som olika former av filler.

Vid tillsättning av asfaltgranulat (återvinning) måste man beakta att maximal inblandning är 20 % i slitlagermassor och högst 30 % för bind- och bärlager. Stenmaterialet i granulatet samt mjukpunktsförhöjningen i återvunnet bitumen måste klara för massatypen uppställda krav enligt typblad.

Tillverkning av provkroppar

För att kunna bestämma om en beläggning har en optimal sammansättning blandas proportionerat stenmaterial och bitumen samt eventuellt också tillsats­medel i en laboratorieblandare. Blandningen utförs vid optimal blandningstemperatur vilken avgörs av använd bitumenkvalitet.

Typ av bitumen Blandningstemp.

för ABS-massor C

Blandningstemp.

för övriga massor C

50/70 165 ± 5
70/100 160 ± 5 140 – 155
100/150 155 ± 5
160/220 150 ± 5 130 – 145
330/430 140 ± 5
Mjukbitumen gäller temperatur och fukthalt som vid produktion

 

Efter blandning komprimeras asfaltmassan så att en lämplig provkropp erhålls. Storleken på provkroppen beror dels på vilka egenskaper som skall provas och dels på vilken maximal stenstorlek som ingår i beläggningen. Normala storlekar är 100 mm eller 150 mm i diameter. I extremfall kan även större provkroppar tillverkas.

Tillverkningen av provkroppar kan ske med olika utrustningar och metoder. Sådana utrustningar och metoder är:
Marshall (stampande packning)
Gyratorisk packning (tryckande packning under knådning)
Plate compactor (tryckande och knådande/vibrerande packning)
Kango (vibrerande packning)
Hveem (tryckande packning)
Utläggning av provytor med ordinarie utrustning (verklighet)

De tre första är de vanligaste packningssätten för tillverkning av provkroppar i dag och för ABb är det enbart dessa som får användas. Kango kan även komma i fråga men används i ringa grad i dag av laboratorierna.
Från plate compactor och utlagda provytor borras provkroppar ur för vidare analyser. Plate compactor ger även direkt provkroppar för t ex weeltracking test. När provytor läggs ut i fält tillverkas asfalten i asfaltverk. Då både blandning i laboratoriet och komprimering av asfalt i laboratorieskala ej alltid stämmer överens med verkliga förhållanden, ger den sista metoden det bästa resultatet vid kontroll av ett nytt recept.

För gjutasfalt gäller inte samma typ av provning utan här tillverkas kuber för provning av stämpelbelastningsvärde.

Provning av provkroppar för att fastställa lämplighet som beläggningsmassa
Efter tillverkning av provkroppar undersöks asfaltmassans skrymdensitet och kompaktdensitet, varefter det bitumenfyllda hålrummet och det luftfyllda hålrummet kan beräknas. För att undersöka provets skrymdensitet används ofta den så kallade paraffinmetoden. Härvid vägs provkroppen först i luft i torrt tillstånd vartefter provkroppen paraffineras och vägs först i luft och sedan under vatten. Därefter kan skrymvolymen beräknas enligt följande:

8-4-Skrymvolymen
a = vikt i luft av torr provkropp + paraffin (g)
b = vikt i vatten av provkropp + paraffin (g)
c = vattnets kompaktdensitet (g/cm3)
d = vikt i luft av torr provkropp (g)
e = paraffinets kompaktdensitet (g/cm3)

Om provkroppen kan bedömas ha en låg hålrumshalt vägs den under vatten utan paraffin. Den senare delen av ekvationen bortfaller vid denna analys. Erfa­ren­hetsvärden har visat att vid låga hålrum erhålls ingen större skillnad i skrymdensitetsvärdena mellan de två metoderna.

När skrymvolymen beräknats erhålls skrymdensiteten ur följande ekvation:

8-4-skrymdensiteten

Massans kompaktdensitet kan beräknas med hjälp av stenmaterialets och bindemedlets kompaktdensiteter samt med hjälp av halterna av sten och bitumen.

8-4-kompaktdensiteten
Där
A = bitumenhalten (vikt-%)
B = bitumenets kompaktdensitet (g/cm3)
C = stenmaterialets kompaktdensitet (g/cm3)

Härefter kan önskade data för beläggningen erhållas och kontrolleras.

Stenmaterialets volym i beläggningen beräknas:

8-4-stenmtrl-volym

Beläggningens hålrumshalt:

8-4-H

Hålrumshalt i packat stenmaterial (HIS) = 100 – stenmaterialets volym (vol-%)

8-4-bitumenfyllt-halrum
Goda egenskaper för olika typer av beläggningar erhålls om följande värden uppnås efter en proportionering (Max stenstorlek 16 mm och bindemedel 160/220):

Typ av asfalt Hålrumshalt Bitumenfyllt
ABT 2,0 – 3,5 75 – 85
ABb 3,0 – 5,0 70 – 80
AG 4,0 – 6,0 (se text nedan)
ABS 2,0 – 3,5 75 – 90
ABD 16,0 – 20,0 65 – 75

 

Rekommendationer för ett bitumenfyllt hålrum för AG-beläggningar kan ej ges generellt. Om goda utmatt­ningsegenskaper eftersträvas bör det bitumenfyllda hålrummet vara högt. Om goda stabilitetsegenskaper önskas bör det bitumenfyllda hålrummet vara lägre.

I Trafikverkets kravdokument ”Bitumenbundna lager” TDOK 2013:0529 finns inga krav i typbladen när det gäller hålrummet i stenen, HIS, eller det bitumenfyllda hålrummet, BFH, dock kommer dessa parametrar till användning vid beräkning av massans styvhet och utmattning.

Efter utförd proportionering kan ytterligare prov­ningar utföras för att bestämma asfaltmassans lämplighet när det gäller trafik-, kvalitets- och produktions­parametrar. Kompletterande provningar är deformationsresistens och vattenkänslighet.