Reologiska egenskaper för bitumen och asfaltbruk

Abstract

The Master Thesis was set to study the possibility to measure the rheological properties of bitumen-filler mastic with RVB (Rotational Viscometer type Brookfield) and DSR (Dy-namic Shear Rheometer). This was carried out with an initial study, with promising results, from the RVB. It is known that filler has a stiffening effect when mixed with bitumen (FAS Method 253-02) and this was also confirmed when running the RVB-tests. A major part of the study, with the DSR, came to be about developing a method. The method co-vers all from the specimen preparation to programming the Amplitude (strain) and Fre-quency sweep. As a part of a research project within Skanska, a number of tests regarding RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) mixed into new asphalt concrete were conducted. This was achieved by testing both the bitumen and bitumen-filler mastics which were ex-tracted from the asphalt concrete. The Master Thesis concludes that measuring on bitu-men-filler mastics is possible with the RVB and DSR equipment, although further research is needed before these methods can be picked up and used on a “daily basis” by the as-phalt industry.

Popular Abstract (Swedish)

Asfalt är den vanligaste vägbeläggningstypen i Sverige. Asfalt består av bitumen, filler, sten-material och eventuella tillsatser. Stenmaterialet utgör huvuddelen av asfaltmassan och ska ta upp trafiklasterna. När bitumen blandas med filler bildar det ett asfaltbruk som binder samman stenmaterialet till en beläggning. En väsentlig del för beläggningen är att den har rätt egen-skaper för det avsedda klimatet. En asfaltbeläggning ska vara tillräckligt elastisk under vintern för att inte spricka och tillräckligt styv på sommaren för att hålla ihop. Bitumen är en produkt från råolja som har viskoelastiska egenskaper vilket innebär att materialet har både elastiska och viskösa egenskaper.
Egenskaperna för bitumen testas traditionellt med ett flertal metoder vilka har gemensamt att de ger en mätpunkt. Exempel på metoder är Kula och ring (mjukpunkten, °C), penetrationstal (styvheten vid 25 °C, dmm) och Fraass (brytpunkt, °C). Resultaten från dessa mätningar ger, tillsammans med hjälp av empiriska erfarenheter, en bild av bitumenets egenskaper. För att ta forskningen ett steg längre har två mer avancerade mätmetoder anammats av asfaltindustrin. Dessa är RVB (Rotationsviskosimeter modell Brookfield) och DSR (Dynamisk Skjuvreome-ter). RVB mäter viskositeten, alltså flödesmotståndet, och DSR mäter bland annat komplex skjuvmodul och fasvinkel. Metoderna har gemensamt att de ger flertalet mätpunkter över ett spann med temperaturer vilket gör att resultatet ger en mer detaljerad bild av bitumenet inom dess arbetsområde jämfört med de traditionella metoderna. Generellt ger RVB en bild av egen-skaperna från blandning av asfaltmassan till utläggning och packning medan DSR ger en bild av egenskaperna för beläggningen när den belastas av trafiklaster.
Användningen av RVB och DSR för att testa bitumens egenskaper blir vanligare i branschen på grund av att beläggningarna blir allt mer komplexa. Detta beror på att inblandning av retur-asfalt, tillsatsmedel samt optimering av recept förekommer mer frekvent. För att ta ett steg närmre verkligheten undersöks hur metoderna fungerar om testerna utförs på asfaltbruk istället för på rent bitumen. Det finns en testmetod (FAS 253-02) för Kula och ring som behandlar asfaltbruk. Examensarbetet utgår från denna metod och undersöker hur mätning på asfaltbruk fungerar med RVB och DSR. En förstudie med RVB bekräftade att mätning på asfaltbruk var möjlig.
Examensarbetet inleddes med en litteraturstudie av framförallt rapporter och tidigare examens-arbeten där mätmetoderna använts för att undersöka bitumen. Därefter startade mätningarna på rent bitumen för att i ett senare skede kunna jämföra dessa mot mätningar på asfaltbruk inne-hållande samma bitumen. Det visade sig då att metoden för användning av RVB fungerade medan metoden för DSR hade en del utvecklingspotential. Det beslutades därför att en metod för användning av DSR (för vägbyggnad vid LTH) behövde utarbetas. Detta kom att förändra tidplanen för examensarbetet vilket ledde till att en del tester utgick för att ge utrymme för framtagandet av en metod. Detta var en förutsättning för att genomföra tester med DSR.
Framtagandet av en metod för DSR mynnade ut i en elevmanual för studier i vägbyggnadssyfte vid LTH. Manualen behandlar stegen från provkroppstillverkning till programmering av tillhö-rande programvara samt resultatpresentation. Provkroppar tillverkas numera med hjälp av en lödkolvsmonterad sked som ger användaren en högre precision och inte åldrar bindemedlet till
skillnad mot när en hel burk värms gång på gång i värmeskåp. Provkropparna gjuts i silikon-formar på en våg och monteras efter avsvalning i utrustningen. DSR körs med två mätsystem (PP25 och PP08) med olika diameter på mätytan (25 och 8 mm). Mätresultaten styrs delvis av höjden på provkroppen och därför har den bestämts till en gemensam höjd (1 mm). Tidigare förekom olika provkroppstillverkningsmetoder och provkroppshöjder för mätsystemen men de har nu likställts för att ge en konsekvent metod. Metoden som framtagits beskrivs till största del även i examensarbetet under kapitlet Metod. Utöver manualen utarbetades mallar för resul-tatpresentation till både DSR och RVB för att underlätta, kontrollera och jämföra arbetet vid detta och kommande examensarbeten.
Som en del i ett större projekt vid Skanska Vägtekniskt centrum, som undersöker egenskaperna för asfaltbeläggningar med inblandning av returasfalt, har bitumen och asfaltbruk undersökts med RVB och DSR i detta examensarbete. Projektet syftar till att förklara reologiska egen-skaper och fokuserar framförallt på stabilitet i beläggningen. På grund av att det som undersökts är en del i ett större pågående projekt önskar Skanska i nuläget att inte sprida resultaten vidare.
Examensarbetet resulterade i ett material som visar effekterna vid inblandning av olika mängd filler och returasfalt. På grund av komplikationer vid utvärderingen av amplitudsvep (då det inte gick att bestämma något linjärt viskoelastiskt område enligt det uppsatta kriteriet) utgick fortsatta studier på asfaltbruk med DSR. Resultaten från RVB gav dock en bra bild som visar den uppstyvnande effekten som filler har samt att egenskaperna för bruk liknar dem för rent bitumen vilket tyder på att resultaten är trovärdiga. Som tidigare nämnt kom en del av examens-arbetet att handla om framtagandet av en manual som beskriver användandet av DSR i väg-byggnadssyfte vid LTH. Manualen skapar möjlighet för en repeterbar metod vilket leder till att resultat från olika mätningar kan jämföras med varandra samt att kommande studenter ges en grund att stå på.

• author: Håkansson, Axel and Härstedt, Måns
• supervisor: Sven Agardh; Ebrahim Parhamifar; Per Tyllgren; Richard Nilsson
• organization: Transport and Roads
• course: VVB820 20152
• year: 2015
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Dynamisk skjuvreometer, DSR, Rotationsviskosimeter, RVB, Bitumen, Filler, Returasfalt, Reologi
• publication/series: LUTVDG/(TVTT-5253)/1-124/2015
• report number: 286
• ISSN: 1653-1922
• language: Swedish
• id: 8431503
• date added to LUP: 2016-01-04 14:50:15
• date last changed: 2016-01-11 13:01:30