Metodik för utmattning av asfaltbruk

Abstract

The durability of asphalt can be investigated with fatigue tests, which unfortunately are very
laborious and costly. Therefore, they are not used as often as they should. At LTH in Lund,
an alternative method is utilized using a dynamic shear rheometer, DSR, on asphalt’s mastic
for fatigue properties testing. The properties of asphalt mastic are crucial for the asphalt
pavements ability to withstand repeated loads. Fatigue fracture is a well-known
phenomenon and affects all types of materials. The method, using DSR for fatigue testing is
new and needs to be evaluated. A crucial impetus came from TUW, Technische Universität
Wien, who launched a version that is now being further developed at LTH.
DSR is usually used to investigate pure bitumen, but several theses at LTH have been
investigating mastics in a similar way, inspired by the American asphalt concept Superpave.
Commonly rutting and low temperature properties are investigated with DSR on asphalt
mastics. Fatigue testing with DSR may complement these tests. After developing a first
operating scheme, various asphalt compositions with both standard bitumen and polymer
modified bitumen were tested. The results showed that the test might order the fatigue
properties in a logical order. Unfortunately, a considerable time was spent on preparing the
operating schedule, meaning that only single and few measurements could be carried out.
Nevertheless, surprisingly only a few results fell outside the expected outcome. Further
studies should focus on to streamline the process, investigate precision data and finally
conduct parallel studies with the conventional fatigue test methods to examine the validity
of the test.

Abstract (Swedish)

Omfattande studier på Lunds Tekniska Högskola (LTH) har under de senaste åren
inriktats på hur egenskaperna i asfaltbruk kan optimeras eftersom de har avgörande betydelse för asfaltens funktion. Förutom naturligt förekommande filler i asfaltmassa har tillsatser såsom vaxer, fibrer och polymerer blivit allt vanligare. Hur dessa tillsatser påverkar asfaltbrukets egenskaper är viktigt att utreda för att kunna erhålla en asfaltmassa med bästa möjliga hållbarhet. Asfaltens utmattningsegenskaper beskriver hur väl en asfaltbeläggning kan motstå upprepade trafikbelastningar. Dessutom är
asfaltens utmattningsegenskaper ett av kriterierna vid dimensionering av nya vägar.

Vanligt förekommande utmattningstester, SS-EN 12697-24 (2018) på asfalt är mycket arbetskrävande och därmed kostsamma, vilket medför att dessa tester används i mindre utsträckning än vad som behövs. Technische Universität Wien (TWU) 2018, har lanserat en metod som använder dynamisk skjuvreometer (DSR) för att testa utmattningsegenskaper på asfaltbruk. I korthet innebär metoden att små provkroppar av asfaltbruk utsätts för upprepade belastningar tills de går sönder. Förloppet har stora likheter med etablerad provning för asfaltprover. Eftersom LTH under flera år utvecklat undersökningsmetoder på asfaltbruk med DSR föll det sig naturligt att se närmare på metoden.

I denna studie har en första version av utmattningstester med DSR vidareutvecklats och provats. Syftet är att i förlängningen ta fram en metod som testar utmattningsegenskaper på asfaltbruk med DSR och som kan ersätta de konventionella utmattningstesterna som utförs på en asfaltprovkropp. Utmattningsegenskaperna hos asfaltbruk med både standardbitumen och polymermodifierat bitumen samt med olika andel filler har undersökts i den här studien. Utmattningstesterna genomfördes med DSR i Reologilaboratoriet på LTH med kompletterande tester av spårstabilitet (MSCR-test) och andra kvalitetsbedömningar med så kallade sveptest.

Utmattningsmetoden är tidigare obeprövad i Sverige. Arbetet började därför med att prova ut körscheman som bryter ner provet tills brott uppstår. Det är viktigt att brottet sker i materialet och inte i infästningspunkterna. Det kan säkras genom att bland annat åstadkomma en svag zon, en midja, i provet. Efter applicering av prov utsätts provkroppen för en konstant skjuvspänning. Den konstanta skjuvspänningen skall vara tillräckligt hög så att ett brott inträffar mellan 50 000 och en miljon belastningar. För att kunna beräkna den maximala töjningen vid en miljon belastningar (Υ6) krävs det att minst tre mätpunkter är välfördelade inom intervallet. Den maximala töjningen (Υ6) kan
sedan användas som parameter i ett dimensioneringsprogram för vägöverbyggnader.

Resultaten från studien visar att det är möjligt att beskriva ett sönderfallsförlopp i asfaltbruk med en DSR. Denna process påminner om motsvarande processer i tillämpade laboratoriemetoder. Utmattningstestets syfte är att förstöra provkroppen med hjälp av upprepande belastning och det förmår DSR när en distinkt midja återskapas i provet. Trots ett minimum av mätpunkter rangordnas resultat sinsemellan i en logisk ordning med överraskande tydlighet. Med ökad andel filler ökar exempelvis spårresistensen (t-hög) och med tillräckligt mycket filler kan asfaltbruket till och med
innehålla ett standardbitumen för den högsta trafikklassen (E). Tillsats av polymerer har ytterligare en gynnsam effekt på stabilitet och resistens mot utmattning. Men andelen och kvaliteten på tillsatserna måste avvägas så inte förbättringarna sker på bekostnad av andra egenskaper. Nästa steg blir att trimma processen, undersöka precisionsdata och genomföra parallella undersökningar med andra laboratorier som använder konventionella metoder för utmattningstester.

• author: Hadzikadunic, Adi and Al-Sultani, Hussein
• supervisor: Pajtim Sulejmani
• organization: Transport and Roads
• alternative title: Method for interpretation of fatigue performance on asphalt mastics
• course: VTVM05 20201
• year: 2020
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Asphalt, Bitumen, Filler, Mastics, Rheology, Fatigue, Dynamic Shear Rheometer
• publication/series: CODEN: LUTVDG/(TVTT- 5318)/1-98/2020
• report number: 351
• ISSN: 1653-1922
• language: Swedish
• id: 9021035
• date added to LUP: 2020-06-22 13:39:14
• date last changed: 2020-06-22 13:39:14