Återvunna material i obundna lager i vägöverbyggnader

Abstract

In an industry that is increasingly affected by sustainability and environmental matters, it is becoming more and more important to find ways to recycle and reuse materials rather than producing new materials. An example of this is when it comes to unbound pavement materials, such as the base and subbase layers. For these layers, mineral aggregate and natural gravel is traditionally used, which are obtained through quarrying. These materials are not infinite, and they are also important to help with purification of groundwater. Therefore, it is interesting to look for recycled materials that could replace them. Two such
materials are crushed concrete and crushed asphalt, and this report aims to examine how these materials compare to mineral aggregate when it comes to bearing capacity, stability and impact on climate and environment. The report also examines which other recycled materials are available for this purpose. Based on this aim, the following questions are asked:
• How is the bearing capacity affected with respect to degree of compaction with
recycled materials in the unbound layers, compared to the reference case?
• How is the stability affected with respect to degree of compaction with recycled
materials in the unbound layers, compared to the reference case?
• What savings of the climate and environment can be made whit the use of these
materials?
• Are there any other recycled materials that can be used?
The method used to examine this is a literature study, to gain basic knowledge about road construction today, about the attributes of the materials, and also to find out what previous research on the subject has concluded. This is combined with a practical experiment, where three pavement structures consisting of different materials are tested with static plate load test, to examine the bearing capacity and degree of compaction of the different layers.
The results show that both crushed concrete and crushed asphalt are comparable to mineral aggregates when it comes to bearing capacity. According to the literature the bearing capacity might even be better for the recycled materials in many cases, however this was not shown in the practical experiment. When it comes to stability, crushed concrete has similar attributes as mineral aggregate, but only until the load exceeds 1,2 MPa. After that, the material shows a tendency of crushing. For crushed asphalt, the stability is worse, but it could be improved by mixing more mineral aggregate in the material, or by allowing traffic on the layer for at least two weeks before the layers above are applied. The literature
states that both crushed concrete and crushed asphalt has a binding effect, which makes the layer bind together over time, causing increased bearing capacity and stability. This was not possible to show with the practical experiment.
The recycled materials’ impact on the climate and environment is positive compared to the mineral aggregates, since no quarrying is needed for new material, which means that finite resources are saved. There is also potential to decrease transports by using recycled materials. The materials themselves has no negative impact on the climate and environment worth mentioning through for instance leaching or emissions.

Abstract (Swedish)

I en bransch som i allt större utsträckning präglas av hållbarhet och miljö, blir det allt viktigare att hitta sätt att återvinna och återanvända snarare än att nyproducera. Ett exempel på detta är när det kommer till de obundna lagren, bär- och förstärkningslager i vägöverbyggnaden. Till dessa används traditionellt bergkross och naturgrus, som bryts från bergtäkter. Dessa material är inte oändliga, och är dessutom viktiga exempelvis för rening av grundvatten, varför det är intressant att istället titta på återvunna material som kan ersätta dem. Två sådana material är betongkross och asfaltgranulat, och detta arbete syftar
att undersöka hur dessa material står sig gentemot bergkross när det kommer till bärighet, stabilitet och klimat- och miljöpåverkan. Arbetet undersöker även vilka andra återvunna material som finns tillgängliga till detta ändamål idag. Från detta syfte har följande frågeställningar tagits fram:
• Hur påverkas vägens bärighet med avseende på packningsgrad med återvunna
material i överbyggnadens obundna lager jämfört med referensfallet?
• Hur påverkas vägens stabilitet med avseende på packningsgrad med återvunna
material i överbyggnadens obundna lager jämfört med referensfallet?
• Vilken klimat- och miljöbesparing kan göras när man bygger med dessa material?
• Finns det andra återvunna material än betongkross/asfaltgranulat som skulle kunna användas?
Metoden som används för att undersöka detta är en litteraturstudie för grundläggande kunskap om vägbyggnad idag, om materialens egenskaper och klimatpåverkan, samt för att se vad tidigare forskning har kommit fram till inom ämnet. Utöver detta genomförs även ett fältförsök, där tre vägöverbyggnader bestående av olika material testas med statisk plattbelastning för att undersöka de olika lagrens bärighet och packningsgrad.
Resultatet visar att både betongkross och asfaltgranulat har klart jämförbara
bärighetsegenskaper som bergkross, enligt litteraturen är den till och med bättre för de återvunna materialen i många fall, men detta visades inte så tydligt i fältundersökningarna. När det kommer till stabilitet har betongkross liknande egenskaper som bergkross, men endast upp till påkänningar på 1,2 MPa, därefter visar materialet tendenser på nedkrossning. För asfaltgranulat är stabiliteten sämre, men den kan förbättras något genom inblandning av andra material eller genom att lagret trafikeras minst två veckor innan ovanliggande asfaltlager läggs på. Av litteraturen framgår att både betongkross och asfaltgranulat har en efterbindande effekt, som gör att materialet binder ihop med tiden och därmed får en ökad bärighet och stabilitet över tid. Detta kunde dock inte testas i fältförsöken.
Miljö- och klimatpåverkan från de återvunna materialen är positiv jämfört med
användningen av bergkross, eftersom det innebär att inget nytt material behöver brytas och ändliga resurser sparas. Det finns även potential att spara in på transporter genom användningen av återvunnet material. Materialen i sig har ingen nämnvärd negativ påverkan på klimat och miljö genom till exempel urlakning och utsläpp.

Popular Abstract (Swedish)

Återvunna material kan ersätta bergkross i vägbyggnad
Vägar består idag av flera lager under asfalten som trafiken kör på, och två av dessa lager kallas obundna lager, och består traditionellt av bergkross eller naturgrus som bryts från bergtäkter. I ett examensarbete undersöktes användandet av de återvunna materialen betongkross och krossad asfalt. Dessa material visade sig ha minst lika goda bärighetsegenskaper som bergkross och skulle kunna innebära besparingar på både klimat och miljö genom minskad brytning av nytt stenmaterial och minskade materialtransporter, och skulle därför till viss del kunna ersätta
bergkross i de obundna lagren.
Författare: Ludwig Winberg
År 2019 producerades över 100 ton ballast av sten- och grusmaterial, där drygt häften användes till vägbyggnad. Att ständigt bryta nytt stenmaterial är inte hållbart, då dessa material inte är oändliga. Dessutom är naturgrus viktigt för exempelvis rening av grundvatten, varför det är intressant att istället titta på återvunna material som kan ersätta sten och grus. Användningen av återvunna material kan bidra till uppfyllandet av Sveriges miljömål gällande ökad resurshushållning och återvinning. Användandet skulle också kunna bidra till minskade transporter inom byggsektorn eftersom bergtäkter generellt placeras allt längre ifrån nya byggarbetsplatser. Två återvunna material är betongkross och
asfaltgranulat, och arbetet undersöker hur dessa material står sig gentemot bergkross när det kommer till bärighet, stabilitet och klimat- och miljöpåverkan.
Metoden som användes i arbetet var en litteraturstudie kombinerat med ett fältförsök på en lågtrafikerad, temporär väg för arbetsfordon. Detta försök gjordes med hjälp av statisk plattbelastning, en metod där vägens olika lager utsätts för olika tryck där nedsjunkningen av lagren sedan mäts. Detta görs för att få fram värden på bärighet och packningsgrad.
Resultatet visar att de undersökta materialen är minst lika bra bärighetsmässigt, och båda materialen har dessutom en efterbindande effekt som gör att bärigheten ökar med tiden, en effekt som bergkross inte har. När det kommer till stabilitet har betongkross liknande egenskaper som bergkross, men endast upp till påkänningar på 1,2 MPa (ungefär 120 ton/kvadratmeter), därefter visar materialet tendenser på nedkrossning. Detta gör att materialet är svårt att använda i bärlagret, det övre av de två obundna lagren, eftersom lasterna blir högre där. För asfaltgranulat är stabiliteten sämre, vilket gör att materialet inte är lämpligt på vägar med en stor andel tunga fordon eller mycket statiska (stillastående) laster. Stabiliteten kan dock förbättras något genom inblandning av andra material, såsom sten eller
flygaska, eller genom att lagret trafikeras minst två veckor innan ovanliggande asfaltlager läggs på, vilket gör att materialet packas bättre och då får bättre stabilitet, samt att ojämnheter kan åtgärdas enklare innan ovanliggande läggs på.
Klimat- och miljömässigt är både betongkross och krossad asfalt goda substitut till bergkross, där den största besparingen sker genom att nytt material inte behöver brytas i lika stor utsträckning, samt att transporterna kan minskas då bergtäkter placeras allt längre ifrån byggarbetsplatser och återvinning av material då kan ske närmare. Materialen i sig har ingen nämnvärd negativ påverkan på miljö så länge de renas vid återvinningsprocessen innan ny användning.
Båda materialen kan alltså användas för att delvis ersätta nytillverkat bergkross, framför allt på provisoriska och lågtrafikerade vägar, men även på större vägar om materialen används på rätt sätt. Arbetet kan förhoppningsvis bidra till att öka kunskapen om återvunna material och dess möjligheter, för att på så vis kunna leda till en ökad användning hos stat, kommuner och företag.
Denna artikel är baserad på Ludwig Winbergs examensarbete ”Återvunna material i obundna lager i vägöverbyggnader.” (2021), Lund: Lunds universitet.

• author: Winberg, Ludwig
• supervisor: Joacim Lundberg
• organization: Transport and Roads
• alternative title: Recycled materials in the unbound layers of the pavement
• course: VTVM05 20211
• year: 2021
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Vägbyggnad, återvunna material, obundna lager, betongkross, asfaltgranulat, bärighet, stabilitet, klimat- och miljöpåverkan
• publication/series: CODEN: LUTVDG/(TVTT-5329)/1-105/2021
• report number: 362
• ISSN: 1653-1922
• language: Swedish
• id: 9056443
• date added to LUP: 2021-06-21 08:55:51
• date last changed: 2021-06-21 08:55:51