Affræsning af asfalt med fokus på genbrug i nye bæredygtige slidlag

Transkript

1 GENANVENDELSE Affræsning af asfalt med fokus på genbrug i nye bæredygtige slidlag Når et udslidt asfaltslidlag skal fornyes, er det almindeligt, at det bortfræses til opnåelse af passende lysningshøjde og ikke mindst et sundt underlag for det nye asfaltslidlag. Med udgangspunkt i ønsket om opnåelse af en større grad af bæredygtighed ved at kunne genbruge gammel asfalt bedst muligt i ny varmblandet asfalt er projektet Cirkulær asfaltproduktion i Danmark igangsat. Som en del af udviklingsprojektet er der set nærmere på den anvendte fræseprocedures sammenhæng med den opnåede genbrugsasfalts genanvendelighed. Erik Nielsen, Vejdirektoratet enie@vd.dk Lotte Regel Josephsen, Lemminkäinen A/S ljo@lemminkainen.dk kan være afhængig af den måde, som de bringes til veje. Det gælder også for genbrugsasfalt fra gamle slidlag. Det er i dag almindeligt ved vedligeholdelsesarbejder, at de gamle slidlag bliver affræset før udlægning af et nyt slidlag. Det er i denne forbindelse vigtigt både at have stort fokus på bæredygtighed og cirkulær ressourceudnyttelse og samtidig sikre en optimal kvalitet af den nye belægning, som genbrugsasfalten tilsættes. Spørgsmålet er så, om ønsket om at opnå en optimal genanvendelse af de gamle slidlag spiller sammen med ønsket til teksturen af underlaget (dvs. fræserillernes størrelse og indbyrdes afstand) specielt hvis der er tale om et nyt, tyndt slidlag. Som en del af projektet Cirkulær asfaltproduktion i Danmark er samspillet imellem fræsningens tekniske udførelse og det affræsede materiales genanvendelighed i ny asfalt derfor undersøgt. Cirkulær asfaltproduktion i Danmark MUDP-projekt støttet af Miljøstyrelsen 2-årigt (juni 2015 september 2017) Partnere: Lemminkäinen A/S (hovedansøger) Teknologisk Institut (koordinator) Asfaltindustrien Kommunernes Landsforening Vejdirektoratet Formål: at fremme cirkulær ressourceudnyttelse af asfaltgenbrug, specielt i højværdige materialer primært slidlag og ABB med Æ10 > 500. Ole Grann Andersson, Teknologisk Institut olan@teknologisk.dk Tilvejebringelse af genbrugsasfalt Optimal genanvendelse af restmaterialer Baggrund I de seneste år har der været fokus på den overfladetekstur, der fremkommer, når gamle slidlag bortfræses for at give plads til et nyt slidlag. Ofte forekommer det ved vedligeholdelsesarbejder, at det nye slidlag er et specielt, funktionelt slidlag (f.eks. SRS støjreducerende slidlag) med lille maksimal kornstørrelse, der typisk udlægges i en lille lagtykkelse. Hvis underlaget er grov-tekstureret som følge af fræsningen (dvs. med grove fræseriller), vil der være risiko for at reducere belægningens levetid på grund af den punktvis meget lille lagtykkelse. For at imødegå dette stilles for sådanne, tynde slidlag ofte ønske om finfræsning (med 6-8 mm tand-linjeafstand) i modsætning til den normale fræsnings 15 mm. Stenmaterialet fra gammel affræset slidlagsasfalt har typisk samme stenkvalitet, som kræves til nye slidlag. Optimal genanvendelse af gamle slidlag vil derfor føre til ønsket om selektiv affræsning af dette lag i forhold til underliggende lag. Det giver mulighed for, at slidlagsgenbruget kan indgå i henhold til vejreglernes krav til nye højværdige asfaltmaterialer (herunder også skærvemastiks SMA og asfaltbindelag ABB med Æ 10 > 500). TRAFIK & VEJE 2017 JUNI/JULI 31

2 Udover effekten med selektiv fræsning af slidlag for sig selv findes der meget lidt dokumentation for den effekt, som fin- eller normal fræsning har på det fremkomne asfaltgenbrugsmateriale. For selv om den affræsede asfalt ofte gennemgår en knuseproces på asfaltfabrikken for at undgå eventuelle flager eller klumper i genbrugsmaterialet, er det vigtigt at skåne det gamle slidlagsmateriales stenmateriale mest muligt under procesforløbet, så den resulterende genbrugsasfalt ikke ender som helt nedknust finstof med begrænset genanvendelighed, når der skal tages højde for det nye slidlags tilstræbte kornkurve. Fræsning: fin/normal/selektiv? Fræsning foregår ved, at asfaltfræserens roterende valse er påmonteret rækker af fræsetænder, som gnaver asfalten af i den ønskede dybde, som kan indstilles ret præcist. Ved tæt montering af tænderne opnås en resulterende overflade, som ikke har ret dybe fræseriller. Denne fremgangsmåde er dog normalt ikke optimal af hensyn til fræserens fremdrift og tandslitage. Derfor anvendes oftest normal fræseprocedure med større afstand imellem fræsetænderne. I forbindelse med projektet Cirkulær asfaltproduktion i Danmark (se faktaboks) er der blevet udført et delprojekt, hvori indgår forsøgsvis selektiv fræsning i forskellige laggrænser og med forskellig fræseropsætning (antal fræsetænder monteret på fræserens valse). Forsøget er gennemført nær Sinding i forbindelse med den kommende Herning-Holstebro motorvej. To ældre slidlag er selektivt blevet fræset bort med henholdsvis fin (tæt tandplacering) og normal (grovere) fræsning, hvorefter de fremkomne asfaltslidlagsgenbrug er Figur 1 Nærbillede af normal fræsevalse med 15 mm linjeafstand. blevet analyseret for deres sammensætning og egenskaber. værelsen af uknust finfraktion. Projektets skop-bedømmelse, kan detektere tilstede- I dag er det sådan, at man for de ædle omfattende forsøgsrække på laboratorieblandinger af asfalt tilsat såvel ædelt asfalttyper som f.eks. SMA og ABB til tung trafik (Æ 10 >500) stiller krav til, at stenmaterialet skal være fuldknust uden sand. For at indeholde små mængder sand) har dog fuldknust som blandet genbrug (som kan kunne opfylde dette krav i forbindelse med afdækket, at forekomsten af ganske små tilsætning af genbrugsasfalt ville det således være en betingelse, at genbrugsasfal- sandmængder ikke har praktisk indflydelse (og i praksis også vanskeligt detekterbare) ten også bestod af fuldknust stenmateriale. på den færdige asfalts egenskaber. Dette ville igen betyde, at gamle belægninger bestående af ædle asfalttyper skulle som et kuriosum, set på konceptet black Som et sidste spin-off har projektet, affræses og lagres for sig selv curve / black rock brugt i visse udenlandske genbrugsprojekter som partner- Som en del af udviklingsprojektet har det derfor samtidigt været vurderet, i hvilken grad en visuel bedømmelse på prøver over for validiteten af. gruppen på forhånd har været skeptiske af affræset asfaltslidlag, herunder mikro- Figur 2. Kornstørrelsesfordeling af de seks asfaltgranulater (såkaldte black curves ). Belægningsopbygning ved fræseforsøget Ifølge diverse arkiver består den oprindelige befæstelse, hvor Herningsholm Å krydser Sindingvej på hldv. 422, af GAB II og GAB I, som i 1974 blev afsluttet med en tætgraderet asfaltbeton (ABt). I 1981 blev der udlagt en pulverasfalt (PA). Senest er der i 1996 blevet udlagt en åbengraderet asfaltbeton (AB 11å med B85). I forbindelse med et belægningsarbejde skulle en forudgående fræsning fjerne de to øverste slidlag, AB 11å og PA. Fræsningen kunne dog potentielt lejlighedsvis komme ned og snitte toppen af det ældste ABt slidlag fra TRAFIK & VEJE 2017 JUNI/JULI

3 Forsøgsfræsningens udførelse Fræsningen er udført den 15. januar 2016 i let frostvejr (-1 til -2 C) med en Wirtgen W 50 DC med en egenvægt på ca. 8 tons. Fremdriftshastigheden har været ca m/min. Der har været anvendt to valseopsætninger: finvalse med linjeafstand 6 mm imellem tænderne og normal valse med 15 mm linjeafstand. I tabel 1 findes data for de opnåede prøver, samt anvendt fræsevalse og tilstræbt fræsedybde. I forsøget er der med henholdsvis fin og normal fræseopsætning foretaget affræsning i tre forskellige niveauer: 1. Affræsning af det øverste AB 11å slidlag for sig selv. For at sikre, at der ikke forekommer medtaget materiale fra det underliggende PA slidlag blev fræsedybden sat til blot 2,5 cm. Det opnåede genbrug er dermed ædelt genbrug helt uden sand. 2. Efterfølgende affræsning af resterende del af ABå laget og PA-laget i en dybde ned til 4-5 cm under overfladen. Det opnåede genbrug indeholder således en lille sandmængde hidrørende fra det gamle PA-lag. Figur 3. Kornstørrelsesfordeling af ekstraheret stenmateriale for de seks prøver. 3. Affræsning af begge de to øverste slidlag i den samlede tykkelse på 4-5 cm. Det opnåede blandede slidlagsgenbrug indeholder således en mindre mængde sand. Der indgår også en visuel vurdering af, om der er kommet lidt PA med i AB 11å materialet. I prøverne og er selektiv fræsning af det øverste slidlag (AB 11å) udført med henholdsvis normal og fin fræsning. Kornstørrelsesfordelinger De udtagne prøver er analyseret for kornstørrelsesfordeling uden yderligere oparbejdning, som ellers normalt ville finde sted inden prøveudtagning. Figur 2 viser sigtekurverne for asfaltgranulatet (de såkaldte black curves ), mens figur 3 viser den normale sigtekurve af det ekstraherede stenmateriale. Trekant-signaturen benyttes til finfræsede prøver, mens rhombe-signaturen bruges til prøverne affræset med normal valse. Det fremgår af de to figurer af kornstørrelsesfordelinger for de to slidlag og/eller blandinger af samme, at der er en tydelig tendens til, at de finfræsede materialer ( ) har et større indhold af fint materiale end de normalt fræsede ( ). Valget af fræsningstype har også en markant indflydelse på indholdet af filler. Det kan være svært at se i figur 3, men de tre finfræsede prøver har et fillerindhold på 11,7-13,5%, mens de tre normalt fræsede tilsvarende har 9,0-10,2%. Finfræsningen øger således fillerindholdet i genbrugsasfalten med cirka en tredjedel! En anden del af projektet drejede sig Prøvenr. Type af fræsning Dybde af fræsning Forhold AB 11å/PA visuelt vurderet Grov fræsning Fra 0 cm til 2 2½ cm ~100% AB 11å (selektiv fræsning) Grov fræsning Fra 2-2½ cm til 4-5 cm Overvejende PA Grov fræsning Fra 0 cm til 4-5 cm Blanding Fin fræsning Fra 0 cm til 2-2½ cm ~100% AB 11å (selektiv fræsning) Fin fræsning Fra 2-2½ cm til 4-5 cm Overvejende AB 11å Fin fræsning Fra 0 cm til 4-5 cm Blanding Tabel 1. Oversigt over fræseforsøget. Figur 4. Masterkurver for den rheologiske stivhed af bindemidlerne fra de seks genbrugsasfalter ved 40 C. om udvikling af recepter af henholdsvis SMA 11 og ABB 16 materiale med så høj genbrugsprocent som mulig. Med det oparbejdede asfaltslidlagsgenbrug, som var til rådighed, viste det sig, at mængden af finfraktion herunder filler faktisk var den begrænsende faktor. Der kunne maksimalt tilsættes 30% af det aktuelle slidlagsgenbrug til SMA 11 og 20% til ABB 16 (som jo har større maksimalkornstørrelse). Derfor er det meget vigtigt, at fræsningen udføres på en måde, der genererer så lidt ekstra finstof som muligt, da det ellers sænker den TRAFIK & VEJE 2017 JUNI/JULI 33

4 Figur 5. I udviklingsprojektet konkluderes, at valget af fræseprocedure har indflydelse på den resulterende genbrugsasfalts kornkurve og dermed anvendelighed. potentielle genbrugsprocent og dermed mindsker potentialet for en bæredygtig asfaltproduktion. Figur 2 forklarer også, hvorfor visse udenlandske genbrugsprojekter har haft problemer med deres mix design, når de baserede sig på det fejlagtige black curves / black rock koncept, hvor genbrugsasfalten blot betragtes som sort stenmateriale. Her tager man fejlagtigt ikke højde for, at den gamle bitumen kan genaktiveres ved asfaltproduktionen. Man snyder således sig selv ved at følge black rock konceptet, da sigtekurven af genbrugsmaterialet jo også vil bestå af klumper/agglomerater af små sten, filler og bitumen. I figur 2 har de tre finfræsede prøver (før udvaskning af bindemiddel) et fillerindhold på 2,4-4,1%, mens de tre normalt fræsede tilsvarende har 1,7-1,9%. Hvis man følger konceptet og antager, at den gamle bitumen slet ikke eller kun i ringe grad aktiveres, løber man ind i problemer. I visse i udlandet rapporterede forsøg har man brugt genbrug i forholdsvis store procenter, da finstof-begrænsningen efter black-rock princippet tilsyneladende ikke eksisterer (da filleren ligger i agglomerater). Det har dog selvfølgelig vist sig i praksis, at antagelsen om black rock ikke har holdt, så man typisk har fået for fede blandinger og stabilitetsproblemer. De mere end 30 år lange positive danske erfaringer med genbrugsasfalt dokumenterer, at den gamle bitumen i typiske danske asfaltgenbrug fint kan genaktiveres ved genbrug i ny asfalt selv for meget gamle asfalter. Derfor skal der under danske forhold advares mod fejlagtig anvendelse af begreberne black curves / black rock. Visuel vurdering af finfraktionen Vejreglernes krav til skærverige slidlag og til asfaltbindelag for Æ 10 > 500 fokuserer på, at materialet skal være helknust. Det giver specielt en udfordring, når ældre slidlag af typer, hvor natursand har været tilladt, kan indgå i beskeden mængde i et ellers rimeligt genbrugsprodukt til produktion af nye slidlag. Muligheder for at vurdere og kvantificere uknust materiale i finfraktionen af de seks fræseprøver har været efterspurgt. Visuel vurdering ved geolog er en mulighed, men har som alle subjektive, visuelle bedømmelser af helt eller delvist afrundede korn deres udfordring omkring den kvantitative bestemmelse. Derfor er kildesortering og et godt kvalitetssikringssystem hos dem, der håndterer de forskellige typer asfaltgenbrug, stadigvæk en bedre metode og en nødvendig forudsætning. Det er i denne forbindelse vigtigt, at der søges opnået en accepteret bagatelgrænse for mængden af sand i slidlagsgenbrug, der kan finde anvendelse til højværdige materialer som SMA og ABB for Æ 10 > 500. De slidlagstyper, som måske kan indeholde sand op til 15%, får jo 34 TRAFIK & VEJE 2017 JUNI/JULI

5 naturligt ved genbrug reduceret deres indflydelse på en finfraktion i den nye asfalt ved genbrugsprocenter på 20-30%. Det slidlagsgenbrug, som er blevet og skal benyttes ved projektets forsøgsbelægninger med SMA 11 og ABB 16 ved Aulum-Sinding, indeholder eksempelvis (teoretisk) ca. 2% sand. Demonstrationsstrækningerne er nærmere beskrevet i en anden artikel i dette blad. Genbrugsvarianternes bindemiddelegenskaber Det viste sig, at der var en lidt speciel opbygning af befæstelsen ved forsøget, med en pulverasfalt fra 1981 som næst øverste slidlag. Med selektiv fræsning som en af kombinationerne i forsøget har det givet en god mulighed for at vurdere den indflydelse, som forskellige bitumenhårdheder i forskellige lag har på det samlede bindemiddel. Tabel 2 viser de traditionelle bitumenegenskaber for prøverne. De to linjer med blødhedspunkt kugle og ring stammer fra to forskellige laboratorier og viser dermed en god homogenitet til de udtagne granulatprøver. Prøverne og er selektivt affræsede prøver fra AB 11å og viser, at der i det eksisterende slidlag er variationer i hærdningsgrad. Prøve 16044, som ved fræsningen er vurderet til kun at bestå af den gamle pulverasfalt, viser stadig et forholdsvis blødt bindemiddel i betragtning af, at det er produceret i Pulverasfalten bidrager til, at blandingsprøverne samlet set ikke bliver så hårde som specielt AB11å i lokaliteten for prøve Udover de traditionelle test er der også udført rheologiske målinger med DSR til bestemmelse af bindemidlernes stivhed. Deres rheologiske masterkurver er optegnet i figur 4. Her er målingerne fra 0,01 Hz til 30 Hz ved temperaturer i trin fra -10 C til 100 C sammenstillet til en samlet kurve, her vist ved 40 C. Målingerne viser, ligesom de traditionelle prøvninger, den meget store forskel på den selektive opdeling af AB 11å og PA (prøverne og 16044). Tabel 2 viser en forskel på 20 C i blødhedspunkt og en faktor 5 i forskel på dynamisk viskositet ved 135 C, mens masterkurverne i figur 4 viser en faktor i forskel i bindemidlets stivhed i et meget stort interval af frekvens. De rheologiske målinger bekræfter også, at blandingsprøverne og har næsten sammenfaldende værdier, hvilket også understøttes af prøvningerne i tabel 2. Normal og finfræsning har altså som forventeligt slet ingen indflydelse på bindemiddelegenskaberne. Det har derimod sammenblanding af materialer. Under alle omstændigheder gælder det, at når et genbrugsmateriale tilsættes ved asfaltproduktion, skal det nye bindemiddels hårdhed justeres afhængig af den gamle genbrugsbitumens data, så det resulterende bindemiddel opnår de ønskede egenskaber. Denne fremgangsmåde er bl.a. beskrevet i CEN produktstandarderne og har været alment benyttet i Danmark igennem årtier med rigtig gode erfaringer. Tabellen viser således blot, at hvis der tilsættes ABå genbruget alene, skal den nye bitumen i asfalten være lidt blødere, end hvis der anvendes det blødere PAholdige genbrug eller blandingsgenbruget. Optimal fræsning for bæredygtig asfaltproduktion Fra dette delprojekt under Cirkulær asfaltproduktion i Danmark kan der sammenfattes følgende: Valg af fræsemetode (finfræsning/normal fræsning) har en indflydelse på, hvor meget finstof der produceres under processen. Det er vigtigt at have dette i tankerne, når en fræsemetode vælges/foreskrives, da mængden af finstof i genbruget ofte er den begrænsende faktor for at kunne øge genbrugsprocenten. Afvejningen skal specielt ses i lyset af, at man specielt ved udlægning af meget tynde asfaltslidlag ofte ønsker en relativt fin overflade af underlaget med små fræseriller. Ved fortrinsvis at vælge en normal fræsevalseopsætning vil der forventeligt opnås et genbrugsmateriale med større genanvendelighed i nye varmblandede asfaltslidlag og dermed mulighed for en mere bæredygtig asfaltproduktion med større grad af cirkulær ressourceudnyttelse. Vurderingen af begrebet black curves / black rock er, at det let kan lede til forkert proportionering i mix design, og med baggrund i danske erfaringer med typiske genbrugsasfalter bør konceptet ikke benyttes. Projektet Cirkulær asfaltproduktion i Danmark er endnu ikke afsluttet. Visse laboratorieforsøg er stadigvæk i gang, ligesom demonstrationsbelægning nr. 2 (SMA 11) skal udlægges i løbet af Projektet forventes afsluttet i løbet ultimo 2017, og slutrapporten vil bl.a. overgå til Vejdirektoratets vejregelgruppe Asfalt. Projektets resultater tilstræbes præsenteret ved Vejforum i december Prøvning Reference Enhed Penetration ved 25 C DS/EN ,1 x mm Blødhedspunkt K&R DS/EN 1427 C 72,0 52,0 62,2 66,4 59,2 58,8 Blødhedspunkt K&R DS/EN 1427 C Viskositet ved 135 C DS/EN Pa s Viskositet ved 150 C DS/EN Pa s Viskositet ved 180 C DS/EN Pa s Tabel 2. Egenskaber for genindvundne bindemidler fra de seks genbrugsasfalter. TRAFIK & VEJE 2017 JUNI/JULI 35