Genanvendelse af asfalt som råmateriale i Koldblandet asfalt

Transkript

1 Genanvendelse af asfalt som råmateriale i Koldblandet asfalt RGS 90 har i samarbejde med Vejteknisk Institut og Nordisk Vejteknologi as gennemført et udviklingsarbejde og herunder udført en række fuldskalatestforsøg,der har haft til formål at tilpasse produktion og anvendelse af koldblandet asfalt til danske forhold.resultatet af dette arbejde har direkte resulteret i,at RGS 90 i dag tilbyder at levere koldasfalt med fuld funktionsgaranti. Af Karsten Ludvigsen, RGS 90 A/S kludvigsen@rgs90.dk Salgschef Arne Holm, RGS 90 A/S aholm@rgs90.dk KGAB 16 i indkørsel 1 år. Baggrund Ud fra et ressourcemæssigt og miljømæssigt synspunkt er det interessant at genanvende asfalt i ny asfalt. Herved udnyttes materialets tekniske egenskaber optimalt samtidig med, at asfalt på ny genplaceres som et stabiliseret, bitumenbundet lag i en vejbefæstelse, hvorved udvaskning og direkte tilgængelighed i forhold til miljøfremmede stoffer minimeres. Koldasfalt henfører til produktionsmetoden, som adskiller sig fra traditionel asfaltproduktion ved, at der ikke foregår en opvarmning af sten- eller bindemiddelmateriale. Produktionen er således baseret på en koldblandeteknik med anvendelse af en bitumenemulsion som bindemiddel. Baggrunden for at introducere koldasfalt i Danmark tager udgangspunkt i fire ønsker: At foretage en ressourceoptimering af asfaltgenbruget, således at der sker en materialegenanvendelse i så højværdige lag i vejbefæstelsen som muligt. At sikre at der ved genanvendelse af asfalt fortsat sker en sammenklæbning af materialet, således af en diffus spredning af asfaltklumper i naturen minimeres. At produktion og udlægning af asfalt baseres på ressource- og miljøhensyn, således at energiforbrug samt emissioner minimeres. At der ved produktion og udlægning er taget størst mulig hensyn til arbejdsmiljøet, således at anvendelsen af personlige værnemidler minimeres. Genanvendelse af asfalt i Danmark I forhold til faktiske genanvendelse af asfalt i Danmark er en betydelig mængde historisk set blevet anvendt i forbindelse med produktion af ny asfalt. Dette sker enten på mobile asfaltværker, hvor materialet direkte recirkuleres, eller på stationære varmblandede asfaltanlæg, hvor materialet indgår i den løbende produktion af asfalt. I begge tilfælde skal det sikres, at de producerede asfaltprodukter lever op til Almindelig arbejdsbeskrivelse for varmblandet asfalt (AAB), hvor det anbefales, at asfaltpro-dukter ikke indeholder mere end 30% genbrugsasfalt. Grusasfaltbeton GAB S, der ønskes godkendt i forhold til DS 405.5, må dog ikke indeholde genbrugsasfalt. Ovenstående betyder, at afsætningsmuligheden til varmblandet asfaltproduktion er begrænset, hvilket primært kan tilskri DANSK VEJTIDSSKRIFT

2 Overflade Bærelag KGAB. Overflade Slidlag KAB 8t. ves de stadig skærpede krav, der stilles til asfaltprodukter, bl.a. i forhold til kornkurve og maks. indhold af uknuste stenmaterialer. I forbindelse med anvendelse af gammelt asfalt må der påregnes en del afrundede stenmaterialer, dels som følge af gamle recepter, hvor indholdet af uknuste stenmaterialer var større end i dag, og dels som følge af den nedslidning af stenmaterialet som trafikkens påvirkninger har afstedkommet. Samlet har ovenstående betydet, at den traditionelle varmblandede asfaltindustri i Danmark ikke kan genanvende hele mængden af genbrugsasfalt, hvorfor 25-50% årligt genanvendes i ubunden form som et alternativ til stabilt grus. Erfaringer fra Sverige og Norge Primært som et resultat af den arealmæssige udbredelse i Sverige og Norge, er asfaltproduktionen i disse lande også baseret på mobile enheder, der benytter koldblandet og halvvarm-blandet produktionsteknik. Dette er mindre produktionsanlæg, der ikke kræver de store produktionsarealer eller forsyningsstruktur. Ved halvvarm produktionsteknik opvarmes stenmaterialet til en temperatur mellem C. Ved koldblandet teknik opvarmes stenmaterialet ikke. Erfaringerne fra Norge og Sverige er både baseret på produktion af slid- og bærelag, hvor det anbefales, at materialerne benyttes til let- og middeltrafikerede veje (ÅDT <1500). Udvikling af dansk koncept i forhold til koldblandet asfalt Med baggrund i det forrige har RGS 90 gennemført et udviklingsarbejde og herunder udført en række fuldskalatestforsøg, der har haft til formål under danske forhold: At udarbejde recepter for produktion af koldblandet asfalt baseret på genbrug af gammel asfalt som råmateriale mixdesign. At tilpasse produktionsprincippet omkring koldblandet asfalt. At tilpasse arbejdsprocessen omkring indbygning af koldblandet asfalt. At etablere og teste prøvestrækninger, hvor koldblandet asfalt både bliver anvendt som bærelag og slidlag. Mixdesign Udgangspunktet for RGS 90 er et ønske om at kunne nyttiggøre gammelt asfalt, hvorfor der ved mixdesign primært er fokuseret på: Karakterisering af den gamle asfalt, inkl. valg af supplerende tilslagsmaterialer Valg af rejuvenator Tilpasning af emulsion Proportionering. Tilslagsmaterialet til fremstilling af koldblandet genbrugsasfalt består hovedsageligt af asfaltgranulat fremkommet ved knusning og fraktionering af gammelt opbrudt asfalt hidrørende fra såvel bærelag som slidlag. Bærelagsmaterialet GAB fremstilles for det meste af uknust grusgravsmateriale og slidlagsmaterialerne AB og PA af knust granit. Da indholdet af GAB i opbrudt asfalt langt dominerer indholdet af AB eller PA, vil indholdet af knust højværdigt stenmateriale i blandet asfaltgranulat i langt de fleste tilfælde være utilstrækkelig til alene at kunne danne grundlag for sigtekurven i koldblandede slidlagsmaterialer. I kolde GAB-lag kan blandet asfaltgranulat anvendes direkte og skal kun justeres i forhold til stabiliteten. For at opnå en tilstrækkelig stabilitet i GAB lagene og såvel stabilitet som slidstyrke i slidlagene er det derfor nødvendigt at forbedre sigtekurven ved tilsætning af en passende mængde højværdigt stenmateriale (knust granit i slidlag) i passende fraktioner. Det er derfor vigtigt, at asfaltgranulatet foreligger opsplittet i mindst to fraktioner f.eks. 0/8 mm og 8/16 mm. Til bærelag kan man dog benytte fraktionen 0/32 mm. Da de enkelte partikler i et asfaltgranulat består af en kombination af sten, bitumen og asfaltmørtel, er det nødvendigt, for at kunne proportionere koldasfalt, at der foreligger analyser af granulatfraktionerne omfattende: 1. Sigteanalyse af asfaltgranulatet (tørsigtning). 2. Sigteanalyse efter ekstraktion af bindemidlet. 3. Bestemmelse af stendensiteten. 4. Bestemmelse af bitumenprocent. 5. Måling af blødhedspunkt, penetration og beregning af penetrationsindeks for den genindvundne bitumen. Den bitumen, der findes i asfaltgranulatet, Slidlag KAB 12t Tilkørsel til Vægtanlæg RGS 90 Selinevej DANSK VEJTIDSSKRIFT 49

3 Tromling Hestehavevej. har pga. hærdning mistet så meget af sin oprindelige fleksibilitet og klæbeevne, at den ikke umiddelbart kan genanvendes som bindemiddel i den nye koldblandede asfalt. Til en vis grad er det imidlertid muligt at genskabe de tabte bitumenegenskaber ved tilsætning af et passende blødgøringsmiddel en såkaldt rejuvenator der, ved indtrængning i bitumenen, blødgør denne i en sådan grad, at den hurtigere forenes med den nye bitumen, som tilføres i form af bitumenemulsion. Når man skal fremstille koldasfalt, er det af vital betydning, at man benytter emulsioner, der besidder de egenskaber, der er nødvendige for at sikre en god omhyldning af stenpartiklerne/asfaltgranulatet, samt udviser et brydningsforløb, der sikrer, at koldasfaltmassen over en periode på mindst seks timer har en bearbejdelighed, der sikrer en problemfri udlægning og komprimering. Det er endvidere vigtigt at afpasse den anvendte emulsions brydning således, at afbinding af ubrudt emulsion ikke finder sted under transporten til udlægningsstedet, dvs. emulsionens brydningsforløb skal være så fremskredet, at den såkaldte ostefase er indtruffet. Ostefasen er det stadium i brydningsforløbet, hvor bitumendråberne har udskilt sig fra vandfasen og fæstnet sig til stenoverfladerne uden at være smeltet sammen til en homogen bitumenhinde og derfor ikke har opnået kohæsionsegenskaber. Under udlægningen og den efterfølgende komprimering udpresses en del af den vandfase, som ostefasen indeholder, hvorved sammensmeltningen (coalescensen) af bitumendråberne til en homogen bitumenhinde påbegyndes. Hurtigheden, hvormed den fuldstændige coalescens opnås, er i høj grad afhængig af hårdheden af den anvendte bitumen i emulsionen, temperaturen samt af den masserende effekt af tromlingen og den efterfølgende trafikbelastning. På grund af tilstedeværelsen af vand i den komprimerede koldasfalt er det vigtigt, at man ved emulsionsfremstillingen benytter emulgatorer, der udviser aktiv vedhæftning således, at bitumenen efter emulsionens brydning får god og blivende vedhæftning til de våde stenoverflader. Da asfaltgranulat består af en kombination af sten og asfaltmørtel, får man et misvisende billede af stenmaterialets sigtekurve i kold genbrugsasfalt, hvis man sammensætter sigtekurven på basis af sigteanalyser af asfaltgranulatfraktionerne. Det er derfor nødvendigt at sammensætte den ønskede sigtekurve ud fra sigteanalyser foretaget på ekstraheret asfaltgranulat. Sigtekurven sammensættes i øvrigt således, at den opfylder Vejdirektoratets krav til varmblandet asfalt, dvs. at sigtekurven til f.eks. KGAB16 skal forløbe inden for de samme grænsekurver, som gælder for GAB 0 type 16 og KAB12t skal have samme sigtekurve som AB12t. Produktionsprincippet Produktion af koldblandet asfalt foregår almindeligvis på Emulsions Blande Værker (såkaldte EBV-anlæg efter dansk betegnelse) eller på Koldt Blande Anlæg (såkaldte KMA-anlæg, efter tysk betegnelse). RGS 90 råder over EBV2 anlæg med tvangsblander, der fremstiller op til 150 ton i timen og dels giver mulighed for kontinuerlig sammenvejning af flere stenfraktioner og bindemidler samt også giver mulighed for anvendelse af flere bindemiddeltyper. Produktion af kolde masser til det lavt trafikerede vejnet udgør i dag ikke noget større problem. Disse masser er ofte baseret på brugen af en åben kornkurve og blødt bindemiddel, dvs. der anvendes medium til langsomtbrydende emulsioner baseret på blød bitumen, f.eks. type MB 3.000, hvilket er en bitumen med en viskositet målt ved 60 C på ca mm 2 /s. Til sammenligning kan nævnes, at viskositeten på B180 ved 60 C, er ca mm 2 /s. Ved at benytte bløde bindemidler og åben kornkurve opnås en lagerstabil og let lægbar masse, men med risiko for deformationsskader ved for hård trafikbelastning. Til veje eller pladser med tung trafik er det nødvendigt at fremstille masser med hårde bindemidler for derved at opnå en kvalitet, der mere kan sammenlignes med varm masse. Kolde masser fremstillet med hårde bindemidler, B500 eller hårdere, er ofte vanskelige at producere, kan være tungt bearbejdelige og dermed vanskelige at udlægge og komprimere med dårlige jævnhed og højt hulrum til følge. Indbygning RGS Koldasfalt udlægges med traditionelt udstyr med f. eks. ABG 311 med en bagkrop, der er forsynet med stamperknive og vibrationer for komprimering, og som er stillet med en noget større angrebsvinkel for koldasfalten, end der kræves til varmtblandede materialer. Tromleudstyret er f. eks. en Hamm GRW 35 efterfulgt af f. eks. en Hamm DV 10. Forsøgsstrækninger RGS 90 har i sæsonerne 2002 og 2003 gennemført udlægning af over m 2 bærelagsmateriale (KGAB) og over m 2 slidlagsmateriale (KAB) på egne og eksterne projekter, og vi har derigennem indhøstet en del erfaring. Test af udførte arbejder I modsætning til varmproduceret asfalt, hvor man med marshallmetoden og opboring af kerneprøver hurtigt kan dokumentere, om materialet opfylder stillede krav, foreligger der i dag ikke standardiserede testmetoder, der kan dokumentere om koldproduceret asfalt kan leve op til tilsvarende krav. Det skyldes, at koldasfalt kan være fra få dage til et år om at udvikle sine endelige styrkeegenskaber som følge af, at det tager en vis tid for bindemidlet i DANSK VEJTIDSSKRIFT

4 massen at udvikle fuldstændig kohæsion, og før vandmængden er reduceret til et normalniveau. Da bindemidlet fødes i materialet som emulsion, efterlades bindemidlet med mikroporer, der øger volumen og omhyldning, hvilket vil resultere i bedre levetider, men samtidig ændrer materialets reaktioner på de hidtil kendte undersøgelsesmetoder, hvorfor helt nye erfaringsværdier skal opbygges. Helt på bar bund står man dog ikke, når det gælder om at forudsige koldblandede asfalters egenskaber. Således har man i Sverige opstillet følgende retningsgivende krav til koldblandede asfaltmasser til brug som henholdsvis bærelag og slidlag målt på laboratoriekomprimerede prøvelegemer fremstillet af laboratorieblandet materiale: For bærelagsmaterialet: Hulrumsprocent VL: 6-14 vol% Stivhedsmodul E ved 10 C: MPa For slidlagsmaterialet: Hulrumsprocent VL: 4-12 vol% Spaltetrækstyrke St ved 10 C: > 300 kpa I slutningen af sæsonen 2002 lykkedes det os dels at finde frem til den rigtige tromlemetode og dels at tildanne recepterne på materialerne (emulgatorer, smøremidler, vedhæftning osv.), og vi opnåede resultater som beskrevet nedenfor: Bærelagsmaterialer: Hulrumsprocent VL: Gennemsnitligt 9,3 vol% (på Prøvestenen) Stivhedsmodul E ved 10 C: Gennemsnitligt MPa (på Prøvestenen) Slidlagsmaterialet: Hulrumsprocent VL: Gennemsnitligt 7,1 vol% (på Prøvestenen) Spaltetrækstyrke St ved 10 C: Gennemsnitligt 812 kpa (på Prøvestenen) Ovennævnte værdier bestemmes på gyroprøvelegemer efter konditionering i 7 døgn ved 40 C eller 3 døgn ved 60 C. Gyrokompaktoren anvendes, fordi dette princip tillader udpresning af vand, som materialet er født med ved tilsætningen af bindemidlet ved hjælp af emulsion. Efter et år, hvor materialet er endeligt ophærdet, kan borekerner optages og undersøges ved Marshall-metoden, men de fundne værdier kan ikke direkte sammenlignes med tilsvarende værdier for varmtblandede materialer, dog kan hulrumsbestemmelser og fundne densiteter bruges og sammenholdes med de tidligere fundne værdier på materialerne ved gyrokompaktering og efterfølgende spaltetræk styrkeprøvning. De resultater, vi p.t. finder ved denne spaltetrækundersøgelse på laboratoriumkomprimerede prøvelegemer, svarer fint til vore oplevelser omkring holdbarheder og bæreevne på de udførte arbejder, og tiden vil vise, om vi har ret. Bestemmelse af spaltetrækstyrken I vort laboratorium har vi foretaget spalteforsøg på de konditionerede og tempererede gyroprøvelegemer med et dertil indrettet testudstyr. Med udstyret bestemmer man spaltebrudkraften i kn på prøvelegemer ved 10 C for at undersøge, om man lever op til de svenske normer, og ved 25 C, når man ønsker at sammenligne styrken af koldasfalten med norske normer. Ved testen registreres brudkraften med tilhørende horisontale og vertikale flowværdier. Ud fra spaltebrudkraften beregnes spaltetrækstyrken af følgende ligning: St = 2 x 10 6 x PF / (π x h x D) hvor, St = spaltetrækstyrken i kpa. PF = spaltebrudkraften i kn. h = højden af prøvelegemet i mm. D = diameteren af prøvelegemet i mm. Da gyroprøvelegemernes diameter er 100 mm, kan man benytte udtrykket: St = 6366,2 x PF / h. Beregning af lastfordelingskoefficient og E-modul Spaltetesten er en let forsøgsmetode, hvormed man med rimelig sikkerhed kan fremskaffe oplysninger om asfaltmaterialets fundamentale parametre som E-modul og lastfordelings-koefficient. Denne metode benyttes derfor også i udstrakt grad i Norge i proportioneringen af asfaltmasser, idet lastfordelingskoefficienten a ved 25 C kan udtrykkes ved ligningen: a = 0,38 (St) 1 /3 hvorefter sammenhængen mellem a og E er givet ved: E = (a / 0,21) 3 MPa. E-moduler beregnet efter denne formel svarer til dynamiske E-moduler ved 25 C og 10 Hz bestemt ved triaksialforsøg. Proportionering Ved proportioneringen dokumenterer man, at koldasfalten opfylder stillede krav til materialet målt på prøvelegemer fremstillet i gyrokompaktoren. Med baggrund i egne erfaringer fra produktionen i 2002 og 2003 kombineret med svenske krav til koldasfalt samt norske og danske krav til varmasfalt foreslår vi, at koldasfalt produceret i Danmark skal opfylde nedenstående betingelser målt på gyroprøvelegemer komprimeret med 180 gyrationer og konditioneret 7 døgn i varmeskab ved 40 C alternativt 3 døgn ved 60 C. For bærelag KGAB Hulrum VL: 6-14 vol%. Bitumenfyldning Z: 55% E-modul ved 25 C: MPa. Lastfordelingskoefficient a ved 25 C 2,75. Ovennævnte krav er en væsentlig skærpelse i forhold til de svenske krav, hvor E- værdien målt ved 10 C skal ligge i intervallet MPa. I Danmark benytter man beregningsmæssigt en E-værdi på MPa ved dimensionering af vejbefæstelser med GAB I. Fremstilles KGAB, så den opfylder ovennævnte betingelser, kan den anvendes på lige fod med GAB I. For slidlag KAB Hulrum VL: 4-12 vol%. Spaltetrækstyrke St ved 10 C: > 300 kpa. Bitumenfyldning Z: 72-92% For samtlige belægningstyper sikrer man sig mod instabilitet ved at kræve, at forskydningsmomentkurven optegnet under gyrokomprimeringen har et stigende til evt. vandret forløb. Over vinteren 2003 viste det sig, at bindemiddel- / mørtelomhyldningen af stenene ikke var tilstrækkelig, idet vi fik en del stentab fra overfladerne i foråret, og vi gik derfor i gang med at arbejde med bitumenfyldning og betydningen heraf samt yderligere tromleforsøg. Det er i denne sæson lykkedes for os at udføre såvel stabile lag som rimeligt lukkede overflader, hvor stenmaterialerne fastholdes, samtidig med at friktionen bevares. Vi har på baggrund af vore nu indhøstede erfaringer opstillet ovenstående regelforslag og som dokumentation herfor fundet nedenstående værdier i praksis til sammenligning med dette regelforslag på vore senest (i 2003) udviklede og indbyggede materialer. Bærelag KGAB (Pvc-plads ved Stigsnæs Industripark) gennemsnitsværdier Hulrum VL: 8,5 vol%. Bitumenfyldning Z: 59,1% E-modul ved 25 C: MPa. Lastfordelingskoefficient a ved 25 C: 2,81. Slidlag KAB (Tilkørsel til vægtanlæg RGS 90 Selinevej) gennemsnitsværdier Hulrum VL: 5,6 vol%. Spaltetrækstyrke St ved 10 C: 469,5 kpa. Bitumenfyldning Z: 73,9% Konklusioner Resultatet af udviklingsarbejdet har direkte resulteret i, at RGS 90 i dag producerer og markedsfører Koldasfalt DANSK VEJTIDSSKRIFT 51

5 Til fremstillingen benyttes en koldblandeteknik, hvor der anvendes en bitumenemulsion som bindemiddel. Gennem tilsætning af en rejuvenator aktiveres den gamle asfalt-bitumen, hvilket sikrer optimal genanvendelse og høj bearbejdelighed. Der produceres to hovedprodukter: KGAB 16 eller 32 - asfaltbærelag bestående af knust genbrugsasfalt 0/32 mm, hvor kornskelettet er stabiliseret med knust stenmateriale 11/16 mm. Gennem tilsætning af bitumen-emulsion og rejuvenator tilstræbes en optimal bindemiddelprocent. KAB 8t eller 12t - asfaltslidlag bestående af knust genbrugsasfalt 0/8 mm og 8/16 mm, hvor kornskelettet er stabiliseret med knust granit 5/8 eller 8/11 mm. Gennem tilsætning af bitumenemulsion og rejuvenator tilstræbes en optimal. bindemiddelprocent. Baseret på erfaringer indhøstet under produktionen i 2002 og 2003 tillige med materialetekniske analyser og overvejelser, kan man drage følgende konklusioner: Følges anvisninger til mixdesign, produktion og udlægning, vil man kunne udføre belægninger med kold genbrugsasfalt med funktionsegenskaber, der med tiden er at sammenlignelige med varm asfalt. Udlægning Hestehavevej. Koldasfalt kan produceres med emulsion baseret på hård bitumen og kan ligge på lager til udlægning et døgn senere, uden at der herved opstår udlægningsproblemer. Komprimeringen skal foregå med en tung gummihjulstromle. RGS 90-koldasfalt leveres med fuld funktionsgaranti. Der opnås en række miljøgevinster, der afspejler sig i lavere produktionsomkostninger, som også kommer vore kunder til gode. RGS 90-koldasfalt er derfor både teknisk og økonomisk fuldt ud konkurrencedygtigt med traditionelle varmblandede asfaltmaterialer DANSK VEJTIDSSKRIFT