Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen, Risto Alkio Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus Vaihe 1 : Esiselvitys Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 46/2008

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen, Risto Alkio Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus Vaihe 1 : Esiselvitys Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 46/2008 Tiehallinto Helsinki 2008

Verkkojulkaisu pdf (www.tiehallinto.fi/julkaisut) ISSN 1459-1561 TIEH 4000644-v Tiehallinto Keskushallinto Opastinsilta 12A PL 33 00521 HELSINKI Puhelinvaihde 0204 22 11

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen, Risto Alkio: Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus Vaihe 1: Esiselvitys. Helsinki 2008. Tiehallinto, Keskushallinto. Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 46/2008. 73s. + liitt. 3 s. ISSN 1459-1561, TIEH 4000644-v. Asiasanat: Laatu, laadunvalvonta, epätarkkuus, kuntomittaukset, laboratoriotutkimukset, testaus, vertailukoe Aiheluokka: 33, 51, 56 TIIVISTELMÄ Esiselvityksen tavoitteena on ollut päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuuden kartoitus ja tarvittaessa jatkokehitystarpeiden määritys. Työn taustalla on tieto siitä, että tulevaisuudessa laadun mittausmenetelmien painoarvo kasvaa. Uusissa hankintamenettelyissä mittauksilta edellytetään saatavan nykyistä monipuolisempaa ja luotettavampaa tietoa. Mittausmenetelmillä saatavat tulokset sisältävät vaihtelevissa määrin mittausepätarkkuutta ja eri palveluntuottajien mittausten välillä esiintyy myös tasoeroja, osin tutkittavasta materiaalista johtuen mutta myös menetelmäepätarkkuudesta johtuen. Tuotteille asetetut vaatimukset sisältävät vaihtelevassa laajuudessa ja kirjaamattomassa muodossa näitä menetelmien epätarkkuuksia. Tästä aiheutuu eri osapuolille erilaisia, ennalta vaikeasti hahmotettavia riskejä. Kun testausmenetelmien ja palveluntuottajien mittalaitekohtaiset epätarkkuudet ja toistettavuudet tunnetaan, voidaan valita tarkoituksenmukaiset todentamismenetelmät, varmistaa palveluntuottajien tulosten vertailtavuus ja määrittää ominaisuuksien arvon määrittämiselle realistiset kriteerit / tulkintamenettelyt. Esiselvitykseen mukaan otetut mittausmenetelmät olivat: PTM, melu, kulutuskestävyys (SRK, Prall), vedenkestävyys (massa, HVL -koe), kuulamylly, Los Angeles -koe, poranäytteen tyhjätila (tiheys), jäykkyyden ja deformaation määritys. Tiepinnan uusista tunnusluvuista kirjattiin kitka, megakarkeus ja harjanteen korkeus. Esiselvityksessä kuvattiin testaus- ja mittausmenetelmien nykytilanne alan toimijoiden (mm. PANK ry, Tiehallinto) tekemien vertailukokeiden, erillisselvitysten ja alan toimijoiden haastattelujen pohjalta, listattiin mittauspalvelujen tuottajat Suomessa, kerrattiin nykytilaan liittyvät epäkohdat, listattiin käynnissä olevat rinnakkaistutkimukset sekä laadittiin suositus jatkokehitystä tarvitsevista menetelmistä. Rinnakkaisia selvityksiä oli projektin aikana käynnissä sekä Suomessa että Pohjoismaisena yhteistyönä. Tämän esiselvityksen tulos on laadun mittausmenetelmien nykytilan kuvaus sekä suositus jatkossa tarvittavista lisäselvityksistä, mittauksista ja tutkimuksista. Selvityksessä todettiin, että osa menetelmistä soveltuu nykyisellään hyvin laadun määritykseen ja osa menetelmistä sisältää eri syistä merkittäviä epätarkkuuksia, jotka ilman kehitystyötä aiheuttavat riskiä päällysteen laadun arvioinnissa. Tämän työn suositusten pohjalta on käynnistymässä useita menetelmäkohtaisia jatkoselvityksiä. Työ tehtiin pääosin vuoden 2007 aikana ja raportoitiin keväällä 2008.

Rainer Laaksonen, Kyösti Laukkanen, Risto Alkio: Accuracy of the testing and measuring methods of pavement quality Phase 1: Preliminary survey. Helsinki 2007. Finnish Road Administration, Central Administration. Finnra internal reports 46/2008. 73p. + app. 3 p. ISSN 1459-1561, TIEH 4000644-v. Keywords: Quality, quality control, inaccuracy, performance measurement, laboratory tests, testing, reference test SUMMARY The aim of this preliminary study has been to assess the accuracy of pavement testing and measuring methods and if necessary to determine further development requirements. The background to the study is the knowledge that in the future the importance of measuring methods will increase. New procurement methods require measurements to yield more diverse and reliable information. The results obtained from the different measuring methods include a varying degree of measurement inaccuracy and there were also level differences between the various service providers, partly as a result of the material that was studied and partly due to the inaccuracy of the method. The requirements set for the products contain these inaccuracies in the methods to a varying extent and in an unregistered form. Consequently, this results in different types of risks for the parties, which are difficult to identify in advance. If the inaccuracies and repeatability of each measuring device used in the testing methods and by the service providers are known, it is possible to choose the appropriate verifying methods, to ensure the comparability of the results of service providers and to determine realistic criteria / methods of interpretation for determining the value. The measuring methods included in this preliminary study were: PTM, traffic noise, abrasion resistance (SRK, Prall), water resistance (mass, indirect tensile test), a ball mill test, a Los Angeles test, a voids content of a cored sample (density), the determination of the stiffness and deformation. Of the new pavement surface parameters, the friction, mega roughness and ridge height between wheel paths were recorded. The preliminary study described the present state of testing and measuring methods on the basis of reference tests and separate studies carried out by operators in the sector (PANK ry, the Finnish Asphalt Paving Association, the Finnish Road Administration), and interviews with operators, listed the measuring service providers in Finland, examined the faults concerning the current situation, listed the parallel studies underway, and prepared a recommendation on the methods needing further development. Parallel studies were underway during the project both in Finland and in cooperation with other Nordic countries. The result of this preliminary study is a description of the present state of the quality of measuring methods and a recommendation of the further clarifications, measurements and research required in the future. This study found that some of the methods are very suitable in their current state for determining quality, but some of the methods contain significant inaccuracies owing to various reasons, which without development work pose a risk in the evaluation of pavement quality. On the basis of the recommendations in this study, several method-specific follow-up studies are being launched. This study was mainly carried out during 2007 and was reported during the spring of 2008.

ESIPUHE Tämä työ käynnistettiin alan yhteisenä hankkeena päällysteen laadun ja testaus- ja mittausmenetelmien laadun parantamiseksi. Tärkeimmät menetelmät käytiin läpi ja mittausepätarkkuuden syyt nimettiin. Työn tavoitteena on ollut mittausmenetelmien laadun kartoitus ja jatkokehitystarpeiden määritys. Tulevaisuudessa laadun mittausmenetelmien painoarvo kasvaa, koska mittauksilta halutaan enemmän uusia hankintamenettelyjä varten. Tietoja raportin kirjoitusta varten antoivat melun mittauksen osalta Jarkko Valtonen, Marko Kelkka ja Panu Sainio (TKK) sekä Raimo Eurasto (VTT). PTM -mittauksen osalta tietoja ja kommentteja antoivat Juha Äijö ja Kalervo Mattila (Ramboll Finland Oy), Arto Kuskelin (Destia), Seppo Koivisto (VTT / Road Consulting Oy) ja Matti Hirvonen (Andament Oy). Työtä on ohjannut PANK ry:n Laboratoriotoimikunnan puolesta Katri Eskola ja Vesa Laitinen. Työn rahoittivat Tiehallinto ja PANK ry. Työ tehtiin pääosin vuoden 2007 aikana. Projektin aikana on valmistunut esim. Asfalttinormit 2008 ja Melu -teemaan on vuoden 2008 alussa perustettu oma PANK -työryhmä. Esim. asfalttinormien valmistuminen on aiheuttanut sen, että osa työn alkuvaiheessa kirjatuista suosituksista on jo vanhentuneita. Raportin koostivat Risto Alkio, Kyösti Laukkanen ja Rainer Laaksonen (VTT). Helsingissä maaliskuussa 2008 Tiehallinto Tietekniikka

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 7 Sisältö 1 JOHDANTO 11 1.1 Yleistä 11 1.2 Määritelmiä 12 1.3 Tutkimuksen tavoite 14 2 MENETELMIEN TARKKUUS 15 2.1 Yleistä 15 2.2 Tarkkuuden arviointi 15 2.3 Tarkkuuden osatekijät 16 3 AINEISTO 22 3.1 Tyhjätilan mittaus 22 3.2. Vedenkestävyys 31 3.3. Kulutuskokeet 35 3.4. Melun mittaus 47 3.5. PTM 52 3.6. Jäykkyys 58 3.7. Dynaaminen Creep 59 4 RINNAKKAISTUTKIMUKSET 61 4.1 Tyhjätilan mittausmenetelmät 61 4.2 Maatutka / RAMK 61 4.3 Ruotsalainen / Pohjoismainen Prall -selvitys 61 4.4 Pohjoismainen Creep / Prall -selvitys 61 4.5 Kitkamittausmenetelmien vertailuselvitys 62 5 MITTAUSEPÄVARMUUSTIEDON SOVELTAMINEN 68 6 YHTEENVETO 69 6.1 Näytteenotto 69 6.2 Vertailukokeet ennen ja nyt 69 6.3 Tieto mittausepävarmuudesta 69 6.4 Rinnakkaistutkimukset 70 6.5 Kehitystä vaativat menetelmät 70 6.6 Puutteet 70 7 SUOSITUKSET 71 7.1 Tarvittavat lisätutkimukset, -selvitykset ja uudet vertailukokeet 71 7.2 Tarvittava uusi ohjeistus ja prosessikuvaukset 72 7.3 Laboratorio- / palveluntarjoajakohtaiset mittausepävarmuustarkastelut 72

8 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus Kuvaluettelo Kuva 1.1. Toistettavuus (Repeatability) r. Esimerkki koetoistoista samassa laboratoriossa toistettavuusolosuhteiden vallitessa. Kertoimen 2.8 tarkka arvo on 2.77. [15]. Kuva 1.2. Uusittavuus (Reproducibility) R. Esimerkki koetoistoista useissa laboratorioissa uusittavuusolosuhteiden vallitessa. Esimerkkikaavan tuloksena on uusittavuuden ylälikiarvo [15]. Kuva 2.1. Mittaustulos, mittausepävarmuus ja yläraja-arvo. Keskiarvon tulisi kuvan tapauksessa olla yläraja-arvon alapuolella. Kuva 2.2. Tulosten jakautuma, mittausarvo ja mittausepävarmuuksien rajoittama alue. Kuva 3.1. Testinäytteiden kuulamyllyarvot (A N ) eri raekokolajitteissa [40]. Kuva 3.2. Mittausepävarmuuden määritys yksittäismittaukselle /Jonasson 2006 [22]/. Kuva 4.1. Kitkanmittaustuloksia bitumin pintaannousukohdilta (vt 7, SMA 16). Kuva 4.2. Kitkanmittaustuloksia uudelta asfalttibetonilta (mt 1492). Taulukkoluettelo Taulukko 3.1. Asfalttimassan ja asfalttipäällysteen tiheys- ja tyhjätilamääritystentoistettavuus ja uusittavuus PANK menetelmien ja SFS-EN standardien mukaan. Taulukko 3.2. Tyhjätilatulosten yhteenveto Taulukko 3.3. Vertailumittauksen (1997) perusteella laskettu tiheysmittauksen uusittavuus ja toistettavuus (päällysteen tiheys ulkomittamenetelmän mukaan). Taulukko 3.4. Massan tiheyden vertailukokeen (1999) tulokset (PANK 4109, Ricen menetelmä) ja vertailu ulkomaisiin tutkimustuloksiin. Taulukko 3.5. Halkaisuvetolujuuskoemenetelmän TIE 452 toistettavuus ja uusittavuus avoimella asfaltilla AA12/B120, T=10 C (vertailukoe 1995). Taulukko 3.6. Vedenkestävyyskoemenetelmän TIE 407 toistettavuus ja uusittavuus avoimella asfaltilla AA12/B120, T=10 C (vertailukoe 1995). Taulukko 3.7. Halkaisuvetolujuuskoemenetelmän SFS-EN 12697-23 toistettavuus ja uusittavuus, T=10 C (vertailukoe 2006). Taulukko 3.8. Vedenkestävyyskoemenetelmän SFS-EN 12697-12 toistettavuus ja uusittavuus, T=10 C (vertailukoe 2006). Taulukko 3.9. Prall -menetelmä SFS-EN 12697-16 toistettavuus ja uusittavuus (vertailukoe 1998). Taulukko 3.10. Prall -menetelmä SFS-EN 12697-16 toistettavuus ja uusittavuus, (vertailukoe 2006). Taulukko 3.11. Prall -menetelmän SFS-EN 12697-16A toistettavuus ja uusittavuus, Pohjoismaisen vertailukokeen tulostaulukko. Tulokset sekä ennen korjaavia toimenpiteitä että niiden jälkeen (vertailukoe 2007). Taulukko 3.12. SRK -menetelmän toistettavuus ja uusittavuus, (vertailukoe 1995). Taulukko 3.13. SRK -menetelmän toistettavuus ja uusittavuus, (vertailukoe 2006).

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 9 Taulukko 3.14. Kuulamyllykokeen SFS-EN 1097-9 menetelmän toistettavuus ja uusittavuus, (vertailukoe 1989). Taulukko 3.15. Los Angeles -kokeen SFS-EN 1097-2 menetelmän toistettavuus ja uusittavuus, (vertailukoe 1979). Taulukko 3.16. Jäykkyysmoduulin määrityksen toistettavuus ja uusittavuus (T. Vasama 2006 [30]). Taulukko 4.1 Sivukitkamittauksen PANK 5201 toistettavuus (päällyste SMA, ikä 1-2 kk) [38]).

10 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 11 JOHDANTO 1 JOHDANTO 1.1 Yleistä Laadun osoituksen menetelmät ja niihin liittyvät arvonmääritysmenettelyn kriteerit ovat herkkiä laadunmittaustulosten tasoeroille ja mittausepätarkkuudelle. Tästä aiheutuu urakoitsijalle tuottajasta riippumaton riski, joka joudutaan sisällyttämään urakkahintaan. Tämä taas lisää tilaajan kustannuksia. Jos menetelmien ja palveluntuottajien laitekohtaiset epätarkkuudet ja toistettavuudet tunnetaan, voidaan valita tarkoituksenmukaiset todentamismenetelmät, varmistaa palveluntuottajien tulosten vertailtavuus ja määrittää arvon määrittämiselle realistiset kriteerit ja tulkintamenettelyt. Laajemman selvityksen tavoite on määrittää menetelmille, joita Suomassa käytetään toimivuusvaatimuspohjaisissa hankinnoissa arvon määräytymisen perusteina, eri syistä johtuvat epätarkkuusarviot (myös tunnuslukuja, kuten toistettavuus ja uusittavuus). Menetelmäkohtaisen laatutason tuntemista tarvitaan erityisesti uusissa hankintakäytännöissä, esim. pitkän aikavälin palvelusopimuksissa. Tarvetta lisää toimivuuden ennustaminen sekä laboratoriokokeiden että pintamittausmenetelmien osalta. Urakoitsijalle poikkeava laboratoriotulos voi aiheuttaa väärän materiaalin, ratkaisun tai strategian valinnan ja johtaa ennenaikaisiin tai ylimääräisiin korjaustoimenpiteisiin. Määritysepätarkkuudesta johtuva, virheellinen todentamismittaustulos voi johtaa toisaalta perusteettomiin arvonalennuksiin tai ainakin ylimääräisiin todentamismittauksiin, sekä johtaa vääriin päätöksiin toimenpiteiden ajoituksen suhteen erityisesti tarjousvaiheessa, jolloin arvioidaan tulevaa toimivuuskäyttäytymistä. Tilaajan kannalta epätarkat, systemaattista virhettä sisältävät mittaustulokset voivat lyhyellä aikavälillä johtaa väärään johtopäätökseen tuotteen pitkäaikaiskäyttäytymisestä. Myös urakoitsijan oma tuotekehitystyö edellyttää sekä laboratorio että pintamittausmenetelmiltä rajallista ja tunnettua määritysepätarkkuutta tuotteiden ja tuotannon kehittämisen näkökulmasta. Tutkimuksen laajuuden takia (paljon lisämittauksia ja selvityksiä, joiden työmäärää ja kustannuksia on vaikea etukäteen arvioida), esiselvitysvaiheessa (VAIHE 1) kartoitettiin nykytila ja olemassa oleva aineisto. Esiselvityksen tulos on suositus jatkossa tarvittavista lisäselvityksistä, mittauksista ja tutkimuksista. Jatkotutkimusten (VAIHE 2 ) tuloksena syntyvät ja tarkentuvat menetelmäkohtaiset mittausepätarkkuusarviot, jotka kattavat menetelmien sisäisen hajonnan ja ulkoisen toistettavuuden.

12 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus JOHDANTO 1.2 Määritelmiä Mittausmenetelmien yhteydessä käytetään mm. seuraavia menetelmien mittaustarkkuuteen liittyviä käsitteitä: Poikkeama (bias) Mittausepävarmuus (uncertainty) Stardardiepävarmuus (standard uncertainty) Yhdistetty mittausepävarmuus (combined standard uncertainty) Laajennettu stardardiepävarmuus (expanded uncertainty) Toistettavuus, r (repeatability) Uusittavuus, R (reproducibility) Kattavuuskerroin (Peittävyyskerroin) Ekvivalenttimelu ka, kh KM Tutkimustuloksen ja hyväksytyn vertailuarvon ero. Mittaustulokseen liittyvä parametri, joka kuvaa mittaussuureen arvojen oletettua vaihtelua jollain riskitasolla Mittausepävarmuus, joka ilmaistaan tutkimustulosten keskihajonnan avulla Mittaustulokseen vaikuttavien osatekijöiden standardiepävarmuuksien yhdistelmä Kattavuuskertoimella kerrottu yhdistetty mittausepävarmuus. Saman mitattavan suureen peräkkäisten mittaustulosten paikkansapitävyys, kun mittaukset suoritetaan toistettavissa olosuhteissa lyhyellä aikavälillä (samat tekijät, laitteet, lämpötilat yms.). Kuva 1.1. Saman mittaussuureen mittaustulosten yhtäpitävyys, kun mittaukset suoritetaan samasta näytteestä, samalla menetelmällä eri laboratorioissa. Kuva 1.2. Kerroin k, jonka avulla kerrottu mittausepävarmuus vastaa tuloksissa noin 95 % luottamusväliä. Tyypillisesti, esim. MIKES:in ohjeissa k = 2. Keskiäänitaso, Ympäristöministeriön suosituksen mukaan tulisi käyttää termiä keskiäänitaso keskiarvo, keskihajonta kuulamyllyarvo

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 13 JOHDANTO Kuva 1.1. Toistettavuus (Repeatability) r. Esimerkki koetoistoista samassa laboratoriossa toistettavuusolosuhteiden vallitessa. Kertoimen 2.8 tarkka arvo on 2.77. [15]. Kuva 1.2. Uusittavuus (Reproducibility) R. Esimerkki koetoistoista useissa laboratorioissa uusittavuusolosuhteiden vallitessa. Esimerkkikaavan tuloksena on uusittavuuden ylälikiarvo [15]. Tässä raportissa mainitaan myöhemmin sekaisin sekä PANK- että EN - menetelmiä. Näiden menetelmien vastaavuuksista löytyy listaus SFS Käsikirjasta 165-1/2 Asfalttimassat. Testausmenetelmät. Osat 1 ja 2.

14 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus JOHDANTO 1.3 Tutkimuksen tavoite Esiselvityksen tavoitteena on selvittää, millaisia tutkimuksia tarvitaan, jotta saadaan selville eri mittauksien tarkkuus ja mahdolliset toimenpiteet tarkkuuden parantamiseksi. Esiselvityksen tarkoitus on kuvata mittausmenetelmien nykytilanne: mittauspalvelujen tuottajat Suomessa menetelmien mittausperiaatteet, nykyinen käyttötapa ja kalibrointimenettely nykytilaan liittyvät epäkohdat kartoittaa olemassa oleva aineisto listata käynnissä olevat rinnakkaistutkimukset todeta tarve ja tavoitetilanne eri osapuolien kannalta Esiselvitykseen mukaan otetut menetelmät (maasto ja laboratorio) ovat: PTM (ura, IRI, sivukaltevuus), melu, kulutuskestävyys (SRK, Prall), vedenkestävyys (massa, HVL -koe), kuulamylly, poranäytteen tyhjätila (tiheys). Melumittauksen osalta pohdittiin lähinnä mittaustavan edustavuutta. Uusina, lähinnä tilannekatsauksenluonteisesti käsiteltävinä tiepinnan mittausmenetelminä kirjattiin kitka, PTM:n osalta megakarkeus ja harjanteen korkeus. Esiselvitys antaa suosituksen jatkotutkimuksille (lisäkokeet, mittausohjeiden tarkennukset, laitteiden tarkemmat määritykset), jotka ovat välttämättömiä tarkkuuden määrittämiseksi ja lisäämiseksi. Esiselvityksen lähtöaineistona käytettiin mm. PANK ry:n ja muiden alan toimijoiden järjestämien vertailukokeiden tuloksia (liite 1).

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 15 MENETELMIEN TARKKUUS 2 MENETELMIEN TARKKUUS 2.1 Yleistä Tieto tutkimusmenetelmien tarkkuudesta on keskeinen osa tuotteiden tai toimitusten vaatimustenmukaisuuden toteamista. Vaatimukset asetetaan hankintasopimuksiin kuuluvissa laatuvaatimusasiakirjoissa. Menetelmien tarkkuustieto on osa tutkimusmenetelmän ja tutkimuksen suoritustavan luotettavuuden arviointia. Menetelmän tarkkuus tulee olla tiedossa, kun tehdään johtopäätöksiä vaatimustenmukaisuuskokeiden tulosten perusteella. Näistä johtopäätöksistä voi olla suuria taloudellisia seuraamuksia urakan eri osapuolille ja siksi on ensi arvoisen tärkeää, että käytettävän menetelmän tarkkuus tunnetaan. Lisäksi on kuvattava prosessi, jota käytetään jos määritysten ja mittausten laatu kyseenalaistetaan. 2.2 Tarkkuuden arviointi Menetelmien tarkkuuden arviointi on määrämuotoista toimintaa, joka perustuu kansainvälisten standardien mukaisiin menettelytapoihin. Mittaustulosten toistettavuuden, uusittavuuden ja todenmukaisuuden arvioiden tulisi perustua standardin ISO 5725 mukaisesti tehtyihin vertailukokeisiin ja ne tulisi julkaista mittausmenetelmien menetelmäkuvausten yhteydessä. Vertailukokeiden tulisi tuottaa arvio laboratorioiden sisäisistä ja välisistä mittaustulosten variansseista sekä menetelmien mittausepävarmuudesta ja tutkimustulosten oikeellisuudesta. Laboratorioiden, jotka toimivat standardin ISO 17025 [1] akkreditoinnin mukaan tulisi arvioida käyttämiensä (akkreditoitujen) menetelmien mittausepävarmuus ja ilmoittaa se tarvittaessa. Mittausepävarmuuden arviointi perustuu laajasti GUM -ohjeeseen [2]. Keskeinen tarkkuuden määrittämiseen liittyvä standardi on ISO 5725, joka koostuu kuudesta eri osasta [3-8]: ISO 5725-1 sisältää menetelmien tarkkuuden arvioinnin yleiset periaatteet ja määritelmät. ISO 5725-2 sisältää mittausmenetelmien toistettavuuden ja uusittavuuden määrittämisen perusmenetelmän, jonka oletettu perusmalli on kaavan 2.1 mukaista muotoa y = m + B + e (2.1) missä: y on testitulos m keskiarvo B laboratorion poikkeamakomponentti toistettavuusolosuhteissa e satunnaisvirhe toistettavuusolosuhteissa

16 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus MENETELMIEN TARKKUUS ISO 5725-3 sisältää standardoidun mittausmenetelmän tarkkuuden keskitason mittauksissa, joissa laboratorion poikkeamakomponentti on jaoteltu kaavan 2.2 mukaan osiin, jotka riippuvat esim. mittaajasta, laitteesta, ympäristöstä jne. B = B + B(1) + B(2)... (2.2) 0 + ISO 5725-4 sisältää perusmenetelmät standardoidun mittausmenetelmän oikeellisuuden arvioimiseksi. Oikeellisuuden arviointi perustuu kaavaan 2.3: m = μ + Δ (2.3) missä: µ on todellinen arvo tai tutkittavan ominaisuuden hyväksytty vertailuarvo Δ laboratorion poikkeama ISO 5725-5 sisältää vaihtoehtoisia menetelmiä mittausmenetelmän tarkkuuden arvioimiseksi ISO 5725-6 sisältää ohjeet tarkkuusarvojen käytöstä käytännön tilanteissa. Tarkkuuskokeiden suoritustavasta ja standardin ISO 5725 soveltamista on annettu ohjeita teknisessä raportissa ISO/TR 22971 [9]. Mittausepävarmuuden määrittämisestä on annettu ohjeita mm. GUM -ohjeessa [2] sekä ISO:n teknisissä ohjeissa [9] ja [10]. Myös Mittatekniikan keskus on tuottanut suomenkielistä aineistoa ja ohjeita mittausepävarmuuden määrittämisestä. 2.3 Tarkkuuden osatekijät 2.3.1 Vertailukokeen vaatimukset Vertailukoe on organisoitava siten, että sen avulla: a) Tuotetaan kattava valikoima tuloksia, joiden perustana riittävällä määrällä laboratorioita (p lab ) osoitetaan, että testausohjelma on hyvin valvottu ja riittävä uusittavuuden arviointiin tarvittavan hajonnan määrittämiseksi, tutkitaan riittävä määrä (q) näytetyyppejä tai tuotteita edustamaan tulosten eri tasoja tai toimivuutta. Minimi näytetyyppien määrä on kaksi (esim. eri koostumuksia), mutta 5-10 kpl on suositeltava määrä, riittävällä määrällä (n) rinnakkaismäärityksiä voidaan todeta, että menetelmä on hyvin hallinnassa yksittäisessä laboratoriossa. Jos laboratorioiden määrä ja tutkittavien tasojen määrä ovat riittäviä, riittää kaksi rinnakkaisnäytemääritystä.

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 17 MENETELMIEN TARKKUUS b) Osallistuvat laboratoriot raportoivat tulostaulukot, jotka sisältävät toistettavuusolosuhteissa saadut tulokset osallistuvien laboratorioiden (q kpl) näytetyypistä, (n kpl) rinnakkaismäärityksistä ja tulokset analysoidaan tilastollisesti standardin ISO 5725 edellyttämällä tavalla. 2.3.2 Tarkkuuskokeeseen osallistuvien henkilöiden tehtävät Laboratorioiden välinen tarkkuuskoe on kallis sekä järjestäjälle että osallistujille. Tästä syystä kokeiden tulee olla hyvin koordinoituja ja suunniteltuja. Kokeen suoritukseen osallistuvat: tutkimuksen vastuuhenkilö, joka valmistelee, koordinoi ja tekee johtopäätökset tilastomatemaatikko, joka vastaa koetulosten tilastomatemaattisesta analyysistä laboratoriot, jotka käyttävät ja noudattavat tutkittavaa standardoitua menetelmää. Tutkimuksen vastuuhenkilön tulisi olla perehtynyt tutkittavaan menetelmään, mutta hänen ei tulisi itse tehdä kokeita. Laboratoriohenkilöstön tulisi olla hyvin perehtynyt tutkittavaan menetelmään. Tilastomatemaatikolle asetetaan vertailukokeessa erityisen suuria tavanomaisesta näytetestauksesta poikkeavia vaatimuksia. Tilastomatemaatikko saa projektipäälliköltä raakatulokset jaoteltuna osallistuvan laboratorion ja tutkittavien tasojen mukaan kolmessa määrämuotoisessa taulukossa, joista: yksi sisältää yksittäisten näytteiden raakatulokset, toinen sisältää yksittäisten näytteiden raakatulosten keskiarvot ja kolmas sisältää keskihajonnat. Ennen tulosten tilastollista käsittelyä on suositeltavaa, että tilastomatemaatikko tarkastelee tuloksia graafisesti esim. standardissa ISO 5725-2 esitettyjen tyyppikuvien avulla. Graafisten kuvien avulla voidaan yksittäisistä tuloksista tehdä alustavia päätelmiä kunkin laboratorion osalta tuloksiin sisältyvistä mahdollisista poikkeavista havainnoista. 2.3.3 Poikkeavat havainnot 2.3.3.1 Luotettavuustaso Poikkeavien havaintojen (outlier) käsittely on esitetty standardin ISO 5725-2 kohdassa 7. Poikkeavaa havaintoa voidaan pitää tuloksena, joka poikkeaa riittävästi muista tuloksista, jotka osallistuvat jatkotutkimuksiin. Riippuen siitä, minkä tyyppisen jakauman tulokset muodostavat, havainto, joka näyttää olevan poikkeava, voisi kuitenkin olla hyväksyttävä. Standardi ISO 5725 suosittelee luotettavuustasolle 95 % termiä straggler (testitulos poikkeaa tilastollisesti merkitsevästi) ja luotettavuustasolle 99 % termiä statistical outlier (testitulos poikkeaa tilastollisesti erittäin merkitsevästi).

18 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus MENETELMIEN TARKKUUS 2.3.3.2 Perusolettamukset Poikkeavien havaintojen tutkimiseen käytetyt testit perustuvat olettamukseen, että tutkimustulosten jakauma on normaalijakauman mukainen tai vähintään joka tapauksessa enintään yksihuippuinen. Lisäksi standardin mukaan tehdään olettamuksia koetulosten määristä, jotta tulokset ovat tasapainossa. Kokeiden tulee olla tehty toistettavuusolosuhteissa. 2.3.3.3 Poikkeavien havaintojen käsittely Kun käsitellään poikkeavia havaintoja, niitä ei hylätä pelkästään tilastomatemaattisin perustein. Jokaisesta poikkeavasta havainnosta tulee selvittää syy, miksi se poikkeaa muista havainnoista. Poikkeaviin havaintoihin kohdistuvien lisäselvitysten avulla voidaan päätellä, onko poikkeamille tilastomatemaattista selitystä, mutta tilastomatematiikka ei selitä poikkeamien syitä. Poikkeamien syyt voidaan selvittää vain muiden lisäselvitysten avulla. Jos keskeiset tutkittavat tasot on analysoitu Cochranin tai Grubbsin tai muiden tarkoitukseen soveltuvien testien avulla eikä ole havaittu poikkeavia havaintoja, analysoidaan myös muut tasot. Jos todetaan, että jonkin laboratorion eri tutkittavilla tasoilla on useita poikkeavia havaintoja, voidaan harkita, olisiko kaikki tämän tason tiedot tutkittava uudelleen. Edelleen tulee harkita, pitäisikö hylätä yksittäisen laboratorion poikkeavat tulokset vai kyseisen laboratorion kaikki tulokset. Cochranin testillä testataan, onko jonkin laboratorion tai tason rinnakkaisnäytteiden tuloksissa poikkeavan suuria keskihajontoja. Cochranin testille ovat vaihtoehtoina Bartletin, Levenen ja Hartleyn testit. Grubbsin testillä testataan, onko jonkin laboratorion tai tason rinnakkaisnäytteiden keskiarvoissa poikkeavan suuria arvoja. Grubbsin testin vaihtoehto on Dixonin testi. 2.3.3.4 Tilastolliset johtopäätökset Tutkimuksen vastuuhenkilö päättää tilastomatemaatikon analyysin perusteella säilytetäänkö, hylätäänkö vai käsitelläänkö, jotain osaa tuloksista muulla tavoin. Tämän jälkeen tilastomatemaatikko tekee tilastollisen analyysin tarkennetulla aineistolla (ilman poistettuja havaintoja) ja laskee jokaiselle tutkittavalle tasolle toistettavuuden (r) ja uusittavuuden (R) tunnusluvut [6]. 2.3.3.5 Mittaustarkkuuden käsitteitä Mittausepävarmuus on mittaustulokseen liittyvä parametri, joka kuvaa mittaussuureen arvojen oletettua vaihtelua (SFS 3700, 1998). MIKESin Metrologian oppaan [12] mukaan mittausepävarmuutta arvioitaessa tulee ottaa huomioon mm. seuraavat näkökohdat: 1. Edellä esitetty parametri voi olla esim. keskihajonta (tai sen monikerta) tai puolet luottamusvälin leveydestä.

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 19 MENETELMIEN TARKKUUS 2. Mittausepävarmuus muodostuu yleensä useista osista. Jotkut näistä osista voidaan arvioida mittaussarjan tulosten tilastollisesta jakautumasta ja niitä voidaan kuvata kokeellisen keskihajonnan avulla. Toisia osia, joita voidaan kuvata samoin keskihajonnan avulla, arvioidaan kokemukseen tai muuhun informaatioon perustuvan oletetun todennäköisyysjakautuman perusteella. 3. On ymmärrettävää, että mittaustulos on paras mittaussuureen arvon estimaatti ja että kaikki epävarmuustekijät vaikuttavat vaihteluun; mukaan lukien ne, jotka aiheutuvat systemaattisista tekijöistä, kuten korjauksista ja referenssinormaaleista. Kuva 2.1. Mittaustulos, mittausepävarmuus ja yläraja-arvo. Keskiarvon tulisi kuvan tapauksessa olla yläraja-arvon alapuolella. Kuvassa 2.1 on esitetty neljä vaihtoehtoa: 1 Mittaustulos ja epävarmuusarvio raja-arvon yläpuolella 2 Mittaustulos raja-arvon yläpuolella, mutta raja-arvo epävarmuusarvion sisällä 3 Mittaustulos raja-arvon alapuolella ja raja-arvo epävarmuusarvion sisällä 4 Mittaustulos ja epävarmuusarvio raja-arvon alapuolella. Mittausepävarmuustietoja tarvitaan, kun halutaan arvioida onko mittaustuloksen tarkkuus riittävä esim. tietyn päätöksenteon kannalta sekä vertailtaessa eri laboratorioiden tuloksia keskenään. Kuvassa 2.1 oleva mittaustulos 1 ei täytä epävarmuusarvionkaan perusteella vaatimuksia, kun taas tulos 2 ja 3 ovat mittausepävarmuuden puitteissa hyväksyttävissä, mutta vaativat tapauskohtaista harkintaa. Tulos 4 osoittaa myös mittausepävarmuuden osalta täyttävänsä annetut vaatimukset käytetyllä luotettavuusvälillä. Mittausepävarmuus on kvantitatiivinen arvio niistä rajoista, joiden sisäpuolella mittaustuloksen (esim. asfaltin tyhjätila) oletetaan olevan tietyllä todennäköisyydellä. Käytännön mittauksissa mittaustuloksen mittausepävarmuuteen voi vaikuttaa monet tekijät, kuten näytteenotto, matriisin vaikutus ja sen aiheuttamat häiriöt, ympäristöolosuhteet, massan ja tilavuuden määritykseen liittyvät epävarmuudet, vertailuarvot, mittausmenetelmään liittyvät arviot ja oletukset ja satunnaiset vaihtelut.

20 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus MENETELMIEN TARKKUUS 2,5 % x + U 95 % x x - U 2,5 % Kuva 2.2. Tulosten jakautuma, mittausarvo ja mittausepävarmuuksien rajoittama alue. Mittausepävarmuus lasketaan tilastollisia menetelmiä käyttäen. Tällöin puhutaan tyypin A mittausepävarmuusarviosta. Tyypin B mittausepävarmuusarvio määritetään muilla kuin tilastollisilla analyyseillä (esim. aikaisemmat kokemukset, kirjallisuustiedot, valmistajan ilmoittavat arvot). Lopullinen mittaustulokseen liittyvä mittausepävarmuus ilmaistaan yleensä ns. laajennettuna epävarmuutena (expanded uncertainty, U), joka saadaan kertomalla yhdistetty mittausepävarmuus u c peittävyyskertoimella k, jonka arvo on yleensä 2 (esim. analyyttisen kemian mittauksissa). Tämä vastaa likimain 95 %:n suuruista luotettavuusväliä, eli ilmoitettujen mittausepävarmuusrajojen sisällä on n. 95 % tuloksista, kuva 2.2. On tärkeätä erottaa käsitteet mittausvirhe ja mittausepävarmuus toisistaan. Mittausvirhe on mittaustuloksen ja mittaussuureen todellisen arvon ero. Mittausvirhe on siten yksittäinen arvo, jota voidaan käyttää tietyn tuloksen korjaukseen. Mittausepävarmuus toisaalta on taas muodoltaan vaihteluväli, jota voidaan soveltaa kaikkiin tietyn mittausmenetelmän tuloksiin. Mittaustuloksen mittausepävarmuuden arvioinnista on esitetty yksi menettelytapa MIKESin opaskirjassa [12]. Arviointiin liittyy neljä vaihetta: 1. Mittaustuloksen määrittely yksityiskohtaisen mittausmenetelmäkaavion avulla 2. Kaikkien mahdollisten epävarmuuslähteiden identifiointi 3. Epävarmuustekijöiden kvantitatiivinen määrittäminen 4. Yhdistetyn mittausepävarmuuden laskeminen.

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 21 MENETELMIEN TARKKUUS Yhdistetty mittausepävarmuus lasketaan [13] kaavalla 2.4: 2 2 c ( y) i X i ( u( x )) 2 u = (2.4) missä: u c (y) on yhdistetty standardiepävarmuus u(x i ) yksittäisen lähtösuureen standardiepävarmuus Yleensä mittausepävarmuudesta lasketaan laajennettu epävarmuus U, joka saadaan kertomalla yhdistetty epävarmuus u c (y) kattavuuskertoimella k (kaava 2.5). Yleensä k on väillä 2 3. (GUM). U = k (2.5) u c Mittaustulos tulisi ilmoittaa mitatun arvo (y) laajennetun mittausepävarmuuden (U) ja valitun ja esitetyn kattavuuskertoimen (k) avulla kaavan 2.6 mukaisesti: Tulos = y ± U ( k = ) (2.6) Yhtenä yksittäisenä lähtösuureena kaavassa on mittaustuloksen käyttötarkoituksesta riippuen mittausmenetelmän uusittavuus tai toistettavuus.

22 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus AINEISTO 3 AINEISTO 3.1 Tyhjätilan mittaus 3.1.1 Yleistä Päällysteen kappaletiheyden ja tyhjätilan laboratoriossa käytettävien mittausmenetelmien tarkkuutta selvitettiin v. 1994-97 tehtyjen vertailukokeiden tulosten perusteella. Asfalttipäällysteen tyhjätila (TT) on bitumipäällysteisten kivirakeiden väliin jäävien huokosten tilavuus prosentteina tiivistetyn päällysteen tilavuudesta. Suomessa vakiintuneella termillä tyhjätila tarkoitetaan yleensä standardin mukaista tyhjätilaa. Huokoset voivat olla vesi- tai ilmatäytteisiä. Asfalttimassan maksimitiheys (ρ m ) on asfalttimassan massan ja tilavuuden suhde tunnetussa testilämpötilassa, kun huokosia ei oteta huomioon (kiintotiheys). SFS-EN menetelmän termi asfalttimassan maksimitiheys on korvannut aiemman PANK -menetelmän termin massan tiheys. Asfalttinäytteen kappaletiheys (ρ b ) on massan ja tilavuuden suhde tunnetussa testilämpötilassa huokoset mukaan lukien (irtotiheys). SFS-EN menetelmän termi asfalttinäytteen kappaletiheys on korvannut aiemman PANK - menetelmän termin päällysteen tiheys. 3.1.2 Asfalttimassan maksimitiheys Asfalttimassan maksimitiheys (maximum density) määritetään standardin SFS-EN 12697-5 mukaan. Standardissa esitetään kolme vaihtoehtoista tapaa maksimitiheyden määrittämiseksi: A. Volymetrinen menettely B. Hydrostaattinen menettely C. Matemaattinen menettely Menettelyissä A-C asfalttimassan maksimitiheyden määritys perustuu seuraaviin periaatteisiin: Volymetrisessä menettelyssä näytteen kuivamassa määritetään ilmapunnituksin ja tilavuus (ilman huokosia) mitataan sen syrjäyttämän vesi- tai liuosmäärän avulla pyknometrissä. Asfalttimassan maksimitiheys lasketaan jakamalla kuivamassa näytteen tilavuudella (ilman huokosia). Hydrostaattisessa menettelyssä näytteen kuivamassa määritetään ilmapunnituksin ja tilavuus (ilman huokosia) määritetään ilmavesipunnituksin. Asfalttimassan maksimitiheys lasketaan jakamalla kuivamassa näytteen tilavuudella (ilman huokosia). Matemaattisessa menettelyssä asfalttimassan maksimitiheys lasketaan sen koostumuksen ja osa-aineiden tiheyksien perusteella.

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 23 AINEISTO Standardin SFS-EN 12697-5 hydrostaattinen menettely B korvaa aiemman menetelmän PANK-4109 (Ricen menetelmä) ja matemaattinen menettely C korvaa menetelmän PANK-4108 (Laskennallinen menetelmä). 3.1.3 Asfalttinäytteen kappaletiheys Asfalttinäytteen kappaletiheys (bulk density) määritetään standardin SFS-EN 12697-6 mukaan. Standardissa esitetään neljä vaihtoehtoista menettelyä asfalttinäytteen kappaletiheyden määrittämiseksi: A. kuivamenettely (hyvin tiivispintaisille näytteille) B. kyllästetty pintakuivamenettely (SSD) tiivispintaisille näytteille C. pinnoitusmenettely (avoin- tai karkeapintaisille näytteille) D. ulkomitoilla ilmaistu (näytteille, joilla on säännöllinen pinta ja geometrinen muoto, esim. lieriö) Menettelyissä A-D asfalttinäytteen kappaletiheyden määritys perustuu seuraaviin periaatteisiin: kuivamenettelyssä kappaletiheys määritetään ilma-vesipunnitusten perusteella kyllästetty pintakuivamenettelyssä kappaletiheys määritetään ilmaja vesipunnitusten perusteella sekä kyllästetyn pintakuivan näytteen punnitusten perusteella pinnoitusmenettelyssä näytteen ilmapunnitusten sekä (esim. parafiinillä) pinnoitetun näytteen ilma- ja vesipunnitusten perusteella ulkomittoihin perustuvassa menettelyssä näytteen massa jaetaan ulkomittojen perusteella lasketulla tilavuudella. Standardin SFS-EN 12697-6 kuivamenettely A korvaa aiemman menetelmän PANK-4110 (Ilma-vesipunnitus menetelmä) ja kyllästetty pintakuivamenettely B korvaa menetelmän PANK-4112 (Imeytys-pintakuivamenetelmä IPK) ja ulkomittoihin perustuva menettely D korvaa menetelmän PANK-4111 (ulkomittamenetelmä). 3.1.4 Asfalttinäytteen tyhjätila Asfalttipäällysteen tyhjätila lasketaan käyttäen asfalttimassan maksimitiheyttä ja asfalttinäytteen kappaletiheyttä kaavalla 3.1: ρ m ρb vm = 100% ρ m (3.1) missä: v m on massan tyhjätilatilapitoisuus (%), ilmoitetaan 0,1 %-yksikön tarkkuudella ρ m asfalttimassan maksimitiheys (kg/m 3 ) ρ b asfalttinäytteen kappaletiheys (kg/m 3 ) Koska asfalttipäällysteen tyhjätila määritetään asfalttimassan maksimitiheyden ja asfalttimassan kappaletiheyden perusteella laskennallisena suureena, riippuu tyhjätilan määritysten tarkkuus näiden tiheysmääritysten tarkkuudesta.

24 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus AINEISTO Tiheyden määritysmenettelyjä on useita vaihtoehtoja, koska tiheyden määritystapa tulee valita ottaen huomioon asfalttinäytteen huokoisuus ja muoto. Väärin valittu tiheyden määritystapa johtaa suureen epätarkkuuteen tyhjätilan määrityksessä. Asfalttinormien 2000 laatuvaatimukset perustuvat tyhjätilan osalta asfalttinäytteen kappaletiheyksiin, jotka määritetään AB- ja ABS -näytteille ilma-vesipunnituksella SMA- ja ABK -näytteillä ilma-vesipunnituksella (2008 kyllästetty pintakuiva) AA -näytteillä ulkomittojen perusteella. Tyhjätilan määritysmenetelmän SFS-EN 12697-8 tarkkuus lasketaan asfalttimassan maksimitiheyden ja asfalttinäytteen kappaletiheyden määritysmenetelmien tarkkuuksien avulla käyttäen kaavaa 3.2. ρ x / y y 2 ρ + x 2 x y 4 2 ρ 2 y = (3.2) missä: ρ x/y on koetulosten tarkkuuden määrittelyn keskihajonta, joka perustuu kyseisen massan tyhjätilan määrään ρ x keskihajonta standardin EN12697-5 mukaan ρ y keskihajonta standardin EN12697-5 mukaan x tutkittavan massan kappaletiheyden keskiarvo y tutkittavan massan maksimitiheyden keskiarvo.

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 25 AINEISTO Taulukko 3.1. Asfalttimassan ja asfalttipäällysteen tiheys- ja tyhjätilamääritystentoistettavuus ja uusittavuus PANK menetelmien ja SFS-EN standardien mukaan. PANK-menetelmien tarkkuustietoja: keskihajonta, toistetta- keski- uusitta- r vuus hajonta, R vuus Menetelmä σ r r σ R R HUOM: Asfalttimassan tiheys, laskennallinen menetelmä PANK 4108 ei ilm. ei ilm. ei ilm. ei ilm. menetelmän tarkkuus riippuu laskennassa tarvittavien suureiden määritystarkkuudesta (ks.astm D 4460) Asfalttimassan tiheys, Ricen menetelmä Asfalttipäällyste tiheys, ilma-vesi- PANK 4109 PANK 4110 kg/m 3 6.4 18 19 53 ASTM D 2041 kg/m 3 4 11 8 22 ruotsal. 00227110 TG2, nr 1.4b 1S 0.0124 1S 0.0269 D2S 0.035 D2S 0.076 ASTM D 2726 (SSD), ei ilmoitettu tarkkuuden mittayksikköä) Asfalttipäällyste tiheys, ulkomittamenetelmä Asfalttipäällyste tiheys, imeytyspintakuivamenetelmä (IPK) Asfalttipäällyste tiheys, Dor-menetelmä Asfalttipäällysteen tyhjätila ja muut tilavuussuhteet Asfalttipäällyste tiheys, Päällystetutkamenetelmä PANK 4111 PANK 4112 PANK 4113 PANK 4114 PANK 4122 ei ilm. ei ilm. ei ilm. ei ilm. Testin tarkkuus riippuu massan ja dimensioiden määritystarkkuudesta ei ilm. 27 76 ASTM 2726 ei ilm. 12 33 Hollant. rengaskoe ei ilm. 8-28 22-28 DIN 1996 kg/m 3 6,0±0,1A 17±0,3A 8,0±0,2A 22±0,6A pren (DIN 1996 modif.) ei ilm. ei ilm. ei ilm. ei ilm. 1.1 2.2 0.9223 Tarkkuus riippuu siitä millä tarkkuudella tiheysmääritykset on tehty, laskentamenettely ASTM D4460, pren227110 ja pren 227111) mittaustarkkuus ±0,9 %-yksikköä yksittäisissä pisteissä verrattuna poranäytetuloksiin SFS-EN-menetelmien tarkkuustietoja: keskihajonta, r toistettavuus keskihajonta, R uusittavuus r R Menetelmä σ r 2,77xσ r σ R 2,77xσ r HUOM: Asfalttimassan maksimitiheys Asfalttimassan kappaletiheyden määritys Päällysteen tiheyden määritys radiometrisellä mittausmenetelmällä Asfalttinäytteen tyhjätilan määritys SFS-EN 12697-5 kg/m 3 4 11 8 22 käytettäessä vettä kg/m 3 7 19 15 42 käytettäessä liuotinta SFS-EN 12697-6 kg/m 3 6+0,1*A 17+0,3*A 8+0,2*A 22+0,6*A SFS-EN 12697-7 tarkkuutta ei ole määritetty SFS-EN 12697-8 % (v/v)alla maksimitiheyden ja kappaletiheyden perusteella Toistetavuus, r (sama tekijä, laitteet, olosuhteet ja näytteet) Uusittavuus, R (eri tekijät, laitteet, olosuhteet) % (v/v) 0.4 1.1 0.8 2.2 A= yli 11,2 mm kivianeksen massaprosenttiosuus. Tarkkuustiedot inforamatiivisia DIN 1996-7:1992 mukaan Arvio uusittavuudesta 1 % asfalttinäytteen kappaletiheydestä Menetelmien EN1297-5 ja -6 keskimmäräisillä keskihajonta-arvoilla laskettu

26 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus AINEISTO 3.1.5. Päällysteen tiheyden ja tyhjätilan vertailukoetuloksia Alla, ja myöhemmin vastaavasti muidenkin menetelmien osalta, on kirjattu tiedossa olevat vertailukokeet, ajankohta, osallistujat, koordinaattori ja materiaalit sekä tulokset jos ne on määritetty. Tiheyden ja tyhjätilan vertailumittaus 1994 (viite: muistio 11.9.1994/ JV) Toteutus: 6 laboratoriota 3 massaa: SMA, AB ja Remix 10 rinnakkaisnäytettä 4 tiheyden mittaustapaa: PANK 4110 (Ilma-vesipunnitus), PANK 4112 (Imeytys-pintakuiva), TIE 412 (Parafiinikalvomenetelmä) ja PANK 4111 (Ulkomittamenetelmä) Tuloksina on raportoitu kiintotiheyden yksittäiset tulokset, keskiarvot ja keskihajonnat yksittäisten näytteiden tyhjätilamääritysten tulokset ei ole esitetty tarkkuustietoina keskihajontoja, toistettavuutta tai uusittavuutta Puuttuvia tunnuslukuja ei ole määritetty vanhoista vertailukokeista, koska jälkilaskenta vanhan aineiston pohjalta olisi epävarmalla pohjalla puutteellisen aineiston ja puutteellisen dokumentoinnin vuoksi. Teknisesti ne voisi laskea v.1996 vertailukokeista, mutta esim. poikkeamille ja eroille on vaikea löytää selityksiä, jos niitä ei ole raportoitu. Tiheyden ja tyhjätilan vertailumittaus 1995 (viite: muistio 15.1.1995/ JV) Toteutus: 4 laboratoriota 2 massaa: SMA/Norja ja SMA/Nikkari 12 rinnakkaisnäytettä, samat näytteet kiersivät kaikissa laboratorioissa Tiheys määritettiin kahdella eri PANK -menetelmällä ilma-vesipunnituksella PANK 4110 (vastaa SFS-EN 12697-6 A) ja dimensiomittauksella PANK 4111 (vastaa SFS-EN 12697-6 D) Korkeuden mittaamiseen käytetty työntömitta oli kaikilla sama, muutoin käytettiin omia laitteita. Tuloksina esitettiin: laboratorio- ja massakohtaisesti tyhjätilatulosten vaihteluväli (%) ja keskiarvo (%) sanallisesti T-testin perusteella saadut erot eri laboratorioiden mittaustulosten erojen merkitsevyydestä (dimensiot ja punnitustulokset) sekä silmämääräiset havainnot eroista ei ole esitetty tarkkuustietoina keskihajontoja, toistettavuutta tai uusittavuutta

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 27 AINEISTO Taulukko 3.2. Tyhjätilatulosten yhteenveto T Y H J Ä T I L A ( % ) Massa Lab Ulkomittamenetelmä Ilma-vesipunnitus min ka maks min ka maks SMA/Nikkari A 16,1 17,7 20,3 0,0 1,0 2,1 B 14,2 16,0 18,2-0,2 0,8 1,9 C 15,1 16,5 18,6-0,7 0,9 2,7 D 14,9 16,9 19,1-0,2 0,8 1,9 ka 16,8 0,9 SMA/ Norja A 9,0 11,1 14,0 5,2 6,3 7,4 B 8,2 10,8 12,4 5,5 6,4 7,6 C 8,8 11,1 13,0 5,5 6,4 7,7 D 7,3 10,6 13,2 5,2 6,2 7,1 ka 10,9 6,3 Muistakin tyhjätilan vertailukokeista olisi tällainen taulukko saatavissa, mutta niitä ei ole kopioitu raporttiin, koska niiden tarkkuusinformaatioarvo on suhteellisen vähäinen. Tiheyden ja tyhjätilan vertailumittaus 1/1996 (viite: muistio 4.1.1996 LOS) Toteutus: 4 laboratoriota 2 massaa: SMA/Norja ja SMA/Nikkari 4 rinnakkaisnäytettä 3 tiheyden mittaustapaa: ilma-vesipunnitus, imeytys-pintakuiva ja ulkomittamenetelmä Tuloksina on raportoitu yksittäisten näytteiden tyhjätilamääritysten (ka ja kh) tulokset ei ole esitetty tarkkuustietoina keskihajontoja, toistettavuutta tai uusittavuutta Tiheyden ja tyhjätilan vertailumittaus 2/1996 (viite: muistio 29.2.1996 LOS) Toteutus: 2 laboratoriota 2 massaa: SMA18 / Koskenkylä, 10 jyrän ylityskertaa, SMA18 / Vittakangas PANK -menetelmän mukainen jyräys 12 rinnakkaisnäytettä 3 tiheyden mittaustapaa: Ilma-vesipunnitus, imeytys-pintakuiva ja ulkomittamenetelmä ja parafiini, tyhjöpakkauskalvo määritykset ennen ja jälkeen näytteiden päiden sahauksen Tuloksina on raportoitu yksittäisten näytteiden tiheys- ja tyhjätilamääritysten (ka ja kh) tulokset ei ole esitetty tarkkuustietoina toistettavuutta tai uusittavuutta eikä tilastomatemaattista tarkastelua

28 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus AINEISTO Tiheyden vertailumittaus 1997 (viite: VTT tutkimusselostus n:o YKI 546/97) Toteutus: 14 laboratoriota 1 massa (massatyyppiä ei ilmoitettu) 10 rinnakkaisnäytettä (samat näytteet) tiheys ulkomittamenetelmällä Tuloksina on raportoitu yksittäisten näytteiden tiheysmääritysten keskiarvo ja keskihajontatulokset poikkeavat havainnot testattiin Cochranin ja Dixonin testien avulla. Laskennasta poistettiin poikkeavat havainnot, joiden tuloksissa todettiin selvät mittausvirheet. tuloksista lasketut toistettavuus- ja uusittavuusarvot on esitetty seuraavassa taulukossa. Taulukko 3.3. Vertailumittauksen (1997) perusteella laskettu tiheysmittauksen uusittavuus ja toistettavuus (päällysteen tiheys ulkomittamenetelmän mukaan). p n ka hajonta, s r hajonta, s R r R (kpl) (kpl) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) (kg/m3) 14 8-10 2388 17,4 20 49 56 Tiheyden vertailumittaus 1999 (viite: VTT tutkimusselostus n:o YKI 545/99) Toteutus: 12 laboratoriota 2 massaa: AB ja SMA 3 rinnakkaisnäytettä (samat näytteet) massan tiheys Ricen menetelmällä PANK 4109 Tuloksina on raportoitu yksittäisten näytteiden massan tiheys, keskiarvo ja keskihajonta poikkeavat havainnot testattiin Cochranin ja Dixonin testien avulla. Laskennasta ei poistettu havaintoja poikkeamien vuoksi. Kahdelle laboratoriolle, joilla tiheydet olivat alhaisemmat kuin muilla, annettiin ohjeita mittausmenetelmän tarkistamiseksi. tuloksista lasketut toistettavuus- ja uusittavuusarvot on esitetty seuraavassa taulukossa. tuloksia on verrattu myös ulkomaisiin tutkimustuloksiin, mutta tätä vertailua vaikeuttaa, että muualla tehtyjen vertailukokeiden koejärjestelyt eivät olleet tiedossa.

Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus 29 AINEISTO Taulukko 3.4. Massan tiheyden vertailukokeen (1999) tulokset (PANK 4109, Ricen menetelmä) ja vertailu ulkomaisiin tutkimustuloksiin. massa m s r s R r R kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 AB20 2440 10 27 13 38 SMA20 2544 10 28 13 37 kv. vert. s r s R r R kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 ASTM 6,4 18 19 53 Ruotsi 4 11 8 22 3.1.6. Menetelmän heikkoudet ja vahvuudet Koska asfaltin tyhjätila lasketaan päällystemassan maksimitiheyden ja asfalttinäytteen kappaletiheyden perusteella, riippuu tyhjätilamäärityksen tarkkuus merkittäviltä osin näiden tiheysmittausten tarkkuudesta. Tiheysmittauksen tarkkuus riippuu vuorostaan näytteen massa- ja tilavuusmittausten tarkkuudesta. Olennaista asfalttinäytteiden tyhjätilan määritystarkkuuden kannalta on, että tiheysmäärityksiin käytettävät vaa at, työntömitat ja lämpömittarit ovat säännöllisesti toistuvan kalibroinnin piirissä, jonka perusteella varmistetaan, että niiden mittaustarkkuus on riittävä (vaa at ± 0,1 g, työntömitat ± 0,1 mm ja lämpömittarit ± 1,0 C, viite: SFS-EN 12697-6). Näytteen tilavuus ulkomittojen perusteella sisältää sekä kappaleen muotoon että mittaustarkkuuteen liittyviä epävarmuustekijöitä. Asfalttinäytteen ylä- ja alapinnat eivät näytteenoton jälkeen ole suoria eivätkä sileitä. Tyhjätilamääritysnäytteiden päiden oikaisu sahaamalla parantaisi olennaisesti näytteiden korkeuden mittaamisen ja samalla tyhjätilan laskentatarkkuutta. Korkeus mitataan menetelmällä SFS-EN 12697-29 neljästä kohdasta näytteen kehältä 10 mm näytteen reunaan sisäpuolelta. (Standardissa 12697-29 vaaditaan tässä yhteydessä, että suurin sallittu poikkeama mittaustulosten välillä saa olla enintään ± 0,1 mm, vaikka ilmeisesti tarkoitetaan työntömitan erotuskykyä eikä mittaustulosten poikkeamia). Suuria virheitä tyhjätilamittauksiin voivat aiheuttaa epäsäännöllisen muotoiset (rikkonaiset) näytteet tai näytteen pinnan huokoisuus huomioon ottaen tehty väärä menetelmävalinta (menetelmän SFS-EN 12697-6 menettelyt A ja B poranäytteen pintojen korkea huokoisuus ja avoin huokostilan rakenne). Ohuilla REM- ja MPKJ- pintauksilla, erityisesti karkeampaa kiviainesta käytettäessä syntyy vaihtelua sekä kalibrointireferensseinä käytettyihin porapaloihin että ainetta rikkomattomien menetelmien tuottamaan tulokseen. Tulokseen vaikuttaa sekä referenssin menetelmäepätarkkuus että ohuiden kerrosten massatyyppi- ja kerrospaksuusvaihtelu. Paksuusvaihtelua aiheutuu myös kerrosten sekoittumisesta päällystettä tehtäessä. Porattujen kappaleiden tyhjätilanmääritysvirhe siirtyy esim. maatutkamittaustuloksen epätarkkuudeksi. Pohdittavaksi jää sekä tyhjätilan todentaminen ja porakappaleiden käytön kehittäminen maatutkan kalibroinnissa.

30 Päällysteen laadun testaus- ja mittausmenetelmien tarkkuus AINEISTO 3.1.7. Tyhjätilan mittaamisen tarkkuustiedon arviointi Päällysteen kappaletiheyden ja tyhjätilan laboratoriomenetelmien mittaustarkkuuden vertailukokeita oli tehty 6 kpl vuosien 1994-99 aikana. Viimeistä koetta lukuun ottamatta vertailukokeiden suorituksesta oli kulunut yli 10 vuotta. Vertailukokeiden raportointi on ollut niukkaa eikä tuloksia ole arkistoitu systemaattisesti. Yleensä tuloksista oli ilmoitettu vain tyhjätilamääritysten yksittäisten näytteiden ja näytteiden keskimääräiset tyhjätilat. Vain kahdessa viimeisessä vertailukokeessa oli tehty standardin ISO 5725 edellyttämät tilastomatemaattiset tarkastelut ja laskettu menetelmän toistettavuus ja uusittavuus. Nämä tarkkuustiedot oli laskettu ainoastaan käyttäen päällysteen kappaletiheyden määrityksessä ulkomittamenetelmää (PANK 4111) ja yhtä massatyyppiä, jota ei ole kirjattu tutkimusselostukseen (PANK 4109 Ricen menetelmä). Laboratoriossa käytettävien PANK -tiheydenmittausmenetelmien menetelmäkuvausten yhteydessä on esitetty muualla käytettävistä menetelmistä (ASTM, DIN, pren ym.) poimittuja toistettavuus ja uusittavuustietoja. Näiden osalta ei ole voitu arvioida menetelmäteknisten erojen vaikutusta esitetyn tarkkuustiedon luotettavuuteen. Laboratoriossa käytettävien SFS-EN -tiheydenmittausmenetelmien menetelmäkuvausten yhteydessä on esitetty 3-4 erilaista menettelytapaa tiheyden määrittämiseksi. Menetelmäkuvauksissa on tästä huolimatta vain yhdet toistettavuus- ja uusittavuusparametrien arvot, jotka todennäköisesti vastaavat vain yhtä vaihtoehtoisista tiheyden määritystavoista. Standardista ei käy ilmi, mihin vaihtoehtoiseen tiheyden määritysmenettelyyn tarkkuustieto viittaa. Asia on otettava esille standardien tarkastustyössä. Ainetta rikkomattomista tyhjätilan määritysmenetelmistä (päällystetutka ja DOR) ei menetelmäkuvauksissa ole esitetty toistettavuus- tai uusittavuustietoja. Ainetta rikkomattomista menetelmistä (mm. Troxler, DOR ja päällystetutka) on tehty useita selvityksiä [32], [33], [34], [35], [36], [37] ja [16]. Niissä listataan mittausepätarkkuutta aiheuttavia tekijöitä, joita ovat pinnan epätasaisuus ja kosteus, mitattavan kerroksen paksuus ja mittausaika/-nopeus. Nämä olosuhdemuuttujat vaikuttavat merkittävästi lukemaan. Menetelmät edellyttävät kalibrointipalojen käyttöä tason kiinnittämiseen. Yhdessä raportissa [36] kuvataan laajempaa tutkimusta päällystetutkan soveltuvuudesta tyhjätilan mittaukseen. Tutkimuksessa tuloksia verrattiin kattavalla aineistolla poranäytteisiin ja todettiin tutkauksen tuottavan hyvin edustavia tyhjätilan arvoja. Missään raportissa ei esitetä menetelmälle toistettavuuden tai uusittavuuden tunnuslukuja. Yleispäätelmä tyhjätilan määritysmenetelmien tarkkuustiedon tasosta on, että menetelmäkuvauksissa tarkkuudesta esitetty tieto on niin puutteellista, ettei se muodosta luotettavaa pohjaa näiden menetelmien mittausepävarmuuden arvioinnille. Vertailukokeiden yhteydessä on esitetty alkuperäistä tiheyden mittaustietoa, mutta se sekä sitä käyttäen tehdyt tyhjätilalaskelmat on dokumentoitu niin puutteellisesti, ettei tämä aineisto ole luotettava lähtökohta luotettavan mittausepävarmuustiedon tuottamiseen standardien edellyttämällä tavalla.