Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin

Laura Apilo Tielaitos Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin Tielaitoksen selvityksiä 7/1 997 Helsinki 1997 Tiehallinto Tie-ja liikennetekniikka

Tielaitoksen selvityksiä 7/1 997 Laura Apilo Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päallystemassan ominaisuuksiin r -1 Uudeiirnaan tiepliti - Tielaitos Tiehallinto, tie- ja liikennetekniikka Helsinki 1997

SSN 0788-3722 SBN 951-726-31 8-X TEL 3200455 Oy Edita Ab Helsinki 1997 Julkaisun kustannus ja myynti: Tielaitos, hallintopalvelut, painotuotemyynti Telefaksi 0204 44 2652 Joutsenmerkin arvoinen paperi Tielaitos Opastinsitta 12 A PL 33 00521 HELSNK Puh. vaihde 020444150

kuvattiin APLO, Laura: Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin. Helsinki 1997, Tielaitos, Tie- ja liikennetekniikka, Tielaitoksen selvityksiä 711997, 29 s. + liitt. 8 s., SSN 0788-3722, SBN 951-726-318-X, TEL 3200455 Aiheluokka 42 Asiasanat bitumiemulsio, murtumisaika, tutkimusmenetelmät, kylmäteknhikka TVSTELMÄ Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää emulsiotekniikan käyttökelpoisuutta valmistuksessa sekä mandollisuutta vaikuttaa emul- tiiviiden pääliysteiden sioreseptillä emulsion murtumisaikaan ja massan käyttäytymiseen. Lisäksi haluttiin oppia tuntemaan murtumiskokeiden antamien tunnuslukujen ja massan käyttäytymisen välinen yhteys. Tutkimus on siten jatkoa 1995 tehdylle emulsion murtumiskokeiden kehitystyälle. Tutkittaviksi muuttujiksi valittiin sekä materiaalimuuttujia että aika. Massojen sideaineina olevat kaksi emulsiota valittiin siten, että niistä on käytettävissä 1995 tehtyjä tutkimustuloksia, joissa emulsioiden murtumisnopeutta sideaineen murtumiskokeiden tunnusluvuin (murtuvuusindeksi ja pesukoe). Tutkimuksen keskeiset materiaalimuuttujat olivat: massatyyppi AB ja PA B-B sideaineenjäykkyys B100/l5Oja B650/900 emulgaattorin laatu Lilamuls BG ja Redicote E-4868 emulgaattorin ja tartukkeen määrä 0,6 % E ja 0,3 % E + 0,4 % T kivialnes Teisko ja Suomusjärvi Tutkimusmenetelmiksi valittiin massan tiivistettävyyttä kuvaava kiertotiivistys ja työstettävyyttä jäljittelevä massaviskometri. Kokeet tehtiin kolmella 15, 30 ja 60 min. Näytteiden stabiliteetin kehitty- massan vanhennusajalla mistä selvitettiin määrittämällä halkaisuvetolujuudet 2 ja 7 vrk koekappaleitten valmistuksen jälkeen. Tutkimuksella saatiin uutta tietoa emulsion koostumuksen vaikutuksesta tuoreen emulsiomassan ominaisuuksiin. Keskeisiä tuloksia ovat PAB-päällysteillä sideaineen pehmeys on emulsion murtumisaikaa hallitsevampi ominaisuus. Pehmeitä päällysteitä voidaan hyvin tehdä emulsiotekniikalla, koska pehmeä sideaine sallii työstämisen pitkälle murtuneenakin. Emulsiotekniikalla sekoitettujen AB-päällysteiden tiivistämistä vaikeuttaa vesi, joka kokoonpuristumattomana estää tehokkaan tiivistymisen. Emulsion murtumisnopeuteen voidaan emulsion koostumuksen avulla vaikuttaa n. puolen tunnin ajan massan sekoittamisesta. Tämän pidempi murtumisen hallinta ei onnistunut käytetyillä materiaaleilla. Tuoreen päällysteen lujuus kasvaa veden poistuessa päällysteestä. Emulgaattorilla on merkittävä vaikutus lujuuden kasvun nopeuteen. Päällysteen käyttäytyminen todellisuudessa poikkeaa laboratorioolosuhteista, koska murtumisnopeuteen vaikuttavat myös paikalliset olosuhteet kuten kosteus ja lämpötila. Suunnittelumenetelmiä voidaan tarvittaessa tarkentaa, kun niiden korrelaatiosta käytännön päällystystyön kanssa saadaan kokemuksia.

APLO, Laura: Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin. [nfluence of emulsion breaking time to mixture performance.] Key words bitumen emulsion, breaking time, design methods, cold mixing ABSTRACT The aim of this study was to investigate the suitability of emulsion technology to production of dense graded asphalt pavements and the possibility to influence emulsion breaking time and mixture performance by emulsion composition. Additionally information concerning relationship between mixture performance and breaking values determined from emulsion were desired. This research continues the studies done 1995 for development of emulsion breaking values. ln this study both material variables and the time were of concern. The emulsions used in the mixtures were selected based on results of the earlier studies. The test results from 1995 give information about breaking time of different emulsions determined by breaking index and wash test. The essential material variables concerned were the following: mix type asphalt concrete and soft asphalt concrete binder penetration B100/150 and B6501900 emulsifier quality Lilamuls BG and Redicote E-4868 quantity of emulsifier and antistripping agent aggregate 0,6%Eand0,3%E+0,4%A Teisko and Suomusjärvi Gyratory compaction and mixture viscometer were selected to the research methods. With these two methods mixture compactibility and workability can be determined. The studies were carried out using mixtures with three different ages 15, 30 and 60 minutes. The increase in pavement stability was measured of 2 and 7 day old samples using indirect tensile strength test. As result this research gave new information about influence of emulsion composition to performance of fresh mixture and recently layed pavement. The main results are the following: For soft asphalt pavements binder stiffness is dominant to emulsion breaking time. Soft asphalt pavements can be produced using emulsion technology. The workability remains adequate because of binder softness. Compaction of dense graded asphalt pavements is influenced by high water content of the mixture, which causes difficulties for reaching optimal void content. Emulsion breaking time can be delayed and controlled about half an hour after mixing. A longer breaking time control was not possible with materials used in this study. Pavement stability increases with time when the pavement dries up. Emulsion composition playes a significant role in stability increase. Mixture field performance differs from laboratory design because emulsion breaking time is influenced by local conditions as humidity and temperature. Mix design methods can be improved when data of their correlation to mixture field performance is available.

öljysoraa -meistä Massan tiiviiden ALKUSANAT Monien muiden maiden käytännöstä poiketen on Suomessa bitumiemulsioiden laajin käyttökohde kylmäsekoitteiset massat. Muut useissa Euroopan maissa valta-asemassa olevat käyttökohteet kuten pintaukset ovat meitä vähemmän kiinnostavia. Emulsiotekniikan käytön laajempi edistäminen Suomessa alkoi kesällä 1992, jolloin emulsiotekniikalla valmistettiin lähinnä vastaavia pehmeitä päällysteitä. Vähäliikenteisten teiden peh emulsiopäällysteistä saadut kokemukset olivat positiivisia. Niistä käyttöä ryhdyttiin laajentamaan jäykempien ja rohkaistuneina emulsioiden AB-päällysteiden valmistukseen. Etenkin on tunnettu kiinnostusta alle 10000 lämpötilassa. Kiinnos- uusiopäällysteiden asemasekoitukseen tusta bitumiemulsioden käyttöä kohtaan tiiviiden asfalttipäällysteiden valmistuksessa on lisännyt omalta osaltaan kalustovalmiuksien parantuminen Suomessa. Jäykempien ja tiiviiden päällysteiden tekeminen emulsiotekniikafla edellyttää sideaineena käytettävän emulsion murtumisen tarkkaa hallitsemista. työstettävyyden ja tiivistettävyyden tulee olla ennakoitavissa ja ja suunnittelulla vaikuttaa. Koska siihen pitää voida materiaalien valinnalla käyttö muissa maissa on vähäistä, ei näihin käyttökoh- emulsiomassojen teisiin soveltuvia tutkimus- ja suunnittelumenetelmiä ole saatavissa valmiina. Tämä tutkimus koskee bitumiemulsion murtumisajan vaikutusta päällystemassan ominaisuuksiin. Tutkimuksen on tilannut Tielaitoksen Kehittämis ja raportointi on tehty VTT Yhdyskunta- -keskus. Laboratoriotutkimukset tekniikassa vuoden 1996 aikana. Julkaisuun on koottu emulsiomassojen massakokeiden tulokset, joita on verrattu sideai-käyttäytymistä kuvaavien neista tehtyihin murtumisnopeusmäärityksiin. Helsingissä tammikuussa 1997 Tie/altos Tie-ja liikennetekniikka

Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 7 SSÄLTÖ 1 TUTKMUKSEN TAUSTA JA TAVOTTEET 9 1.1 Aiemmat tutkimukset 9 1.2 Tutkimuksen tavoitteet 10 2 TUTKMUKSEN SSÄLTÖ JA TUTKMUSMENETELMÄT 11 2.1 Selvitettävät massan ominaisuudet ja niiden tutkimusmenetelmät l 2.2 Materiaalit ja laboratoriomääritykset 12 3 TUTKMUSTULOKSET 14 3.1 Tiivistettävyys 14 3.1.1 Yleistä 14 3.1.2 Pehmeä asfalttibetoni PAB-B16 15 3.1.3 Asfalthbetoni AB2O 16 3.2 Työstettävyys 17 3.3 Lujuuden kasvu 3.3.1 Yleistä 17 3.3.2 Pehmeä asfafttibetoni PAB -B16 18 3.3.2 Asfalttibetoni AB2O 18 4 TULOSTEN TARKASTELU 21 4.1 Materiaalien ja ajan vaikutus massojen ominaisuuksiin 21 4.1.1 Tiivistettävyys ja työstettävyys 21 4.1.2 Lujuuden kasvu 23 4.2 Massojen käyttäytymisen yhteys emulsion koostumukseen ja murtumiskokeiden tuloksiin 23 5 YHTEEN VETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET 26 6 KRJALLSUUSVTTEET 28 7 LTTEET 29

100 C on Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus paällystemassan ominaisuuksiin 9 TUTKMUKSEN TAUSTA JA TAVOTTEET TUTKMUKSEN TAUSTA JA TAVOTTEET 1.1 Aiemmat tutkimukset Monien muiden maiden käytännöstä poiketen bitumiemulsioiden laajin käyttökohde Suomessa on kylmäsekoitteiset massat. Emulsiotekniikan käytön laajempi edistäminen Suomessa alkoi kesällä 1992, jolloin emulsiotekniikalla valmistettiin lähinnä öljysoraa vastaavia pehmeitä PAB -V teiden pehmeistä emulsiopäällysteistä saa--päällysteitä. Vähäliikenteisten dut kokemukset olivat positiivisia, mutta pehmeiden päällysteiden valmistuksessa lämmitystekniikka on osoittautunut emulsiotekniikkaa taloudellisemmaksi. Pehmeistä päällysteistä saaduista kokemuksista rohkaistuneina emulsioiden käyttöä on viime vuosina kuitenkin ryhdytty laajentamaan jäykempien AB-uusiopäällysteiden valmistukseen. Kiinnostavaksi on koettu etenkin mandollisuus AB-uusiopäällysteiden asemasekoitukseen alle lämpötilassa. Tämä tutkimus on osa kehitystyötä, jonka tavoitteena pystyä valmistamaan emulsiotekniikalla tiiviitä AB-massoja ilman, että päällysteen laatu heikkenee kuumasekoitteiseen päällysteeseen verrattuna. Kevään ja kesän 95 aikana selvitettiin laboratorio- ja kenttäkokein, miten bitumiemulsion koostumuksella voidaan vaikuttaa emulsion murtumisaikaan. En emulsioiden vertailuun käytettiin menetelmiä, joissa emulsio murrettiin käytettävään kiviainekseen lajitteen vaihdellessa koemenetelmän mukaan. Tutkimusten tuloksena saatiin tietoa niistä emulsion koostumuksen parametreista, joita muuttamalla murtumisnopeuteen voidaan vaikuttaa (emulgaattorin määrä ja laatu, ph) esitutkimusmenetelmäksi ja kenttälaboratorion käyttöön soveltuvat murtumisnopeuden tutkimusmenetelmät (murtuvuusindeksi ja pesukoe), ja joilla voidaan verrata keskenään eri emulsioiden murtumisnopeutta selvittää mandollisten emulsioreseptin muutosten vaikutusta murtumisnopeuteen. Näissä tutkimuksissa keskityttiin menetelmien käyttökelpoisuuden tutkimiseen tavoitteena emulsion murtumisnopeuden tutkimusvalmiuksien luominen. Koska tutkimuksissa ei selvitetty massojen ominaisuuksia, ei murtuvuuskokeista saataville tuloksille voitu vielä asettaa massan työstettävyy takaavia raja-arvoja. Jotta menetelmiä voidaan jatkossa käyttää esi--den suunnittelussa ilman, että massan käyttäytymisen ennustamiseksi on tarvetta massakokeille, tulee murtumiskokeilla saatavien tunnuslukujen ja massan käyttäytymisen välinen yhteys tuntea. Tästä syystä päätettiin käynnistää tässä raportissa esitetty tutkimus keväällä 1996.

-sista ja -tillä 10 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TUTKMUKSEN TAUSTA JA TAVOTTEET 1.2 Tutkimuksen tavoitteet Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää emulsion käyttökelpoisuutta tiiviiden päällysteiden valmistuksessa sekä mandollisuutta vaikuttaa emulsioresep emulsion murtumisaikaan ja massan käyttäytymiseen. Lisäksi haluttiin oppia tuntemaan murtumiskokeiden antamien tunnuslukujen ja massan käyttäytymisen välinen yhteys. Tämä edellyttää emulsiomassan käyttäytymisen ja sen muuttumisen tuntemista sekoittamista seuraavan tunnin aikana. Massan ominaisuuksista tarkastellaan niitä, jotka ovat sen levittämisen ja päällysteen tiivistämisen kannalta olennaisia. Paitsi materiaali- ja massakokeiden välisen yhteyden selvittäminen on tutkimuksen tavoitteena myös saada lisää tietoa jäykän emulsiomassan työstettävyysominaisuuk mandollisuuksista vaikuttaa niihin. Mandollisuus ennakoida ja on suunnittelun avulla säädellä emulsiopäällysteen ominaisuuksia AB-massojen valmistukseen keskeistä etenkin silloin, kun pyritään tiiviiden kuumentamatta kiviainesta emulsiotekniikan avulla. Pyrkimys siirtyä tuotannossa kohti laatuvastuu-urakointia korostaa suunnittelun ja työnaikaisen laadunohjauksen sekä lopputuotteen laadun merkitystä. Lopputuotteen onnistumisen kannalta on tärkeää kyetä hallitsemaan ja sen eri vaiheissa. Emulsio -AB-päällysteiden valmis- ohjaamaan tuotantoa tuksessa tämä tarkoittaa valmiuksia selvittää ennakkoon sellainen bitumiemulsion resepti, joka soveltuu käytettäväksi tietyllä kiviaineksella emulsio-ab:n valmistukseen. Suunnittelulla varmistetaan ennakkoon, että massa säilyy riittävän kauan murtumatta ja on levitettävissä ja tiivistettävissä tietyn ajan kuluttua sekoituksesta. Lisäksi arvioidaan tiivistyvyyttä murtumisen edetessä. Koska kysymyksessä on kuumentamattomasta kivlainekses päällyste, ennakkosuunnittelun tulee sisältää lisäksi veden -ta sekoitettava kestävyyden varmistamisen. Tutkimuksen tuloksena esitetään sellaiset jäykkien emulsiopäällysteiden valmistuksessa erityisesti huomioon otettavat massan käyttäytymistä koskevat seikat, jotka poikkeavat kuumana sekoitettavan massan ominaisuuksista. Lisäksi etsitään murtumiskokeiden ja massan käyttäytymisen välistä yhteyttä. Tulosten perusteella selvitetään murtumista kuvaavien tunnuslukujen (murtuvuusindeksi, pesukoe) soveltuvuutta massan tiivistettävyyden ja työstettävyyden arvioimiseen päällystesuunnittelussa ja laadunvalvonnassa.

valittu Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 11 TUTKMUKSEN SSÄLTÖ JA TUTKMUSMENETELMAT 2 TUTKMUKSEN SSÄLTÖ JA TUTKMUSMENE- TELMÄT 2.1 Selvitettävät massan ominaisuudet ja niiden tutkim us menetelmät Murtuvuusindeksin tai pesukokeen tuloksena saatavan lukuarvon ja massan käyttäytymisen välisen yhteyden tunteminen on keskeistä, jotta mur saataisiin esisuunnittelussa suurin mandollinen hyöty. Tässä -tumiskokeista tutkimuksessa on selvitetty massan jäykkyyden kasvu murtumisnopeudeltaan erilaisilla emulsioilla. Tuoreen massan ominaisuuksia on arvioitu ja tiivistettävyyden avulla ja valmiin tuoreen päällysteen työstettävyyden vaurioitumisherkkyyttä halkaisuvetokokein. Kun massan käyttäytymisen ja murtumiskokeiden antamien tulosten välinen yhteys tunnetaan, nittää esisuunnitteluksi massatutkimuksia yksinkertaisempien murtumiskokeitten tekeminen. Tällaisiksi menetelmiksi on bitumiemulsion murtuvuusindeksi (PANK-4120) ja murtumisen (PANK-41 19). määnttäminen pesukokeella Taulukko 1. Materiaaliominaisuuksien ja massan käyttäytymisen tutkimisen menetelmät Määntetään jatkossa rutiinityössä Määntetään tässä tutkimuksessa murtumiskokeiden rajaarvojen_selvittämiseksi 1. EMULSORESEPT 2. MURTUMSKOE 3. MASSAN KÄYTTÄYTYMNEN - emulgaattorin laatu - murtuvuusindeksi - tiivistettävyys - emulgaattorin määrä - pesukoe - työstettävyys - ph - lujuuden kasvu Tasaisuus- ja tyhjätilavaatimusten täyttymisen kannalta massan keskeiset ominaisuudet ja niiden selvittämiseen käytetyt tutkimusmenetelmät on 2. esitetty taulukossa Taulukko 2. Emulsion murtumisessa muuttuvat asfaittimassan ominaisuudet OMNASUUS TESTAUSMENETELMA Tiivistettävyys ja sen muuttuminen ajan Kiertotlivistin (d), funktiona PANK-41 15 Työstettävyysja sen muuttuminen ajan Massaviskometri (MVM), funktiona PANK-4121 Lujuuden kehittyminen Halkaisuvetolujuus (HVL), PANK-4202

PAB 12 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TUTKMUKSEN SSÄLTÖ JA TUTKMUSMENETELMÄT 2.2 Materiaalit ja laboratoriomääritykset Tutkittaviksi muuttujiksi valittiin sekä materiaalimuuttujia että aika. Massojen sideaineina olevat emulsiot valittiin siten, että niistä on käytettävissä tehtyjä tutkimustuloksia, joissa emulsioiden murtumisnopeutta kuvat-1995 tiin sideaineen murtumiskokeiden tunnusluvuin (murtuvuusindeksi ja pesukoe). Tutkimuksen keskeiset materiaalimuuttujat olivat: massatyyppi ABja PAB-B sideaineen jäykkyys B100/150 ja B6501900 emulgaattorin laatu Lilamuls BG ja Redicote E-4868 emulgaattonn ja tartukkeen määrä 0,6 % E ja 0,3 % E + 0,4 % T kiviaines Teisko ja Suomusjärvi Massan ominaisuuksia tutkittiin yhteensä kandeksalla erilaisella massan (taulukko 3). Jatkossa tässä raportissa käytetään masso- koostumuksella jen yksilöintiin taulukossa 3 esitettyä numerointia. Massatyyppi määräsi ja emulgoitavan bitumin kovuuden. Myös kiviaineksen rakeisuuden sekä massan sekoituslämpötila valittiin massatyypin mu- sideainepitoisuus kaan. Taulukko 3. Tutkittujen massojen materiaalit ja koostumukset Nro Massatyyppi Sideaine Kiviaines Tartuke Tartuke -pit. (%) Emulg. laatu Emulg. (%) määrä 1 PAB-316 B650/900 Teisko - - Redicote 0,6 E-4868 2 PAB-B16 B650/900 Teisko Raisamin 0,4 Lilamuls 0,3 DT BG 3 PAB-B16 B650/900 Suomus- - - Redicote 0,6 järvi E-4868 4 PAB-B16 B650/900 Suomus- Raisamin 0,4 Lilamuls 0,3 järvi DT BG 5 AB2O B100/150 Teisko - - Reclicote 0,6 E-4868 6 AB2O B100/150 Teisko Raisamin 0,4 Lilamuls 0,3 DT BG 7 AB2O B100/150 Suomus- - - Redicote 0,6 järvi E-4868 8 AB2O B100/150 Suomus- Raisamin 0,4 Lilamuls 0,3 järvi DT BG Laboratonotutkimuksissa käytetyt AB- ja PAB-B-rakeisuudet sekä Teiskon Suomusjärven kiviaineksella ilmenevät liitteenä 1 olevista rakei- että suuskäyristä. Kiviaineksien rakeisuus pyrittiin vakioimaan kummallakin jotta rakeisuus ei olisi muuttujana tyypiltään samanlaisten massatyypillä, massojen vertailussa. AB-massojen sideainepitoisuutena käytettiin 5,5 % ja -B-massojen 4,2 %. PAB-B-massat tehtiin huoneenlämmössä ja ABmassojen kiviaines oli massaa sekoitettaessa 70 C lämpöistä. Sekoituslämpötilat pyrittiin valitsemaan mandollisimman alhaisiksi. Emulsioteknii käyttäminen tulee mielekkääksi silloin, jos sekoituslämpötilaa pystytään -kan

2 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 13 TUTKMUKSEN SSÄLTÖ JA TUTKMUSMENETELMÄT laskemaan merkittävästi. Esimerkiksi PAB-B-päällysteiden valmistus onnistuu hyvin emulgoimatta bitumia, jos kiviaines lämmitetään höyrykuumennuksella. Emulsiotekniikka on siten todellinen vaihtoehto vasta, jos sekoituslämpötila voi olla selvästi nykyisissä työtekriiikoissa tarvittavia lämpötiloja alhaisempi. Sideair,eina oli kaksi keskinopeasti murtuvaa emulsiota, joiden murtumisnopeuksissa oli 1995 tehtyjen murtumiskokeiden tulosten perusteella eroja. Toisessa käytettiin tartukkeetonta sideainetta ja emulgaattoria Redicote E- 4868 ja toisessa tartuketta Raisamin DT 0,4 % ja emulgaattoria Lilamuls BG 0,3 % (taulukko 3). Tartukepitoisuus on ilmoitettu painoprosentteina jäännösbitumin ja emulgaattoripitoisuus koko emulsion määrästä. Emulsion ph -arvo säädettiin kummassakin olemaan 2 ottaen huomioon myös tartukkeena lisätyn amiinin neutraloiva vaikutus. Kiviaineksina käytettiin vertailukelpoisuuden parantamiseksi samoja kiviaineksia (Teisko, Suomusjärvi) kuin murtumiskokeita kehitettäessä. Tutkimuksen massatyypit, tutkimusmenetelmät sekä koestusiät on koottu taulukkoon 4. Taulukko 4. Emulsioasfalttibetonien työstettävyyden ja lujuuden kasvun selvittämiseksi tehdyt kokeet Massatyyppi Sideaine Sek.lämpöt. kä: CT, MVM kä: HVL (CT-kappaleista) PAB-B 16 B650/900 20 15 min, 30 min, 1 h 2 vrk, 7 vrk AB 20 Bl 00/150 70 15 min, 30 min, 1 h 2 vrk, 7 vrk Ajan vaikutusta tutkittaessa massojen annettiin murtua ja jäähtyä huoneenlämmössä. En ikäisistä massoista puristethin kaksi rinnakkaista Rinnakkaisista koekappaleista toisesta HVL määritettiin CT-koekappaletta. vrk ja toisesta 7 vrk ikäisenä. Ennen HVL-koetta näytteitä säilytettiin huoneenlämmössä. Massaviskometrin kokeita varten massa laitettiin tuoreena koestuslaatikoihin, joissa sen annettiin vanhentua huoneenlämmössä koestusikään. Ennen massojen sekoitusta kiviaines lämmitettiin taulukon 4 mukaiseen ja kasteltiin 3 % vesipitoisuuteen sideaineen peittävyy - sekoituslämpötilaan den ja massan homogeenisuuden parantamiseksi. Emulsion lämpötila oli 50 00 sekoitettaessa

3.1 -massoja 1 4 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TUTKMUSTULOKSET 3 TUTKMUSTULOKSET Tiivistettävyys 3.1.1 Yleistä Tiivistettävyyttä selvitettiin kiertotiivistysiaitteella (CT). Massa sekoitettiin käsin erikseen jokaista koekappaletta varten. Sekoittamisen jälkeen massaa säilytettiin sekoitusastiassa huoneenlämmössä 15, 30 tai 60 minuuttia, jonka jälkeen näyte tilvistettlin. Tiivistetty näyte puristettiin heti ulos muotista. 3.1.2 Pehmeä asfaittibetoni PAB -B16 Koska kiviainesta ei ennen sekoittamista lämmitetty, muuttui massa säilytyksen aikana ainoastaan emulsion murtumisen etenemisen takia. Tiivistyvyyttä seurattiin määrittämällä näytteistä tilavuustiedot 81 ja 1 61 työkierroksen jälkeen (taulukko 5). Taulukko 5. PAB-B-näytteiden tila vuussuhdetiedot eri sidealneilla ja massan säilytysajoilla Massan Aika (min) 81 työkierrosta 161 työkierrosta nro TT KAT TA TT KAT TA 1 15 12,5 21,5 42,0 10,6 19,8 46,8 1 30 12,4 21,4 42,4 10,3 19,5 47,6 1 60 11,1 20,3 45,4 9,1 18,6 50,8 2 15 12,2 21,3 43,0 10,3 19,6 47,9 2 30 12,7 21,7 41,9 10,8 20,0 46,4 2 60 10,8 20,0 46,3 8,8 18,2 51,9 3 15 10,0 20,8 51,8 7,8 18,8 58,7 3 30 10,9 21,5 49,6 8,8 19,7 55,6 3 60 10,5 21,2 50,5 8,3 19,2 57,0 4 15 9,6 20,4 53,0 7,3 18,4 60,4 4 30 10,3 21,0 51,1 8,0 18,9 58,1 4 60 10,3 21,0 51,1 8,1 19,1 57,6 Asfalttinormien mukaisen tyhjätilavaatimuksen (TT 7-11 %) saavuttamiseen tarvittiin Teiskon granodioriitilla 161 työkierrosta, mutta Suomusjärven peridotiitillä 81 työkierrosta oli riittävä. Teiskon kiviaineksesta molemmista emulsiosta valmistetut massat olivat lämpimänä sekoitettuja PAB -B hieman vaikeammin tiivistyviä, sillä tyhjätilavaatimustan täyttämiseen tarvitaan yleensä 81 tai 102 tiivistyskierrosta kiertotiivistimellä. Työmäärää lisäämällä tilvistäminen kuitenkin onnistui massan vanhennusajas-

-ten Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 1 5 TUTKMUSTUL0KSET ta riippumatta. Kummallakaan massalla ei ole käytännössä odotettavissa tiivistysongelmia, kun vain riittävästä jyräyksestä huolehditaan. Emulsion murtumisnopeus tai -aste (sideaine tai massan vanhennusaika) massan työstettävyyteen, kun sideaineena oli melko ei vaikuttanut lainkaan pehmeä bitumi B6501900 (kuva 1). Sen sijaan kiviaineksien välillä tiivistymisessä oli selkeä ero. Suomusjärven peridotiitti tiivistyi selvästi Teiskon granodioriittia paremmin. 12,0 11,0 10,0 -. 9,0 8,0 7,0 6,0 15mm - -- -30mm 60mm fr 5,0 4,0 2 3 4 Massan numero Kuva 1. Näytteen vanhennusajan ja sideaineen vaikutukset tiivistyvyyteen PAB-B-päällysteillä 3.1.3 Asfalttibetoni AB2O Massan sekoituslämpötilana oli AB:llä 70 C. Asfalttibetonista valmistettuja käsiteltiin muutoin PAB -B-massojen tapaan ja niistä mitattiin tila- massoja vuussuhdetiedot edellä kuvatulla tavalla. Tilavuustiedot on koottu taulukokkoon 6. Näytteet tiivistettiin käyttäen 406 työkierrosta. Massat olivat tuoreinakin (15 min) vaikeasti tiivistyviä. Asfalttinormien mukaiseen tiiveyteen (TT 1-3 %) ei päästy, vaikka tiivistyksessä käytettiin suurinta mandollista tiivistyskierros määrää. Vastaavasti kiviaineksen tyhjätila jäi kaikilla tutkituilla ABmassoilla korkeaksi ja täyttöaste matalaksi. Kuumasekoitteisten ABmassojenkin tiivistykseen tarvitaan yleensä 406 työkierrosta, kun kiviainek maksimiraekoko on 25 mm. -sen Erot eri ikäisten massojen välillä tulivat esille toisin kuin sideaineen ollessa pehmeämpää; 15 min vanhennettu massa tiivistyi vielä kohtuullisesti, mutta säilytysajan pidentyessä tiivistettävyys heikkeni entisestään.

AB 1 6 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TUTKMUSTULOKSET Taulukko 6. AB-nä ytteiden tila vuussuhdetiedot eri sideaineilla ja massan sällytysajoilla Massan Aika (min) 406 työkierrosta nro TT KAT TA 5 15 5,4 18,2 70,3 5 30 6,7 19,3 65,5 5 60 7,1 19,6 64,0 6 15 5,2 17,6 73,3 6 30 6 18,8 71,4 6 60 5,8 19,1 72,2 7 15 3,6 18,8 77,5 7 30 5,1 19,5 74,2 7 60 4,6 19,1 76,3 8 15 3,1 18,3 80,8 8 30 4,9 19,4 76,2 8 60 5,1 19,4 75,1 8 7 6 15mm ----30mn -fr -60mm 2 0 6 7 8 Massan numero Kuva 2. Näytteen vanhennusajan ja sideaineen vaikutukset tiivistyvyyteen -päällysteilä 3.2 Työstettävyys Työstettävyyden määritykseen käytettiin massaviskometriä, jonka käytöstä pehmeiden pääflysteiden ja jäykkien emulsiopääuysteiden testauksessa on on tarkoitettu massan levi-jonkin verran aiempaa kokemusta. Menetelmä tettävyyden ja etenkin sen muutosten arviointiin. Koska menetelmästä on

ja Kaikki Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 17 TUTKMUSTULOKSET vielä vähän kokemuksia, on vastusvoimien absoluuttisien arvojen yhteyttä käytännössä vaikea arvioida. Tuloksia on siten massan levitettävyyteen tarkasteltava suhteellisina, ja ne antavat lähinnä tietoa tietyn massan työstettävyyden muutoksista ajan funktiona. Menetelmän ongelmaksi on massan maksimiraekoon suuretessa. osoittautunut hajontojen kasvaminen Taulukossa 7 on esitetty massaviskometrillä määritetyt vastusvoimat kahden tuloksen keskiarvoina. Massojen vanhennus ja koestus tehtiin huoneenlämmössä. Taulukko 7. Työstettå.yys massaviskometrillä Massan nro Aika (min) Vastusvoima (N) Massan Aika Vastusvoima (N) nro (min) 1 15 82 5 15 211 1 30 85 5 30 233 1 60 98 5 60 218 2 15 90 6 15 218 2 30 92 6 30 236 2 60 99 6 60 246 3 15 64 7 15 164 3 30 61 7 30 190 3 60 71 7 60 197 4 15 66 8 15 181 4 30 68 8 30 196 4 60 80 8 60 202 Massaviskometrin erottelukyky ei ole niin hyvä, että eri emulsioiden murtumisnopeuksille syntyisi eroa. Menetelmä erottelee selvästi massatyypin, myös vanhennusaika tuli esille tuloksissa massan jäykkenemisenä. AB-massat olivat jo 15 min ikäisinä vaikeasti työstettävissä, mikä on kiertotiivistyksestä saatujen kokemusten kanssa samansuuntainen tulos. 3.3 Lujuuden kasvu 3.3.1 Yleistä Tiivistetyistä koekappaleista määritettiin halkaisuvetolujuudet 2 ja 7 vrk 10 C. Näytteitä näytteiden tiivistämisen jälkeen. Koestuslämpötilana oli + säilytettiin koestusikään asti huoneenlämmössä ja temperoitiin ilmassa koestuslämpötilaan. Säilytys oli kaikille näytteille samanlainen. Koska näytteet säilytettiin ja koestettiin kuivina, ei amiinin määrän riittävyyttä yedenkestävyyden kannalta voida tulosten perusteella tässä arvioida.

18 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TUTKMUSTULOKSET 3.3.2 Pehmeä asfaittibetoni PAB -B16 Taulukkoon 8 on koottu PAB-B-koekappaleista määritetyt halkaisuvetolujuudet. Koska massan tiivistysiän suhteen nnnakkaiset näytteet koestettiin eri ikäisinä, ovat HVL-arvot yksittäistuloksia. Taulukko 8. Massan tiivistysiän, näytteen iän ja kiviaineksen vaikutus PA B-B - päållysteen halkaisuvetolujuuteen Massan tiivistysikä (min) Kiviaines Koestusikå (vrk) E-4868 BG + tartuke HVL (kpa) HVL (kpa) 15 Suomusjärvi 2 199 138 15 Suomusjärvi 7 198 240 30 Suomusjärvi 2 191 171 30 Suomusjärvi 7 194 246 60 Suomusjärvi 2 157 163 60 Suomusjärvi 7 202 230 15 Teisko 2 70 140 15 Teisko 7 122 195 30 Teisko 2 85 208 30 Teisko 7 165 150 60 Teisko 2 122 161 60 Teisko 7 169 223 Massan tiivistysiällä (15, 30 tai 60 min) ei ollut koestuslän ja kiviaineksen lujuuden kaltaista vaikutusta halkaisuvetolujuuksiin. Tiivistystyötä lisättiin siten, että tiiviysaste kaikissa näytteissä massojen tiivistettävyydestä riippumatta toteutui Asfalttinormien vaatimukset täyttävinä. Jos osassa näytteistä tyhjätila olisi jäänyt korkeammaksi, olisi tämä todennäköisesti heikentänyt niiden lujuuksia. Kuvaan 3 on koottu tulokset laskemalla kolmen tiivistysiältään erilaisen näytteet halkaisuvetolujuuksien keskiarvo. Suhteelliset erot eri sideaineil!a tai kiviaineksilla eivät olleet kovin suuria. Näytteet saavuttivat jo kanden ensimmäisen vuorokauden aikana vähintään 60 % viikon ikäisenä mitatusta lujuudesta (kuva 3). 3.3.3 Asfalttibetoni AB2O AB-massojen osalta lujuudenmääritysmenettely oli edellä kuvatun kaltainen. Tulokset on koottu yhteen taulukkoon 9.

-en jopa Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 19 TUTKMUSTULOKSET Taulukko 9. Massan tiivistysian, näytteen iän ja kiviaineksen vaikutus AB -päällysteen halkaisuvefolujuuteen Massan tiivistysikä (min) Kiviaines Koestusikä (vrk) E-4868 HVL (kpa) BG + tartuke HVL (kpa) 15 Suomusjärvi 2-115 15 Suomusjärvi 7 737 538 30 Suomusjärvi 2 345 127 30 Suomusjärvi 7 651 513 60 Suomusjärvi 2 361 142 60 Suomusjärvi 7 789 549 15 Teisko 2 348 173 15 Teisko 7 598 605 30 Teisko 2 351 156 30 Teisko 7 548 606 60 Teisko 2 300 134 60 Teisko 7 628 420 Samoin kuin PAB-B-päällysteillä lujuuserot eri ikäisinä tiivistettyjen näytteiden välillä olivat myös AB-näytteillä pieniä. Vanhentaminen 2 tai 7 vuorokauden ikään sen sijaan vaikutti merkittävästi lujuuksiin molemmilla sideaineilla. Näytteiden vanhentaminen kandesta vuorokaudesta viikkoon kasvatti lujuuden runsaan kaksinkertaiseksi, kun emulgaattorina oli E-4868 ja n. 3,5-kertaiseksi emulgaattorilia Lilamuls BG. Kun halkaisuvetolujuus sideaineen jäykkyyden perusteella, ovat erot yleensä määräytyy lähinnä merkittävän suuria. Alkulujuudet Lilamuls BG:llä olivat hyvin alhaisia, 120-150 kpa. Taso on sama kuin PAB-B-päällysteillä, joiden sideaine B6501900 on kuitenkin huomattavasti pehmeämpää. Vaikka lujuuden kasvu seuraavina vuorokausina olikin nopeaa, jäivät viikon ikäisten näytteiden halkaisuvetolujuudet molemmilla kiviaineksilla lujuuksista, jotka mitattiin emulgaat E-4868. -torilla Kuvasta 3 ilmenee näytteiden lujuuksien kasvu kaikilla tähän tutkimukseen kuuluvilla massoilla. Arvot ovat kolmesta näytteestä määritettyjen lujuuksi keskiarvoja. Rinnakkaisnäytteiden puuttuessa tarkastelussa käytettiin näytteitä, joiden massa ja koestusikä olivat samoja, mutta massan tiivistysikä eri.

-dessa 20 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päãllystemassan ominaisuuksiin TUTKMUSTULOKSET Kuva 3. PAB-B-ja AB-koemassojen halkaisuvetolujuudet 800 ---------- - -- 700 --.------------- -----.-.--------- 600 -----.---------------------V-----.--------------- 500 - --- ----_----.------ ----- ----- 3400-300. 2vrk 7vrk 200 =. :.. V.-.. -?- - -k 4 1 2 3 4 5 6 7 8 Massan numero V.. Sideaineen viskositeetin merkitys lujuuteen on ratkaiseva ja kivialneksen vain vähäisesti; Suomusjärvi on mekaanisesti vaikutus näkyy tuloksissa Teiskoa hieman kestävämpää. Kivlaineksen merkitys lujuuden kannalta pienenee koestusiän kasvaessa. Kanden vuorokauden halkaisuvetolujuu näkyvät kiviaineksien väliset erot selvempinä murtumisnopeuksien erojen vuoksi.

Emulsion Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 21 TULOSTEN TARKASTELU 4 TULOSTEN TARKASTELU 4.1 Materiaalien ja ajan vaikutus massojen ominal ii n -suu ks 4.1.1 Tiivistettävyys ja työstettävyys Kiertotiivistyksessä mitattu näytteiden tiheyden kasvu ja leikkausvoiman on liitteenä 2 tyypillisille PAB-B- ja AB kehittyminen tiivistyksen edetessä Tutkituilla sidealneilla ei leikkausvoiman suuruudessa tai sen -massoilie. AB-massoilla kuvaajan muodossa ollut merkittäviä eroja. Sekä PAB- että leikkausvoima kasvoi jatkuvasti tai pysyi ennallaan työkierroksia lisättäes Tällaisen massan tiedetään olevan vaikeasti tiivistettävää. -sä. Emulsioreseptin vaikutus ja merkitys massan tiivistettävyyden ja työstettävyyden kannalta korostuu mitä jäykempää sideainetta käytetään. AB emulsion murtumisen eteneminen tuli esille tutkittaessa en -päällysteillä on yhtenevä myös kentäl-ikäisten massojen ominaisuuksia. Tämä havainto tä saatujen kokemusten kanssa. Kun emulgoitua sideainetta käytettiin pehmeiden PAB -V-päällysteiden valmistuksessa, liittyivät keskeiset ongelmat päällysteen vedenkestävyyteen. Liian nopean murtumisen aiheuttamia ei kohteissa ollut, vaikka kuljetusetäisyys oli massan työstettävyysongelmia välillä pitkä ja sää lämmin. Pehmeämpi tässä tutkimuksessa mukana olleista päällysteistä käyttäytyy monessa suhteessa samalla tavalla. PAB -B-massojen käyttäytymisessä erot jäivät pieniksi en sideaineilta ja erilaisilla massojen vanhennusajoilla. koostumus ei tullut esiin tiivistys- tai tyästettävyystuloksissa. Erot murtumisasteessa peittyivät, koska sideaineen pehmeys salli tiivistyksen pidemmällekin murtuneella sideaineella. PAB -B-päällysteiden tyhjätila oli lisäksi riittävän korkea (8-10 %), jotta kiviaineksessa oleva ja emulsiosta vapautuva vesi ei haittaa tiivistämistä. Suomusjärven kiviaineksesta tehdyt massat tiivistyivät Teiskon kiviaineksesta valmistettuja paremmin. Tätä selittävät murtumisnopeuden ohella erot kiviainesten rakeiden muodossa ja pintastruktuunssa. Sideaineen jäykkyyden kasvaessa emulsion koostumuksen merkitys selvästi korostui, ja tutkituilla AB-massoilla havaittiin jo selkeitä eroja tiivistymisessä. Asfalttinormien mukaisen tyhjätilavaatimuksen saavuttaminen ei onnistunut suuresta tiivistystyön määrästä huolimatta. Tämä johtuu paitsi jäykkyydestä myös ennen kaikkea suuresta vesimäärästä. Vesi ei massan pääse poistumaan melko tiiviistä muotista tiivistystyön aikana. Kokoonpuristumattomana se estää näytteen tiivistymisen. Käytännön työssä vesi pääsee painumaan alaspäin tien rakenteisiin, jos alusta on sitomaton. Si tilanne vastaa pitkälti näytteenvalmistusta laboratorio- -dotulla alustalla olosuhteissa. Jyrän alla vesi pääsee liikkumaan päällysteessä vain sivusuunnassa. Taulukossa 10 on teoreettisesti tarkasteltu emulsiosta vapautuvan veden täyttämää tyhjätilaa erilaisilla sideainepitoisuuksilla. Molemmille massatyy - peille on Asfalthnormien tyhjätilavaatimusten ääriarvoilla laskettu se mas-

22 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TULOSTEN TARKASTELU san vesipitoisuus, jolla koko huokostila on veden täyttämä (vesipitoisuus %). Emulsiosta vapautuvan veden määrää laskettaessa on oletet- TA 100 tu, että emulsion haihdutusjäännös on 65 %. Tulos osoittaa, ettei edes pelkkä emulsiosta vapautuva vesi mandu tyhjätilavaatimukset täyttävän AB-päällysteen huokostilaan. Jotta massa sekoittuisi homogeeniseksi, on kiviaineksen lisäksi oltava kosteaa. Taulukko 10. Veden vaatima huokostila eri massatyypeillä Massatyyppi TT Vesipitoisuus Vettä Massan vesi-% tässä ja SA-% TA 100 % emulsiosta (%) tutkimuksessa PAB-B!4,2 7 3,0 1,5 4,5 PAB-B / 4,2 11 4,6 1,5 4,5 AB! 5,5 1 0,4 1,9 4,9 AB! 5,5 3 1,3 1,9 4,9 Osa vedestä poistuu käytännössä jo sekoituksen ja massan kuljetuksen aikana. Massan vesipitoisuus on kuitenkin vielä tiivistettäessä niin korkea, että AB-päällysteiden kaltaisia tiiviitä päällysteitä on vaikea valmistaa emulgoidusta sideaineesta. Tulokset osothivat, että sideaineen murtumisajan säätäminen mandollisimman hitaaksi olisi toivottavaa jäykkää sideainetta käytettäessä massan tiivistettävyyden kannalta. Hitaimmin murtuvalla emulsiolla nro 8 saavutettiin pienimmät tyhjätilat. Tilanne kentällä on kuitenkin erilainen kuin tehtäessä massaa näyteannoksittain ja tiivistettäessä kiertotiivistyslaitteella. murtuva emulsio saattaa ennen murtumista ja bitumin tart-erittäin hitaasti tumista kiviaineksen pintaan erottua osittain massasta etenkin silloin, kun on korkea. massan sideainepitoisuus Tiiviitä AB-massoja valmistettaessa olisi jo sekoitusvaiheessa syytä pyrkiä alentamaan massassa olevan veden määrää. Kiviaineksen kosteuden olisi hyvä olla alle 3 % ja emulsio tulisi valmistaa mandollisimman suurella jään - nösbitumimäärällä. Ajan vaikutus AB-massojen käyttäytymiseen tuli selvästi esille molemmilla sideaineilla näytteen iän kasvaessa yli 15 min. Emulsio oli ilmeisesti varsin resepteillä 30 min kuluttua, koska sen jälkeen ei pitkälle murtunut kaikilla tiivistettävyydessä tai työstettävyydessä enää tapahtunut merkittävää muutosta. Käytetyillä materiaaleilla murtuminen tapahtui siis lähes täydellisesti puolen tunnin kuluessa massan sekoittamisesta. Jos päällysteen levittämiseen ja tiivistämiseen kuluu sen sekoittamisesta yli puoli tuntia, ei murtumista voida enää hallita tässä käytetyillä materiaaleilla. emulsion

jo on tuoreen jälkeen. Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 23 TULOSTEN TARKASTELU 4.1.2 Lujuuden kasvu Lujuuden absoluuttisen tason määrää lähinnä sideaineen kovuus, mutta myös kiviaineksen mekaanisella lujuudella on jonkin verran vaikutusta. Tämä näkyy tuloksissa verrattaessa keskenään samalla sideaineella mitattuja halkaisuvetolujuuksia Teiskon ja Suomusjärven kiviaineksilla. Lujuuden kasvunopeuteen vaikuttavat oleellisesti emulsion murtumisnopeus ja veden poistuminen näytteestä. Koekappaleen kuivuessa sideaine kiviainesrakeiden pintaan ja lujuus kasvaa. Koska näyttei- tarttuu paremmin tä säilytettiin huoneenlämmössä ja huoneilman kosteudessa, on haihtuminen melko tehokasta. Etenkin avoimemmat PAB -B-näytteet ehtivät kuivua 2 vrk:ssa näytteen valmistuksesta. Veden poistumisnopeus päällysteestä täysin riippuvainen säätilasta. Kuiva, lämmin ja tuulinen sää kuivattaa päällysteen nopeasti, mutta sateisella ilmalla vesi ei pääse poistumaan päällysteen huokostilasta. Kenttäoloja vastaavan tilanteen määrittely laboratoriossa on siitä syystä vaikeaa. Veden poistumisen merkityksen arvioimiseksi seuraavassa on laskettu korrelaatiot näytteiden tyhjätilojen ja eri ikäisten näytteiden halkaisuvetolujuuksien välille. PAB-B HVL 2 vrk / TT -0,50 HVL 7 vrk TT -0,85 AB HVL2vrk/TT 0,19 HVL7vrk/TT -0,32 Avoimella PAB-päällysteellä korrelaatio lujuuden ja tyhjätilan välillä on olemassa ja se voimistuu näytteen iän kasvaessa. Tiiviillä AB-päällysteillä 7 vrk tarkastasteluajanjakson vastaavaa yhteyttä ei löydetty ainakaan vielä Tulokset osoittivat, että lujuus ei kasva emulsiotekniikalla valmistetuilla ABpäällysteillä yhtä nopeasti kuin kuumapäällysteillä. Päällysteet ovat kuuma herkempiä vaunoitumaan tuoreina. -sekoitteisia asfaltteja 4.2 Massojen käyttäytymisen yhteys emulsion koostumukseen ja murtumiskokeiden tuloksiin Suomusjärven peridotiitilla tiivistäminen ja haluttujen tyhjätilojen saavuttaminen oli kaikilla emulsioilla helpompaa kuin Teiskon granodioriitilla. Murtummen emäksisen kiviaineksen vaikutuksesta on taulukon 11 perusteella hitaampaa, mikä vaikuttaa massan parempaan työstettävyyteen.

Pesukoe 24 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin TULOSTEN TARKASTELU Taulukko 11. Murtuvuusindeksit referenssimateriaalilla ja vastaavaan rakeisuu suhteitetuila päällystekiviaineksilla -teen Emulgaattori Tartuke Referenssi- Referenssikäyrä Raisamin materiaali <1 mm Laatu Määrä (%) Forshammar Teisko Suomusjärvi ja ph BG 0,2/2 0,4 132,6 107,6 132,6 E-4868 0,6/2-126,7 81,2 97,6 Emulgaattori Tartuke Kiviaines Pesukoe (g) Raisamin Laatu Määrä (%)ja ph 10 min 120 min BG 0,2 / 2 0,4 Teisko 0,2 0,8 BG 0,2 / 2 0,4 Suomusjärvi 0,1 0,6 E-4868 0,6 / 2 - Teisko 0,1 0,3 E-4868 0,6 / 2 - Suomusjärvi 0,1 0,2 Massan ominaisuuksien ja emulsion murtumiskokeiden välisen yhteyden selvittämiseksi tarkasteltiin tunnuslukujen ja massojen tiivistyvyyden välisiä korrelaatioita: PAB -B Murtuvuusindeksi TT -0,66 120 min/ TT 0,95 AB Murtuvuusindeksi / TT -0,68 0,99 Pesukoel20min/TT Pesukokeen antama tulos vastasi erittäin hyvin näytteistä määritettyä tiivis Myös murtuvuusindeksin antama tieto vastaa massojen käyt--tettävyyttä. täytymistä eli mitä pitempi murtumisaika sen pienemmät tyhjätilat on saavutettu. Korrelaatiotarkasteluissa on kuitenkin muistettava aineiston vähäisyys, joten tilastolliset menetelmät saattavat vääristää tulosta. Kuitenkin antama tieto on samansuuntaista kuin massan käyttäy- murtuvuuskokeiden tyminen. Kuvassa 4 on havainnoillistettu murtuvuusindeksin ja massan tiivistyvyyden kiviaineksilla. Edellä esitetyssä korrelaatiotarkastelussa välistä yhteyttä eri on ei aineiston vähyyden vuoksi voitu ottaa huomioon sitä, että kokeet kiviaineksella. tehty kandella eri

Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päältystemassan ominaisuuksiin 25 TULOSTEN TARKASTELU Kuva 4. Näytteistä mitattujen tyhjätiojen ja murtuvuusindeksien välinen yhteys -. -.- AB ---PAB-B 70 90 110 130 150 Murtuvuusindeksi Jos tiivistettävyys määräytyisi ainoastaan emulsion murtumisnopeuden 4 kuvaajat murtuvuusindeksin kasvaessa jatkuvasti laskevia. Tiivistettävyyden kannalta merkityksellisiä ovat selvästi myös perusteella, olisivat kuvan muut kuin emulsion murtumiseen vaikuttavat ominaisuudet. kiviaineksen Tässä tutkimuksessa vakioidun rakeisuuden ohella tällaisia ominaisuuksia ovat raemuoto ja rakeiden pintastruktuuri.

-kalla -sen AB 26 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin YHTEENVETO JA JOHTOPAATÖKSET 5 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Jäykkien ja tiiviiden emulsiopäällysteiden valmistusta ei tähän mennessä ole laajemmin tutkittu Suomessa. Myös muualla tällaisen valmistustekniikan käyttö on vähäistä eikä vakiintuneita suunnittelumenetelmiä ole. Tutkimus antoi siten uutta tietoa emulsiopäällysteen käyttäytymisestä massan ominaisuuksien ja emulsion murtumiskokeiden välisestä yhteydestä. Tutkimus osoitti emulsiopäällysteiden etenkin tiiviiden astalttien valmistuksessa seuraavassa esitettyjä ongelmia. Monet vaikeuksista ovat ratkaistavissa jatkoselvityksillä ja kehittämällä materiaaleja ja työtekniikkaa edelleen. Myös parannusehdotuksia nykykäytäntöön on esitetty seuraavassa. Vesi kokoonpuristumattomana aineena estää päällysteen tiivistämisen. Asfalttibetonille asetettua tyhjätilavaatimusta 1-3 % ei tästä syystä voitu saavuttaa. Lisätään sementtiä n. 1 %. Reagoidessaan veden kanssa sementti sitoo ylimääräisen veden. Myös päällysteen lujuus kasvaa. Massan vesipitoisuuteen vaikuttavat sekä emulsion jäännösbitumipitoisuus että kiviaineksen vesipitoisuus. Kokonaisvesipitoisuuden kannalta kiviaineksessa oleva kosteus on useimmiten merkittävämpi. Kiviaineksen tulisi tästä syystä olla mandollisimman kuivaa. Toisaalta kosteus on välttämätöntä, jotta sideaine jakautuisi tasaisesti kiviainek pintaan. Jatkossa olisi selvitettävä, kuinka kuivaa kiviaines saa olla ilman, että kuivuus vaikuttaa massan homogeenisuuteen. Uusiopäällysteiden valmistukseen emulsiotekniikka soveltuu paremmin kuin käytettäessä pelkästään neitseellistä kiviainesta, koska lisättävän sideaineen määrä on vähäisempi. Murtumisaika voidaan säätää erittäin hitaaksi ilman riskiä sideaineen erottumisesta massasta. Käytetään SMA-rakeisuutta tai normaalia avoimempaa AB:ta jolloin 5 % tyhjätila on riittävä. Tämä on saavutettavissa esim. tässä tutkimuksessa käytetyillä emulsioilla, koska vesi mahtuu huokostilaan. Asfalttinormit tai eivät kuitenkaan tunne AB:n ja SMA:n "välimuotoa", joten työselitykset laatuvaatimusten asettaminen voi olla vaikeaa. PAB-B-päällysteitä voidaan tutkimuksen mukaan valmistaa emulsioteknii vielä pehmeämpien PAB -V-päällysteiden tapaan. Jatkossa emulsioiden murtumisaikaa ja sen myötä emulsiomassan käyttäytymistä pitäisi pystyä arvioimaan sideaineelle tehtävillä murtumiskokeilla. Tähän tutkimukseen valittiin kaksi hitaasti murtuvaa emulsiota, jotta jäykän -päällysteen tekeminen ylipäätään olisi mandollista. Emulsioiden mur tai sen vaikutuksessa massojen käyttäytymiseen ei ollut suurta -tumisajassa eroa. Jatkossa emulsion soveltuvuus tiettyyn käyttökohteeseen määritetään lähinnä murtuvuusindeksin luokituksen perusteella. Tutkituilla sideaineilla ei ollut suurta eroa massojen ominaisuuksissa. Emulsiotesteillä voidaan sideaine luokitella hitaaksi, keskinopeaksi tai nopeaksi. Sideaineen murtumiskokeiden perusteella ei massan käyttäytymistä voida ennustaa tarkemmin.

Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 27 YHTEENVETO JA JOHTOPAATÖKSET Emulsion murtumisaikaa ei voi juurikaan hidastaa tässä tutkimuksessa käytetystä, koska murtumaton emulsio erottuu massasta kuljetuksen aikana. Työstettävyys on tiivistettävyyttä pienempi ongelma, koska vesi toimii voitelijana ja estää massan paakkuuntumisen. Lujuuden kasvu emulsioab-päällysteillä poikkeaa kuumasekoitteisten massojen stabiloitumisesta. Emulsiopäällysteen lujuus kasvaa ajan myötä veden poistuessa päällysteestä, jolloin tartunnan kehittyminen bitumin ja kiviaineksen välille on mandollista. Emulsiotekniikalla valmistettu asfalttibetoni on tuoreena kuumapäällystettä herkempi vaurioitumaan.

28 Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin Kl RJALLSUUSVUTTEET 6 KRJALLSUUSVTTEET 1. Apilo, L., Bitumiemulsion murtumisajan määrittäminen. Tielaitoksen selvityksiä 81/1 995, TEL 3200356. Helsinki 1995. 2. Apilo, L., Eskola, K., PAB-V-tutkimukset 1995. Tielaitoksen selvityksiä 82/1995, TEL 3200357. Helsinki 1995. 3. Järvirova, R., Emulsiopäällysteet. Lapin, Oulun ja Savo-Karjalan tiepiiri Rovaniemi 1994. -en emulsiokoetieohjelma 1994. Tielaitos, Lapin tiepiiri. 4. PANK-menetelmät. Päällystealan neuvottelukunta PANK ry, laboratoriotoimikunta.

Bitumiemulsion murtumisajan vaikutus päällystemassan ominaisuuksiin 29 LHTTEET 7 LTTEET Lute 1. Lute 2. Tutkittujen PAB -B- ja AB-päällysteiden rakeisuudet Teiskon ja Suomusjärven kivialneksilla Kiertotiivistyksessä mitatut tyypilliset leikkausvoimat ja tiheyden kasvu tutkituiha emulsiomassoilla

los Tie- ja geotekniikka 6.2.96 LillE ii Tilaaja: Projekti: Emulsion murtumisaika Kohde: KOEMASSAT Massa: PAB-B 16 Sideaine: Täytejauhe: Lisäaineet: Kiviaines: Teiskon lajitteet -94 Muuta: Massan tiheys: LAPASY-% 100 1/ 70-1 40 /J lo ------ - o - 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 6 8 12 16202532 64 SEULAKOKO (mm) Tiheydet: 2687,49 2770 2690 2690 2690 2680 pnsnqrat lflfl fl % ç') fl O/ 7 fl 0/.. i A 0/- ft 0/ - -,-. - - Seula Alaraja Tavoite Massa kf 0-3 3-6 6-12 12-16 0,063 5 5,1 80 9,3 0,4 0,3 0,6 0,125 7 7,5 90 13,8 0,5 0,4 0,9 0,25 12 12,0 95 22,3 0,6 0,5 1,2 0,5 19 18,1 100 33,7 0,7 0,6 1,7 1 27 25,7 100 48,1 0,9 0,7 2 2 37 '36,5 100 68,6 1,6 0,9 2,4 4 50 52,8 100 95,6 26,2 2,8 3,2 6 59 61,2 100 99,8 89,7 13,2 3,8 8 67 67,7 100 100 100 46,2 5,4 12 84 82,1 100 100 100 94,6 32 16 95 100,0 100 100 100 100 100 20 100 100,0 100 100 100 100 100 25 100 100,0 100 100 100 100 100 32 100 100,0 100 100 100 100 100 TELSKPAB.XLS 5.12.1996

Muuta: LuTE 1/2 YHDYSKUNTATEKNKKA los Tie- ja geoteknikka 6.2.96 Tilaaja: Projekti: Emulsion murtumisaika Kohde: Koemassat Massa: PAB-B 16 Sideaine: Täytejauhe: Lisäaineet: Kiviaines: Suomusjärvi Tiheys3,15 tiheys: Massan 100 LAPA S Y- % - 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 6 8 12 1620 25 32 64 SEULAKOKO (mm) Tiheydet: Seososuudet: 100.0 % 20.0 % 30.0 % 200 % flfl 0/ Seula Alaraja Tavoite Massa 0-1 1-4 4-12 6-20 0,063 5 52 25 0 0 0,6 0,125 7 8,8 42,7 0 0 1 0,25 12 12,2 59,4 0 0 1,2 0,5 19 16,0 78,1 0 0 1,3 1 27 20,4 100 0 0 1,4 2 37 30,8 100 34,3 0 1,6 4 50 50,9 100 100 0 3,1 6 59 60,0 100 100 33 11,3 8 67 69,0 100 100 61,8 22,1 12 84 87,0 100 100 98 58,1 16 95 97,5 100 100 100 91,7 20 100 100,0 100 100 100 100 25 100,0 100 100 100 100 32 100,0 100 100 100 100 - SUOMUPAB.XLS 5.12.1996

Tie- ja geoteknhikka os 15.1.96 LillE 113 Tilaaja: VTT referenssi Kohde: KOEMASSAT Massa: AB 16 Sideaine: B-120 Täytejauhe: kf Lisäaineet: 0/..J,,) /0 Kiviaines: Teiskon lajitteet -94 Muuta: Massan tiheys: LÄPASY- % 100 77 / // _ // _ ::' 40 // 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 6 8 12 162025 32 64 SEULAKOKO (mm) Tiheydet: 2690,87 2770269026902690 2680 Sosnsuudt: 100.0 % fl % fl 0% 17_n 0/ ic fl % n n o/, Seula Ataraja Tavoite Massa kf 0-3 3-6 6-12 12-16 0,063 8 7,8 80 9,3 0,4 0,3 0,6 0,125 10 10,1 90 13,8 0,5 0,4 0,9 0,25 13 13,7 95 22,3 0,6 0,5 1,2 0,5 18 18,5 100 33,7 0,7 0,6 1,7 1 25 24,1 100 48,1 0,9 0,7 2 2 35 32,1 100 68,6 1,6 0,9 2,4 4 46 45,9 100 95,6 26,2 2,8 3,2 6 56 56,8 100 99,8 89,7 13,2 3,8 8 63 63,6 100 100 100 46,2 5,4 12 77 78,8 100 100 100 94,6 32 16 95 100,0 100 100 100 100 100 20 100 100,0 100 100 100 100 100 25 100 100,0 100 100 100 100 100 32 100 100,0 100 100 100 100 100 TESKO6.XLS 5.12.1996

LUTE 114 los Tie- ja geoteknhikka 6.2.96 Tilaaja: Projekti: Emulsion murtumisaika Kohde: Koemassat Massa: AB 20 Sideaine: Täytejauhe: Lisäaineet: Kiviaines: Suomusjärvi Tiheys3,15 Muuta: tiheys: Massan LÄPÄSY- % 1001 -- p - :: _ iii_ // 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 6 8 12 16 20 25 32 64 SEULAKOKO (mm) Tiheydet: Seocosuudet: 1000 % fl % 200 % 17O % 5fl 0/ 550 % Seula Alaraja Tavoite Massa kf 0-1 1-4 4-12 6-20 0,063 8 7,7 80 25 0 0 0,6 0,125 10 11,8 90 42,7 0 0 1 0,25 14 15,4 95 59,4 0 0 1,2 0,5 18 19,3 100 78,1 0 0 1,3 1 24 23,8 100 100 0 0 1,4 2 32 29,7 100 100 343 0 16 4 42 41,7 100 100 100 0 3,1 6 50 47,9 100 100 100 33 11,3 8 56 55,2 100 100 100 61,8 22,1 12 67 76,9 100 100 100 98 58,1 16 80 95,4 100 100 100 100 91,7 20 95 100,0 100 100 100 100 100 25 100 100,0 100 100 100 100 100 32 100,0 100 100 100 100 100 SUOMUAB.XLS 5.12.1996

: 4 cl :c LU.- -J -,_ -4---.- - - r - { - - - 1 - t? -! [w/sj] sdc9qi Cd') -r.----. -----).----. ---------+---------. ----- J a a a... a a a -r a a S --------- ----- a. * ---------* --------- : : : : ;.----. -----.----. ------------------- $ a a. ::!: i :. ----1----- )----1 ---) ---- {----- ----+----- ---- --.- i C a a a. L) a :: ::! Cd') ---- ----- l ----1 -----.--- ---------- ---- E. : E :E ±E ± : E Ezw/Ni wioasnpj'j

i E :: ---_-,- - r - r -,_.J_J.4 - L -' - -.. -. -1- - -F-'- $ - i- - - -: - r - rid -::j:::::t::::::3::::: o :::::t::::: :::::::::::::::::::::::::::::: o : - * S--. S : : : : U. -4 - ---- -F-F- ---- - L. -.- rid. Z S F- S [w/2] sdc1l ( J J -..a -r F ----1 ----- F---H --------------- _--_,_----_ --------- ---- $ S ---- - ----- -r -------------------- E- ---- i CD : : : : L.J --------- a._ ----- le z ----- ---1 ------- - 1--------- - ---------- [zw/ni] UUOASnBp[ifl

çq (4) w - -J rd C z L) C VD z - _,_.,_ -.1. -a. 4.4 L -. - + - + - - - - -.'. - - -1-f - - :NQ [Ew/] sicaqij C C.) z ----1 ----------- S --------- -- - f ------ ---- ----- L.._.J....4 -----...&... --------------------- --------------- - --------- *... L..J _;! ' -------4--------+----... ------------------------------- L :---------- - - -. J ------J...a...4....8 ::::::::::::::::: ::::::::;:::::::;::::: f ----- - "'- 2 ±LLL E H [zu1/w] WiOsnp1fl

S : \0 0 w -J - -r _._ - - _._.4 _fl..l -.:- - - - - - 1-1--)- Cl) o ::::::t:'aj::::::i:::::::!:::::::t::::::::::::: L) -,----4-F- C) Cl) Z ----- - - -.... - --------------------- -------- + F------ --- F... S -r------------------------------ ----- - [w/] s(3qtj C/) F- z i -r -- ------------------- F ----...---. +---------- ----- 1 -----...J ------- S F -----i S S : S,.. J -----J. å ----- : r: T --- --------- [zw/.p] unoasne)pifl

r1 L Tielaitos Uudenmaan tiepürt

TELATOKSEN SELVTYKSÄ 64/1996 Päätöksenteon avustaminen tienpidon suunnittelussa. TEL 3200431 65/1996 Tieliikenneolojen kehitys 1945-1995. TEL 3200432 66/1996 Tienpidon toimet tieverkon arvon säilyttäjänä. TEL 3200433 67/1 996 Korkealuokkaisten väylien liikennevalojen turvallisuus. TEL 3200434 68/1996 Tieliikenteen hinnoittelun muutosten vaikutukset. TEL 3200435 69/1996 Telekaapeliasennusten vaikutus tierakenteeseen. TEL 3200436 70/1996 Kantavan kerroksen asfaittibetoni; Referenssimateriaalin ominaisuudet. TEL 3200437 71/1996 Ajonopeuksien liiken neturvallisuusvaikutukset: Ajonopeuksien turvallisuusvaikutusten riippuvuus ulkoisista tekijöistä. TEL 3200438 72/1996 Ajonopeuksien liikenneturvallisuusvaikutukset: Ajonopeuden turvallisuusvaikutukset yksilöllisestä näkökulmasta. TEL 3200439 73/1996 Autonkuljettajien informaatiotarpeet. TEL 3200440 74/1996 Liikenteen kysyntä; Yhteenveto tutkimusohjelman julkaisuista. TEL 3200441 75/1996 Hematiittijauheen soveltuvuus SMA-massaan. TEL 3200442 76/1996 Muuttuvan nopeusrajoitusmerkin tekniikan vaikutukset ajonopeuksiin ja merkin muistamiseen. TEL 3200443 77/1996 Syvästabilointi kehittyvänä pohjavahvistusmenetelmänä; nternational Conference S -Tokio '96. TEL 3200444 78/1996 Moreenin rakeistaminen pelletoimalla; Nykytilaselvys. TEL 3200445 79/1996 Geotekniikan informaatiojulkaisuja: Pohjanvahvistusmenetelmän valinta. TEL 3200446 80/1996 Alempiasteisen tieverkon strategiat; Tienpidon kohdentamisvaikutukset kylien kehitykseen. TEL 3200447 81/1996 Maankäytön ja liikenteen yhteensovittaminen kaupunkiseudulla. hel 3200450 1/1 997 Sää- ja kelitietoon perustuva liikenteen ohjausjärjestelmän vaikutus kuljetlajien käyttäytymiseen ja käsityksiin. TEL 3200448 2/1 997 Liikenteen hallinnan temppukortisto. TEL 3200449 3/1 997 Tielaftoksen ympäristöpolitiikan arviointi. TEL 3200451 4/1 997 Siltojen perustusten geoteknisen mitoituksen vertailu eurocadien ja kansallisten ohjeiden mukaan. TEL 3200452 5/1 997 Tiepenkereen luonnonluiskan ja jäykän tukimuunrakenteen vertailevat mitoituslaskelmat eurocadien ja kansallisten ohjeiden mukaan. TEL 3200453 6/1997 Talviajan liikenneturvallisuus; Tilastollinen tarkastelu. TEL 3200454 SSN 0788-3722 SBN 951-726-3 1 8-X TEL 3200455