Kiertotiivistyslaitteella valmistetuista koekappaleista mitatut tilavuussuhdetiedot

Eri laboratorioissa suhteitusta varten tehtävien koekappaleitten valmistamiseen käytettävissä oleva laitteisto on erilaista. Tässä tutkimuksessa koekappaleet

puristettiin pääasiallisesti hydraulisella puristimella. Koska monissa laboratorioissa koekappaleitten valmistamiseen käytetään kiertotiivistyslaitetta, oli tarpeen tutkia myös sen soveltuvuutta pehmeiden päällysteiden suhteitukseen.

Koekappaleitten valmistusta laboratoriossa koskevat tutkimukset ovat osoittaneet, että eri menetelmillä puristetuissa kappaleissa on eroja /34a, 34b, 55/.

Samasta kiviaineksesta jäykkyydeltään erilaisilla sideaineilla samalla side-ainepitoisuudella valmistettiin koekappaleita sekä hydraulisesti puristamalla että kiertotiivistyslaitteella. Eri tavoilla tehdyistä koekappaleista mitattuja tilavuussuhdetietoja verrattiin keskenään tiivistystavan merkityksen selvittä-miseksi.

Kiertotiivistyslaitteella puristetut koekappaleet valmistettiin yksitellen kuten staattista puristusmenetelmää käytettäessä rinnakkaisten tulosten hajonnan pienentämiseksi. Kiviaineksena käytettiin Tupurin soramursketta ja side-ainepitoisuutena staattisesti koekappaleet puristamalla tehdyllä suhteituksella määritettyä optimisideainepitoisuutta 3,5 %. Rinnakkaisia koekappaleita tehtiin kutakin kolme, ja seuraavassa esitetyt tulokset ovat kolmen mittaustuloksen keskiarvoja.

Kiertotiivistyslaitteella saadaan mitattua tietyllä tiivistävällä voimalla saavutettu koekappaleen tiheys. Laite mittaa kappaleen lopullisen korkeuden ja ilmoittaa kappaleen tiheyden käyttämällä laskennassa lähtötietona käyttäjän antamaa massaa. Tiivistävää voimaa kuvaa seuraavassa ICT-indeksi, joka on tiivistyskierrosten lukumäärän ja työpaineen tulo.

Koska kiertotiivistyslaitteen määrittämän kappaleen tiheyden laskennassa lähtötietona on kappaleen massa ennen tiivistämisen aloittamista, menetelmä soveltuu huonosti käytettäväksi emulsiopäällysteillä. Tiivistyksen aikana huokostilan pienentyessä emulsiosta vapautunut vesi poistuu osittain koekap-paleesta. Näin kappaleen massa pienenee eivätkä lähtötiedot tiheyden laskemiselle ole oikeita, jos näytteen puristamisen aikana poistuneen veden massaa ei oteta huomioon.

Tiivistämisen päätteeksi laitteisto mittaa koekappaleen lopputilavuuden, jonka avulla voidaan kuitenkin laskea koekappaleen lopullinen tiheys, kun poistuneen veden massa tunnetaan. Tuoreen koekappaleen toteutuneen tiheyden laskemiseksi poistuneen veden massa määritettiin punnitsemalla kappale muotissa heti tiivistämisen päätyttyä. Veden poistumista ei menetelmässä ole mahdollista seurata tiivistämisen aikana, joten todellista tiheyden kasvua ei työn aikana voida seurata ja kiertotiivistyslaitteen huomattava etu hydrauliseen puristimeen tai Marshall-vasaraan verrattuna menetetään.

Kuvassa 15 esitetään tiheyden kasvu tiivistystyön funktiona. Ylempi yhtenäinen viiva kuvaa kiertotiivistimen antamaa tulosta, jossa näytteen massan muutosta tiivistämisen aikana ei ole otettu huomioon. Alempana esitetty katkoviiva esittää

periaatessa, miten tiivistyminen todella tapahtuu. Koska veden poistumista ei voida mitata tiivistystyön funktiona, on ainoastaan lopullinen tiheys laskettavissa mittaustuloksista.

Kuva 15. Tiheyden kasvu kiertotiivistyslaitteella tiivistettäessä, sideaineena V1000.

Menetelmällä tehtyjen tiheysmittausten tulosten keskiarvot ja -hajonnat on koottu taulukkoon 13. Lisäksi on laskettu kappaleen tiheys välittömästi tiivistämisen jälkeen (tuore kappale) ottamalla huomioon tiivistämisen aikana poistuneen veden aiheuttama massahäviö, joka on määritetty punnitsemalla näyte ennen ja jälkeen puristamisen. Suuri osa huokostilasta on tällöin vielä veden täyttämää. Kappaleen lopullinen tiheys on ilmoitettu kuivan kappaleen tiheytenä, joten sekä kiviaineksessa olevan kosteuden että emulsiosta vapautuneen veden on oletettu poistuneen päällysteestä. Lisäksi on laskettu tiivistämisen aikana tapahtuvan tiheyden kasvun suhteellista suuruutta kuvaava tunnusluku d = ICT-index 648 / ICT-index 20.

Tiheyksien hajonnat eri sideaineilla valmistettuja koekappaleita vertailtaessa poikkeavat suuresti toisistaan. Alkutiivistymistä tarkasteltiin viiden työkierroksen jälkeen, jotta käyttäjästä riippuvaisen muotin täyttötavan merkitys ei korostuisi.

Sideaineen viskositeetilla ei kuitenkaan ollut merkitystä massan alkutiivistymisen kannalta, viiden työkierroksen jälkeen mitatun tiheyden ja sideaineen viskositeetin väliseksi korrelaatioksi saatiin -0,56.

Taulukko 13.Kiertotiivistyslaitteella tiivistettyjen koekappaleiden tiheyden (kg/m³) kasvu viskositeetiltaan erilaisilla sideaineilla.

ICT-index V1000

20 2005 22,2 1984 7,5 1980 13,1

40 2076 20,8 2053 8,5 2050 14,4

80 2145 20,6 2121 7,8 2116 14,6

160 2207 20,8 2183 8,3 2176 14,0

324 2264 19,0 2238 7,8 2226 16,2

648 2312 19,1 2288 8,3 2268 18,5

tuore kappale 2274 18,5 2270 19,7 2244 15,3

lopullinen 2211 19,1 2188 9,1 2178 16,3

d 1,13 0,0062 1,14 0,0056 1,13 0,0067

ICT-index 2/3 V1500

160 2166 5,3 2168 5,5

324 2221 3,5 2224 4,0

648 2270 2,0 2277 5,7

tuore kappale 2247 3,1

lopullinen 2179 4,2 2213 4.,6

d 1,14 0,0029 1,15 0,0011

Kappaleitten absoluuttista tiivistymistä tutkittiin viiden työkierroksen (ICT-index 20) ja 161 työkierroksen (ICT-index 648) jälkeen laskettujen tiiviyksien arvoista, joissa on otettu huomioon kappaleista poistuneen veden määrä. Näyte punnittiin ennen tiivistämistä ja sen jälkeen, ja poistuneen veden määrä laskettiin massojen erotuksena. Absoluuttinen tiheyden kasvu vaihteli jäykkyydeltään erilaisilla PAB-V:illä välillä 264 - 286 kg/m³ ja oli öljysoralla 300 kg/m³. Tiivistymistä kuvaavassa tunnusluvussa d ei ollut eri massojen välillä suuria eroja, mutta parhaiten tiivistyi öljysora, jolla myös kappaleitten väliset erot olivat pienimmät.

Bitumiemulsiosta vapautuva vesi ei esteettömästi pääse poistumaan muotista, mikä vaikeutti hieman koekappaleitten tiivistymistä, kun sideaine oli emulsiota.

Veden poistumista voitaisiin helpottaa esim. poraamalla muotin seinämiin reikiä.

Toinen vaihtoehto olisi käyttää emulsiopäällysteiden näytteenvalmistuksessa pidempää kuormitusaikaa kuin muilla pehmeillä asfalttibetoneilla, jotta veden poistumiselle on riittävästi aikaa. Tiivistämisen aikana emulsion murtuessa vapautuvan veden määrä ei ollut yhtä suuri kaikilla tutkituilla massoilla. Selvästi

muilla vaihteli välillä 63 - 68 g. Tämä johtuu käytettyjen emulsioiden erilaisista murtumisnopeuksista. Samalla tiivistystyöllä eri massoilla saavutettuja tiheyksiä verrattaessa on emulsion murtumisnopeuden vaikutuksen eliminoimiseksi käytettävä mielummin lopullisia täysin kuivista kappaleista laskettuja tiheyksiä.

Pehmeistä päällysteistä valmistettujen koekappaleitten lopulliseen tiheyteen vaikuttavat sideaineen viskositeetti ja alkutiiveys, kun tiivistämiseen käytetään kiertotiivistyslaitetta. Tuoreen kappaleen tiheys ei ollut merkitsevä selittäjä.

Alkutiiveytenä on tarkasteltu viiden tiivistyskierroksen jälkeistä tiiveyttä muotin täyttötavan vaikutuksen eliminoimiseksi. Parhaiten lopullista tiheyttä selittäväksi malliksi saatiin

rlopullinen = 1345,6

- 0,0150 VISK p = 0,0001 + 0,4415 r _alku p = 0,0006

mallille R² = 0,74, p = 0,0003, jossa r alku on koekappaleen tiheys viiden tiivistyskierroksen jälkeen,

kg/m³

r_lopullinen koekappaleen lopullinen tiheys, kg/m³

VISK sideaineena olevan bitumin viskositeetti, mm²/s.

Vastaavista hydraulisesti puristetuista ja kiertotiivistyslaitteella valmistetuista koekappaleista määritettyjä tiheyksiä vertaillaan kuvassa 16. Tuoreilla ti-heysarvoilla tarkoitetaan koekappaleiden tiheyttä heti puristamisen jälkeen, kun huokostilassa on vielä vettä. Emulsioiden eri pituisista murtumisajoista johtuvat erot veden poistumisnopeudessa on eliminoitu laskemalla kuivien kappaleitten tiheydet.

Kuva 16. Jäykkyydeltään erilaisten massojen tiivistyminen kiertotiivistimellä ja hydraulisesti puristettaessa.

Kiertotiivistyslaitteella ja hydraulisella puristimella tehtyjen koekappaleitten

meimmillä päällystemassoilla PAB-O:lla ja PAB-V:llä, jossa sideaineena oli V1000. Nämä päällysteet tiivistyivät kiertotiivistyslaitteella selvästi paremmin kuin hydraulisesti puristamalla. Haluttaessa arvioida massan jäykkyyden vaikutusta tiivistettävyyteen saadaan tästä päätellen ICT-laitteella luotettavampia tuloksia kuin tutkimalla hydraulisesti puristettujen koekappaleitten tiheyksiä.

Veden tiivistystyötä häiritsevä vaikutus kiertotiivistyslaitetta käytettäessä tulee esille verrattaessa PAB-V-päällysteiden ja PAB-O:n tiheyksiä toisiinsa. Öljysoran lopullinen tiheys on 40 kg/m³ suurempi kuin pehmeimmän PAB-V:n.

Hydraulisesti puristettujen koekappaleiden tiheyksissä ei havaittu merkittäviä eroja sideaineen viskositeetin muuttuessa.

Kun koekappaleita valmistetaan suhteitusta varten, on merkitystä etenkin tilavuussuhdetietojen eroavuuksilla eri menetelmiä käytettäessä. Vertailun mahdollistamiseksi koekappaleesta mitattujen lopullisten tiheyksien perusteella laskettiin tilavuussuhdetiedot samoin kuin hydraulisesti puristetuista koekappaleista (taulukko 14).

Taulukko 14. Kiertotiivistyslaitteella ja hydraulisesti puristamalla määritetyt tilavuussuhdetiedot eri sideaineilla

V1000 V1500 V3000 BÖ 2

ICT HYDR ∆ ICT HYDR ∆ ICT HYDR ∆ ICT HYD

R

∆ tiheys

(kg/m³)

2211 2168 43 2188 2166 22 2178 2159 19 2213 2160 53 KAT (%) 20,1 21,6 -1,5 20,9 21,5 -0,6 21,3 22,0 -0,7 19,8 21,3 -1,5 TT (%) 12,5 14,2 -1,7 13,5 14,1 -0,6 13,8 14,5 -0,7 12,2 13,8 -1,6 TA (%) 37,5 34,4 3,1 35,6 34,6 1 34,9 33,8 1,1 38,2 35,2 3

∆ = ICT-HYDR

Pehmeimpien tutkittujen päällysteiden täyttöasteissa on suhteituksen kannalta merkittävä ero. Jäykemmillä sideaineilla V1500 ja V3000 saatiin kummallakin menetelmällä yhtäläiset tulokset. Tilavuussuhdetietoihin perustuvan suhteituksen tekemiseen käytettyjen menetelmien soveltuvuutta arvioidaan koepäällysteiden tiiviyksien avulla kohdassa 4.5.3.

Kiertotiivistyslaitteella tehdyistä koekappaleista laskettujen tilavuussuhdetietojen suhteelliset virheet ovat seuraavassa esitetyn suuruisia, kun näytteen tilavuuden mittaustarkkuus on 1 cm³. Virhetarkastelu on tehty kohdassa 4.1.1 esitetyllä tavalla.

1. Kiviaineksen tyhjätila (KAT)

kiviaineksen kiintotiheys r_k = 1,56 % kiviaineksen massa mk = 0,01 % näytteen tilavuus Vnäyte = 0,10 %

2. Päällysteen tyhjätila (TT)

kiviaineksen kiintotiheys r_k = 1,56 % kiviaineksen massa mk = 0,01 % bitumin massa mb = 0,02 % näytteen tilavuus V_näyte = 0,12 %

kokonaisvirhe = 1,70 %

3. Täyttöaste (TA)

kiviaineksen kiintotiheys r_k = 3,84 % kiviaineksen massa m_k = 0,01 % bitumin massa mb = 0,09 % näytteen tilavuus Vnäyte = 0,49 %

kokonaisvirhe = 4,44 %

Vaikka kappaleen tilavuuden mittaaminen onnistuukin paremmin kuin staattisesti koekappaletta puristettaessa, ei menetelmän tarkkuus ole merkittävästi parempi.

In document Pehmeiden emulsiotekniikalla valmistettujen asfalttipäällysteiden (sivua 67-73)