6 Tillsatsmedel

Bild 6:1 Asfaltblandare

I det följande har vi valt att behandla vissa nu aktuella tillsatsmedel samt diskutera hur och vilka asfaltegenskaper, som dessa anses påverka. ATB-VÄG anger att tillsatsmedel får användas om de inte ger problem vid användning, återanvändning, deponering och destruktion, samt accepteras av beställaren. Dessutom skall man kunna påvisa att tillsatsmedlen förbättrar egenskaperna hos asfalten. Detta kan tyckas självklart, men försvårar för tillsatsmedel som används av ekonomiska skäl.

6.4 Fibrer

Under senare år har i ökande utsträckning mycket tunna och korta fibrer börjat användas i asfalt. På 70-talet användes asbestfiber, men sedan asbest blev förbjudet, har ett stort antal andra fibertyper provats, varav främst cellulosafiber och mineralfiber vunnit allmän användning i beläggningstyperna ABS och ABD. Syftet med fibertillsatser är huvudsakligen att kunna öka bitumenhalten utan risk för bindemedelsavrinning.

Dessutom kan fibrerna agera som en mikroarmering, som höjer kohesionen och den mekaniska styrkan. Numera anser de flesta att denna effekt är av mindre betydelse. I praktiken har det visat sig svårt att tillverka och få goda egenskaper på en dränbeläggning utan att någon form av stabiliserande tillsats användes.

Bild 6:2 Visar de avrinningsförsök gjorda på ABS 16 med 6,8%
bindemedelshalt och B120

Av bilden framgår att cellulosafiber har större förmåga att binda bitumen i ABS-massa än motsvarande mängd mineralfiber. Fiber och filler i bitumen ger en ökning av viskositeten. Tillsats av fiber möjliggör således produktion av asfaltmassor med i förhållande till den relativa ytan mycket högre bindemedelshalter än normalt. Denna möjlighet har därför utnyttjats speciellt för massor av typerna ABD och ABS. De höga bindemedelshalterna ger speciellt ABS-beläggningen god flexibilitet och goda utmattnings- och hållbarhets- (motstånd mot vatten och åldring) egenskaper. Genom utvecklingen av skelettasfalt och dränasfalt har användningen av fiber ökat markant. I dessa asfalttyper är bindemedelshalten hög i förhållande till stenmaterialets specifika yta. Risken för bindemedelsavrinning är sålunda stor. För att kunna använda en ur tillverknings-, läggnings- och packningssynpunkt tillräckligt hög temperatur används fiber eller annan tillsats exempelvis polymerer och/eller malt gummi från gamla bildäck. Fibrer förtjockar bitumenet och ger bitumen-filler-fiberblandningen ”mastixen” tillräcklig viskositet för att avrinning skall undvikas. Mastixen binds dessutom till stenmaterialet så att risken för separation minskar.

Som framgått förekommer ett flertal olika fibertyper. Bland de organiska är cellulosafiber vanligast. Cellulosafiber kan antingen komma från färsk pappersmassa eller från returpapper. Cellulosafiber har genom sin molekylära uppbyggnad stor sugande förmåga. Mineralfiber kan göras från en smälta av diabas och dolomit såsom i stenullsfiber eller glasfiber. För att underlätta hantering (homogen inblandning) ytbehandlas fibrerna ofta. Även blandningar av cellulosa och mineralfiber förekommer.

Bild 6:3 Visar fibrer i lös vikt samt i makroförstoring

Fibrer kan köpas portionsförpackat med till varje blandarsats avpassad mängd eller i lösvikt och stor säck upp till 600 kg/säck. Lösviktsfiber kan fås antingen som pellets att tillsätta i blandaren eller som löst material, som kan blåsas in. Inblandningsprocenten varierar beroende på fiberns sugande förmåga, övriga stenmaterial samt bitumenets egenskaper, men rör sig i allmänhet om 0,2-0,6 % av massans vikt. Det finns ett flertal såväl svenska som utländska fibertyper och fiberkvaliteter. Fiberns distribution i hela asfaltmassan är av avgörande betydelse för fiberns möjlighet att förhindra avrinning. För att underlätta fiberdispergeringen kan fibern ha fått en speciell ytbehandling. Vid tillverkning av asfaltmassa med fiber är det viktigt att torrblandningstiden anpassas, så att god homogenisering erhålles samtidigt som fibern inte mals ned eller skadas på annat sätt. Olika fibertyper har i detta hänseende olika egenskaper.

6.5 Polymerer

Polymerer är högmolekylära föreningar som är uppbyggda av många lika byggstenar som kopplats ihop till en lång kedja. Många polymerer är naturligt förekommande. Utvecklingen sker främst inom området syntetiska polymerer.

Syftet med att använda polymerer i bitumen är att minska temperaturkänsligheten hos beläggningen, så att den tål varma sommardagar utan att deformeras samt kalla vinterdagar och stora belastningar utan att spricka. Andra syften är t ex förbättrad beständighet och minskad vattenkänslighet samt mindre risk för stensläpp. Polymerer användes även inom emulsionstekniken där syftet kan vara att snabbare uppnå full styrka. Polymeren kan tillsättas antingen på raffinaderiet eller i asfaltverkets bitumentank. Vanligtvis talar man då om polymermodifierad bitumen (PMB). Vissa polymerer låter sig blandas in direkt i asfaltblandaren tillsammans med stenmaterial och bitumen. Produkten kallas då ibland polymermodifierad asfaltbetong (PMA). Om man tillverkar en asfaltmassa med PMB får man givetvis också en PMA, Polymera material.

Polymerer indelas normalt i följande grupper:
– Gummi eller elastomerer.
Namnet kommer av att de har elastiska egenskaper, dvs. efter att ha deformerats återtar de sin ursprungliga form. Ett gummi kan inte fås att smälta utan mjuknar endast vid upphettning. Polymerer i denna grupp är bland annat naturgummi, butadiengummi, neoprengummi och syntetiskt (SBR) gummi.
– Termoplaster
Dessa plaster uppvisar en s k plastisk deformation. d v s de ”flyter undan” vid belastning och deformationen blir därefter bestående. Termoplaster smälter vid upphettning. Inom gruppen finns produkter såsom Polyeten, Polypropen, PVC, Polystyren.
– Termoplastiskt gummi
Karaktäristiskt för denna grupp är att de är elastiska vid normala temperaturer och kan fås att smälta vid förhöjd temperatur. Exempel är SBS, SIS, SEBS samt vissa copolymeriserat av gummi och plast.

Vid bitumenmodifiering eftersträvas ett ”kontinuerligt nätverk” dvs. man försöker få små bitumendroppar att helt omslutas av den högmolekylära polymeren. På så sätt överförs polymerens egenskaper till bitumenet. Av ekonomiska skäl används i vissa sammanhang lägre polymerhalter än som erfordras för att nå ett kontinuerligt nätverk. Polymeren nyttiggörs då ej fullt ut utan fungerar mer som ett fillermaterial.

SBS, som är förkortning för Styren-Butadien-Styren, är den vanligast förekommande polymeren. SBS är ett termoplastiskt gummi, som finns tillgängligt i en stor mängd varianter. Vid hög temperatur i bitumen är styrendelen smält, vilket gör att blandningen är pumpbar dock med högre viskositet än vanlig bitumen. SBS-modifierad bitumen behöver ur denna synpunkt hanteras vid högre temperatur än normal bitumen. När beläggningen svalnar, styvnar styrendelen och bidrar till stabiliteten. Butadiendelen fungerar som fjädrar vilket gör beläggningen mer elastisk. I kyla är fortfarande butadiendelen elastisk vilket gör beläggningen mindre sprickbenägen.

EVA, som är förkortning för Etylenvinylacetat, är också relativt vanligt förekommande. EVA är en termoplast, men vissa av EVA-typerna har här givits elastiska egenskaper. EVA är som regel lätt att blanda in i bitumen och ger bra kompatibilitet. Vid hög temperatur är EVA smält. Vid lägre temperaturer kristalliserar EVA och bidrar till stabiliteten. EVA används främst för att öka stabiliteten. Med hjälp av EVA-tillsats och ett mjukare bitumen kan på så sätt massans hanterbarhet och läggbarhet förbättras med bibehållna stabilitetsegenskaper. Det förekommer, att EVA blandas in direkt i asfaltverkets blandare.

Även vidareutvecklade APP-produkter förekommer. Dessa är här av typen amorfa termo-plaster, som höjer massornas stabilitetsegenskaper och vidgar det tillgängliga temperaturområdet. Normalt smälts amorfatermoplaster in på stenmaterialet före bitumeninsprutningen, vilket ger ökad vidhäftning mellan stenmaterial och bitumen. Tillsats av dessa amorfatermo-plaster kräver ingen höjning av massatemperaturen, eftersom de modifierade massorna är lätta att arbeta med.

Övriga förekommande polymerer har hittills endast provats i ringa omfattning i Sverige och övriga Norden. Intresserade läsare kan få mer information i litteraturen. Polymerkemister kommer att fortsätta utveckla nya polymerer som blandat med bitumen ger bättre och bättre egenskaper, vilket kommer att bidra till fortsatt utveckling inom asfaltområdet.

6.6 Tillsats av polymer

För att välja polymertyp och för att avgöra, om polymeren skall blandas in i bitumenet före eller tillsättas i asfaltverkets blandare, måste en mängd faktorer beaktas, däribland:

– Blandbarhet
Är polymeren lätt eller svår att blanda? Inblandning vid asfaltverket kräver en lättblandad polymer. Hur kontrolleras att varje sats på asfaltverket är välblandad?
– Lagring
Hur länge kan blandningen lagras? Verksinblandningen är ur denna synpunkt och ur leveranssäkerhetssynpunkt enklare.
– Prestanda
Går massan att blanda, lägga och packa? Uppnår den färdiga asfaltbeläggningen erforderliga prestanda?

Olika polymertyper påverkar, som vi sett tidigare, bitumenet och därmed asfalten på skilda sätt. Generellt kan sägas, att polymerer som ger elastiska egenskaper är svårare att blanda in och behöver därför vara förblandade, medan polymerer, som ökar den plastiska stabiliteten, är lättare att blanda in i asfaltverkets blandare.

6.7 Egenskaper hos polymermodifierade beläggningar

Floran av polymermodifierade produkter är mycket stor. Det är därför svårt att här redovisa enskilda testresultat. Vi hänvisar därför till litteraturen. Oftast önskar man vidga det temperaturområde, inom vilket beläggningen är tillräckligt styv och stabil utan att risken för sprickor vid låga temperaturer blir för stor. För närvarande används polymertillsats främst där kraven är mycket höga, exempelvis för flygfält, broar, speciella korsningar etc. Specialbeläggningar av typ gjutasfalt är idag till stor del modifierade. Dessutom användes polymermodifierade fogmassor och emulsioner för exempelvis slurry, ytbehandlingar och klistringsmedel. I vissa fall kombineras även fibertillsats och polymertillsats.

Asfaltmassa har normalt god beständighet mot avisningsmedel såsom salt och urea. På grund av hårdare miljökrav har på flygfält kaliumacetat kommit att användas som avisningsmedel. Det har då visat sig att asfaltmassa utan tillsatsmedel inte uppfyller uppställda krav. Olika tillverkare har då valt att använda olika tillsatsmedel för att klara kraven vanligtvis polymerer. På vissa flygfält förekommer dessutom spill av bränsle, vilket mjukar upp asfaltmassan. Flera tillverkare har därför utvecklat specialmassor med högre beständighet även mot bränslespill. Man skall dock komma ihåg att bitumen som den bitumenprodukt den är, alltid är löslig i organiska lösningsmedel såsom flygbränsle.

6.8 Vidhäftningsmedel

En asfaltbeläggnings beständighet påverkas i stor utsträckning av vidhäftningen mellan stenmaterial och bitumen.
Att vatten har en negativ inverkan på vidhäftningen är ett välkänt faktum, de flesta stenmaterial är hydrofila vilket innebär att stenytan föredrar vatten framför bitumen som är en oljeprodukt.
Vid förekomst av vatten i en asfaltbeläggning kan bitumen trängas undan av vattnet vilket i sin tur resulterar i en mängd olika skador såsom stenlossning, spårbildning, sprickbildning, deformationer etc. Skadeförloppet accelereras ytterligare av trafiken.
Beroende på stenmaterialens kemiska sammansättning benämner man de vanligtvis som ”sura” eller ”basiska”, de sura har en högre andel silikater och de basiska en högre andel karbonater på ytan. En högre andel silikater innebär att stenmaterialets yta i större utsträckning blir negativt laddad, en högre andel karbonater innebär en mer positivt laddad yta. Sura stenmaterial är ofta mer hydrofila och därmed extra problematiska ur vidhäftningssynpunkt.
Även faktorer som stenmaterialets porositet, ytstruktur och förekomsten av föroreningar på ytan mm påverkar vidhäftningen.

Bild 6:4 Visar surhetsgrad hos stenmaterial

De vanligast förekommande vidhäftningsmedel som idag används är flytande vidhäftningsmedel, cement eller hydratkalk.
När det gäller de flytande vidhäftningsmedlen så delar man vanligtvis in de i två olika huvudtyper; passiva respektive aktiva.
Ett passivt vidhäftningsmedel kännetecknas av förmågan att bibehålla kontakten mellan stenmaterial och bitumen i närvaro av vatten, vilket innebär att vattnet inte förmår tränga undan bitumen från stenytorna i en vägbeläggning. Passiva vidhäftningsmedel är ofta baserade på imidazoliner/amidoaminer och används vanligtvis i varma massor där stenmaterialet är torrt vid tillverkning av asfaltmassan. Normalt tillsätts 0.2-0.5 % beräknat på bitumenet.

Ett aktivt vidhäftningsmedel har dessutom förmågan att etablera kontakt mellan stenmaterial och bitumen i närvaro av vatten vilket innebär att bitumenet förmår tränga undan vattnet.
Ett fuktigt stenmaterial är i stort sett omöjligt att täcka med bitumen utan tillsatts av ett aktivt vidhäftningsmedel.
Vid tillverkning av halvvarma massor eller vid utförande av andra applikationer såsom ytbehandling eller indränkning där stenmaterialet är fuktigt är det av stor vikt att aktiva vidhäftningsmedel används i tillräcklig mängd för att möjliggöra en god kontakt mellan stenmaterial och bitumen.
De vanligast förekommande aktiva vidhäftningsmedlen är baserade på diaminer.
Normal dosering är 0.8-1.2 % beräknat på bitumenet.

Ett flytande vidhäftningsmedel är ett ytaktivt ämne som består av en hydrofob kolvätekedja och en hydrofil amingrupp.

Bild 6:5 Ett flytande vidhäftningsmedel är ett ytaktivt ämne som består av en hydrofob kolvätekedja och en hydrofil amingrupp.

Kolvätekedjan som är hydrofob (fet) till sin natur orienterar sig in i bitumenet, amingruppen som är hydrofil attraheras av stenytan.
På så vis erhålls en stark bindning i gränsskiktet mellan bitumen och stenmaterialets yta vilket innebär att vatten inte förmår tränga undan bindemedlet.

Bild 6:6 Gränsskikt mellan bitumen/vidhäftningsmedel och stenmaterial.

Bitumen med flytande vidhäftningsmedel tillsatt har en lägre ytspänning vilket förbättrar dess vätande egenskaper vid blandning med stenmaterial.

Flytande vidhäftningsmedel är normalt alkaliska och bryts därför långsamt ned genom reaktion med de sura beståndsdelarna i bitumenet.
Hastigheten på nedbrytningen relateras normalt till systemets värmestabilitet.
Det är beroende av bitumenets syratal och lagringstemperatur liksom vidhäftningsmedlets värmestabilitet.
Flytande vidhäftningsmedel bör, när det är möjligt tillsättas så att lagringstiden i varma bindemedel minimeras.
Normalt sker detta genom att vidhäftningsmedlet doseras in i bitumenet före asfaltblandaren, på detta sätt undviks även direktkontakt med produkterna.

Det förekommer en mängd olika testmetoder för att mäta vidhäftning och effekten av vidhäftningsmedel, det är dock viktigt att rätt metod används vid mätning av passiv respektive aktiv vidhäftning

Exempel på metoder för passiv vidhäftning (torrt stenmaterial)
• Bestämning av vattenkänslighet genom pressdragprovning, TDOK 2017:0650
• Rullflaskmetoden, SS-EN 12697-11
• Total Water Immersion Test, 60 eller 100°C (boiling test)

Exempel på metoder för aktiv vidhäftning (vått stenmaterial)
• Bestämning av vattenkänslighet hos kall eller halvvarm asfaltmassa genom pressdragprovning, TDOK 2014:0147
• Våtblandningsmetoden, VTI
• Immersion Tray Test, UK Road Note 39

6.9 Oxidationskatalysatorer

En beläggning åldras genom oxidation, som leder till ökad styvhet och därmed större risk för köldsprickor. Den ökade styvheten är dock positiv. Asfaltens förmåga att motstå plastisk deformation ökar. Speciella tillsatser, som påskyndar oxidationen och ger ökad stabilitet utan att köldegenskaperna försämras, har utvecklats. Dessa, som kan bestå av manganföreningar, har för närvarande ingen större användning. Även tillsatser, som minskar oxidationen, ”antioxidanter”, finns att tillgå men erfarenheten är begränsad.

6.10 Tillsats av kolväten

Bitumen enligt ett visst önskemål finns kanske inte alltid tillgängligt. Tillgängligt bitumen kan då modifieras genom tillsats av antingen hårdare eller mjukare kolväten. Ett specialområde för detta är återanvändning av gammal asfalt, där en mjukgörare behövs för att mjuka upp det gamla hårda bitumenet. Mjukgöraren kan vara en mjukare bitumenkvalitet eller en emulsion. Vid kall återvinning bör ett nytt bindemedel tillsättas asfaltgranulatet, annars riskerar beläggningen att få en allt för kort livslängd. För att göra bindemedlet hårdare, kan en hårt destillerad bitumensort eller en oxiderad bitumenkvalitet blandas in. Naturasfalt, Uintaite, Trinidad Epure eller Nygran, har också sådan effekt.

Bild 6:7 Naturasfalt, Uintaite

Uintaite är en naturligt förekommande mycket hård kolväteförening med noll i penetration vid 25°C och mjukpunkt ca 150°C. Flampunkten är hög, över 300°C. Uintaite bryts i gruvor i Utah, USA, och levereras i form av pulver.

På ön Trinidad finns en ”sjö” av asfalt. Detta material tas fram och efter en viss rening och avvattning erhålles Trinidad Epure. Denna består av 30-40% fint mineralfiller, 60-70% organiskt material (bitumen) och 2-5% bundet vatten. Penetrationen är 1-4, mjukpunkten ca 65°C, flampunkten över 200°C. Trinidad Epure levereras i block eller som pulver.

Uintaite och Trinidad Epure har i Sverige huvudsakligen använts som tillsatsmedel i gjutasfalt men används även för att öka stabiliteten i vanlig asfaltbeläggning vid trafiksignaler, busshållplatser hamnanläggningar och på industriplaner. Trinidad Epure har nästan helt ersatts av polymermodifierat bitumen eller direkttillsats av polymerer.

6.11 Svavel

I takt med önskemålen om minskade svavelutsläpp har överskottet av svavel inom petroleumindustrin ökat. Under energikriserna på 1970-talet provades svavel i asfalttillverkning. Risken för bildning av giftigt svavelväte var dock överhängande. I dagsläget är svavelinblandning i bitumen inte ett ekonomiskt gångbart alternativ, dessutom är denna teknik av miljöskäl nästintill omöjlig.

6.12 Asfaltgranulat och överskottsprodukter

I ett samhälle, mer och mer karakteriserat av återvinning och resursbesparing, har återvinning av asfaltmassa med både varm och kall teknik kommit att öka. Den gamla asfalten kan därvid betraktas som ett tillsatsmedel som kan fås att påverka egenskaperna i önskad riktning. Det kan också vara så att man måste använda ett annat tillsatsmedel för att kunna använda återvinningsmassor.

Inom annan verksamhet genereras material som är överskottsprodukter och som kan komma att användas som tillsatsmedel såsom flygaska, stålslagg, gummi etc. Gamla bildäck kan malas till granulat och pulver, som sedan kan blandas in i bitumen eller i asfaltmassor. Syftet är dels att erhålla förbättrade egenskaper för asfaltbeläggningar, dels att lösa ett avfallsproblem. Även med annat plast- och gummiavfall har det gjorts försök med inblandning i asfaltmassor. Gummi i olika former utgjorde ett av de allra första tillsatsämnena för att förändra och förbättra asfaltens egenskaper. Redan under 1930-talet utfördes de första försöken i bl. a Holland och USA, i Sverige skedde detta under 1950-talet.

Tillsättningen kan ske på ett flertal olika sätt, men principiellt kan man urskilja två varianter: Tillsättning i fast eller flytande form. Normalt sker tillsättning i samband med blandning av asfaltmassan. Med tanke på alla de försök som gjorts, får resultaten betraktas som magra. Tekniken har haft svårt att få ett ordentligt fotfäste främst genom svårigheter att i praktiken visa tillräckligt positiva effekter (motsvarande extrakost-naderna), men även genom problem med inhomogen inblandning och med gummits känslighet för längre tids upphettning.

I Sverige har gummi under de senaste 20 åren nästan endast använts i fast form, gummigranulat eller gummipulver. Man har pekat på en frosthalksförhindrande effekt hos dessa beläggningar. Från myndighetshåll finns ett tryck att använda överskottsprodukter, medan asfaltindustrin är mer avvaktande. Den söker i första hand öka återanvändningen av asfaltmassa. Det råder stor osäkerhet, hur resultatet skulle bli, om andra industrigrenars avfallsprodukter i stor utsträckning skulle blandas in i nytillverkade asfaltmassor. Dessutom måste även i detta sammanhang miljö- och hälsoaspekterna beaktas och ges hög prioritet.

6.13 Övrigt

Eftersom bitumen ger ifrån sig en viss mängd luktande kolväten, marknadsförs medel som maskerar denna lukt. Förhoppningsvis kommer de inte till att användas i någon större utsträckning.

Författare

Sven Fahlström
Född 1953, Civilingenjör kemi, Chalmers Tekniska Högskola, 1978.
Regionchef Nynäs AB

Thomas Wallin
Nouryon Surface Chemistry AB, som gjort en uppdatering av kapitel 6.8 Vidhäftningsmedel, år 2008 och 2020.