Compaction Concepts Asfalt, HF-vältar och konceptjämförelse
I denna broschyr beskrivs de olika packningskoncept som finns tillgängliga på marknaden. Det är en objektiv jämförelse som rör deras funktion och prestanda. Det finns ett flertal olika parametrar som påverkar packningsprestanda hos en vält, och de viktigaste av dessa beskrivs nedan. Men, det är bara genom praktiska test som man på ett säkert sätt kan fastställa en välts prestanda, eller visa de verkliga skillnaderna mellan olika maskiner eller koncept.
Packningsparametrar Statisk linjelast Den statiska linjelasten beräknas genom att dividera den del av den totala vältvikten som bärs upp av varje vals med valsens bredd. Den statiska linjelasten anges normalt i kg/cm, kN/m (eller PLI pund per linjetum). Den statiska linjelasten påverkar en välts förmåga att uppnå en hög packningsgrad. I allmänhet gäller att en vält med en högre statisk linjelast kan nå en högre packningsgrad.
Amplitud Den nominella amplituden beskrivs som hälften av den sträcka som valsen rör sig (vertikalt eller horisontellt). När motvikten roterar rör sig valsen åt motsatt håll i förhållande till motvikten. Det betyder att när när vikten är i det högsta läget, så är valsen i sin lägsta punkt. Amplituden spelar en stor roll vid bestämning av den maximala lagertjockleken för en vält. En hög amplitud (och statisk linjelast) gör att välten kan arbeta på ett tjockt lager. En låg amplitud begränsar djupverkan, men reducerar även risken för ballastkrossning.
Frekvens Vibrationsfrekvensen måste väljas med hänsyn till det material som ska packas och vältens amplitud. Genom forskning och erfarenhet har man funnit att högre frekvenser är utomordentligt väl lämpade för asfaltpackning jämfört med lägre frekvenser. Rent generellt förhåller det sig så att om amplituden minskas, så bör frekvensen ökas för att kompensera för förlusten i valsacceleration. Detta är orsaken till varför man kan få ett sämre packningsresultat om man använder en asfaltvält med en för låg frekvens. En hög frekvens minskar även risken för vågbildning.
Övrigt Vältens hastighet påverkar packningsresultatet, och den bör inte överskrida 5-6 km/h för att säkerställa en tillfredsställande packning. Ofta krävs lägre hastighet under de första vändorna på het asfalt. Det finns också flera andra parametrar som påverkar slutresultatet på en asfaltering. För ytterligare information, se gärna “Packning och Utläggning, Teori och Praktik”.
Packningskoncept Statisk packning En statisk vält arbetar med den statiska linjelasten som enda packningsparameter. Jämfört med en vibrationsvält måste linjelasten vara betydligt högre för att den statiska välten ska bli ett effektivt packningsredskap. Trots detta är den begränsad till en lagertjocklek på omkring 50 mm. Variationer i den statiska linjelasten åstadkoms genom att förse välten med ballast.
Traditionell vibration Vibrationen alstras av en eller flera excentervikter som roterar runt en i valsen centrerad axel. Genom att ändra storleken på de excentervikterna åstadkommer man olika amplituder. Med detta slags system vibrerar valsen med en roterande rörelse och ger en “circulär amplitud”.
Riktad vibration Genom att använda två mot varandra roterande excentervikter i valsens centrum, är det möjligt att skapa en riktad vibration. Med en konstant amplitud, kan riktningen på denna konstanta amplitud varieras från helt vertikal till helt horisontell.
Oscillation Två roterande excentervikter placerade utanför valsens centrum genererar en oscillerande rörelse i valsen. Detta innebär att, till skillnad från de två föregående vibrationssystemen, så förflyttas inte valsens rotationsaxel utan oscillerar runt den.
Nutation Fyra motroterande excentervikter alstrar en horisontell rörelse, tvärgående mot vältriktningen, samt även en oscillerande rörelse.
Statisk packning Traditionell vibration
Riktad vibration Oscillation
Fördelar
Nackdelar
Inga markvibrationer Okomplicerat system Välkänt koncept Asfaltpackning på broar
Begränsad djupverkan Kräver många överfarter
Lämplig för alla material Den mest effektiva metoden God djupverkan Ger en jämn packning Okomplicerat vibrationssystem
Genererar markvibrationer
Den mest effektiva metoden (vertikalt) Valsslitage (horisontellt) Markvibrationer God djupverkan (vertikalt) Packning av tunt asfaltlager (horison- Komplicerat vibrationssystem tellt) Jämn packning (vertikalt)
Packning av tunna asfaltlager Asfaltpackning på broar Mindre markvibrationer
Begränsad djupverkan Kräver många överfarter Valsslitage Komplicerat vibrationssystem
Nutation
Packning av tunna asfaltlager Mindre markvibrationer Asfaltpackning på broar
Slutsats - traditionell och riktad vibration Jämförbar packningsförmåga. Men, det automatiska riktade vibrationssystemet är diskutabelt på asfalt, på grund av svårigheterna med exakt styvhetsmätning på rätt djup. Alltför många inställningsmöjligheter förvirrar operatören, och många gånger kan man ställa sig frågan om systemet används i full utsträckning. Ett mindre komplicerat system innebär oftast mindre behov av, och lägre kostnader för underhåll och reparationer. Normalt har den riktade vibrationsvälten bara en vals med denna typ av system. Den andra valsen har ett traditionellt vibrationssystem, vilket innebär att
Begränsad djupverkan Kräver många överfarter Valsslitage Komplicerat vibrationssystem
man för att få en helautomatisk inställning måste stänga av den traditionella vibrationen och göra dubbelt så många överfarter som när båda valsarna vibrerar.
Statisk, oscillerande & med nutation (krökning) Dessa vältar ger liknande packningsresultat. Det mest ekonomiska sättet är att utföra packning med den minst komplicerade utrustningen, en statisk vält. Samtliga vältar lämpar sig för packning av tunna asfaltlager.
Asfaltpackning
Vibrationspackning av asfalt kräver en lägre amplitud och högre frekvens än jordpackning. Detta är ett välkänt faktum, ända sedan asfaltpackning med vibrerande vältar introducerades på 50-talet. Traditionellt har frekvensen legat runt 50 Hz och amplituderna i området 0,35 till 1 mm. Men eftersom utvecklingen inom asfaltindustrin går mot tunnare lager och större ballast, så måste packningsutrustningen utvecklas i samma riktning. Tunnare lager kräver lägre amplituder för att begränsa djupverkan och minimera risken för ballastkrossning. För att upprätthålla packningseffekten, så måste frekvensen ökas. Det är här som den högfrekventa asfaltpackningen kommer in.
Låg amplitud/hög frekvens
98 %
97.5 % En högre frekvens betyderinte att välthastigheten kan ökas. Även om slagavståndet kan 97bibehållas % 0 vid en högre hastighet med en högre frekvens, så1 kommer packningsresultatet att bli lidande. Det finns även andra problem, en hög hastighet under de första överfarterna kommer att skapa en bogvåg som kan orsaka sprickor och/eller gupp i ytan. Håll därför välthastigheten inom området 3-6 km/tim. För de allra första överfarterna kan en ännu lägre 101 % hastighet krävas.
Ballastkrossning
97 %
3
0
42
1
3
5
6
4
Vibrationsfrekvens Amplitud: 0.21 mm
7 6
5
78
8
Antal vändor 70 Hz
40 Hz70 Hz
40 Hz
Packningsökning för 40 Hz respektive 70 Hz (samma amplituder). Observera att 40 Hz- kurvan aldrig når den erforderliga, minimala packningsgraden.
Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm 101 %
100 %
2
98 %
2
99 % Om ännu större ballast används i tunnare skikt, ökar risken för ballastkrossning, speciellt vid användning av 98 % maskiner med traditionella amplituder och frekvenser. 97 % Denna risk minskar väsentligt om en maskin med låg amplitud/hög frekvens används. 96 %
Packningsprestanda
Tabell 1
98.5 %
97.5 %
Packningsgrad (%) Marshall
Välthastighet
Packningsgrad (%) Marshall
Nya tillämpningar har drivit på utvecklingen av nya maskiner, och som ett resultat av detta finns nu de Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm högre frekvenserna tillgängliga. Packningseffekten 101 % beror på amplituden och frekvensen (och också på 100.5 % den statiska linjelasten). Om amplituden minskas, Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm 101 % så måste frekvensen ökas i motsvarande100mån. Detta % 100.5 % kommer att resultera i en maskin med utomordentlig 99.5 % 100 % packningsförmåga på tunna lager med låg amplitud % tjockare (hög frekvens), och som fungerar lika bra99på 99.5 % lager med hög amplitud (lägre frekvens). 99 % 98.5 %
100 %
99 %
98 %
97 %
96 %
2
3
Kombinationen av låg amplitud och hög frekvens har tagits fram för packning av tunna asfaltlager. För denna tillämpning är det den lämpligaste lösningen, både med hänsyn till packningsprestanda och för att undvika ballastkrossning.
Tabell 2
Minimikrav
3
4
4
5
5
6
Välthastighet: Amplitud: 0,23 mm Frekvens: 70 Hz
6
7
7 km/h
5 km/h
7
8
8
Antal vändor
Jämför det antal vändor som krävs för att uppnå erforderlig packningsgrad. Om hastigheten ökas från5 till 7 km/h, så krävs 50 % fler överfarter för att uppnå erforderlig lägsta packningsgrad (sex överfarter i stället för fyra).
7 km/h
5 km/h
Slutsatser - Packning av tunna lager kräver en låg amplitud. Detta, i sin tur, kräver en hög frekvens för att alstra tillräcklig packningsenergi. - Låga amplituder minimerar risken för ballastkrossning. - En hög frekvens tillåter inte högre välthastigheter, packningsresultatet kan sjunka under erfordrade nivåer om hastigheten överskrider 6 km/tim. Det betyder att fler överfarter måste göras. - En vält inställd med en låg amplitud/hög frekvens för tunna lager, och en hög amplitud/lägre frekvens för tjocka lager är en mycket mångsidig maskin. Den kan användas för både bär- och bindlager, likaväl som för tunna slitlager.
Packningsgrad (%) Marshall
Hot asphalt mix, maximum layer thickness 5 cm 100.5 %
Tabell 3
100 % 99.5 % 99 % 98.5 % 98 % 97.5 %
35
40
45
50
55
60
65
Frequency (Hz)
70
75
80
85
Frekvens (Hz)
90
Diagrammet visar förhållandet mellan amplitud och frekvens och önskad packningsgrad vid 99 %-linjen. Välten testades med en fix amplitud och ett antal olika frekvenser. Det visar att det för en viss amplitud finns en frekvens för vilken packningen är mest effektiv.
Amplitud: 0.21 mm
OBS! Alla diagram är baserade på resultaten från fullskalig testning av asfaltvältar på het asfaltblandning.
Packningskoncept - jämförelse
Praktiska tester är det enda pålitliga sättet att visa prestandaskillnader mellan de olika koncepten. Dessa tester utfördes under liknande förhållanden, och packningstemperaturerna övervakades noggrant för alla koncept för att säkerställa ett opartiskt resultat. De testade koncepten var CC424HF med cirkulär (traditionell) vibration med låg amplitud och hög frekvens, riktad vibration (automatisk) samt oscillation. (OBS! Den oscillerande välten har en vals med traditionell vibration och en oscillerande vals).
Asfaltblandning
SMA 16-70/100
AG 22 - 160/220
16
22
70-100
160-220
2-5.5
3-8
97.3-100.9
96.9-102.1
90-135
80-125
40
70
41-42
67-74
Max. nominell partikelstorlek (mm) Inträngning (mm*10) Erfordrad packning, lufttomt innehåll (%) Erforderlig packning, packningsgrad (%) Packningstemperatur, min/max °C Lagertjocklek, önskad, mm Lagertjocklek, mm
Koncept Antal erfordrade överfarter
CC424HF 6
Riktad 8
Oscillation 6
Stone mastic 16 - 70/100, 40 mm 102 %
Packningsgrad (%) Marshall
CC424HF och den oscillerande välten kräver båda sex överfarter för att uppnå önskad packningsgrad. Välten med riktad vibration behövde åtta överfarter för att nå önskad hålrumshalt.
101 % 100 % 99 % 98 % 97 % 96 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Antal överfarter
Directed
CC424HF
Oscillating
Asphalt base 22 - 160/220, 70 mm
Koncept Antal erfordrade överfarter
CC424HF 6
Riktad 8
Oscillation 8
101 %
Packningsgrad (%), Marshall
CC424HF krävde sex överfarter för att nå önskad packningsgrad. Den automatiserade riktade vibrationen och de oscillerande vältarna krävde båda åtta överfarter för att nå kravet på hålrumshalt.
102 %
100 % 99 % 98 % 97 % 96 % 95 %
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Antal överfarter
CC424HF
Directed
Oscillating
Slutsats Packning av tunna lager visade sig vara mer effektiv med den cirkulära vibrationen (låg amplitud och hög frekvens) och de oscillerande vältarna. Den automatiserade välten med riktad vibration krävde ytterligare överfarter för att nå specifikationen. Men, ju lägre amplitud på maskinen under packningen, desto mindre risk för ballastkrossning vid tunna asfaltlager. Detta visar sig vara en fördel hos Dynapacs HF-maskiner. Den traditionella vibrationen ger en snabb ökning av packningen på
tjockare lager och kan spara två överfarter jämfört med de övriga packningskoncepten. Detta innebär betydande besparingar i vältinsats och maskiner för varje givet arbete. Det bevisar även flexibiliteten och effektiviteten hos HF-konceptet. Att ha en mycket låg amplitud för effektiv packning av tunna lager utan ballastkrossning, och en hög amplitud för packning av tjocka skikt till rätt packningsgrad är ett vinnande koncept.
q
Fokus på kvalitet
Vi strävar efter att göra saker rätt från början och prioritera rätt. Att sätta in resurser där de kan skapa de största fördelarna och avkastning på gjorda investeringar.
Ta ansvar
Vi ska vara ett ansvarsfullt företag när det gäller sociala, miljömässiga, etiska och ekonomiska aspekter. Som en del av Atlas Copco-gruppen delar vi koncernens mål att göra allt vi kan för att säkerställa tillförlitliga, varaktiga resultat genom ansvarsfull användning av resurser; mänskliga, miljö och kapital.
Dynapac Compaction Equipment AB, Box 504, SE-371 23 Karlskrona, Sverige. Tel: +46 455 30 60 00, Fax: +46 455 30 60 30 Informationen ovan är enbart avsedd som en allmän beskrivning. Den utgör ingen utfästelse och innebär inga som helst garantier. Reservation för eventuella ändringar. Maskinerna på vissa bilder och illustrationer är utrustade med tillvalsutrustning.
PMI 3294 0031 02 - February 2011
På Dynapac börjar en hållbar framtid idag.
Skapa varaktiga resultat
Genom vår utrustning, expertis och support bidrar vi till att skapa varaktiga resultat som lönar sig för våra kunder och andra intressenter.
q
Dynapac. Det är ett grundläggande värde som återspeglas i vårt företags beteende, våra tillverkningsprocesser och den kvalitetskontroll som finns i varje del av Dynapacs utrustning. Vårt engagemang för varaktiga resultat löper under hela livscykeln av vår utrustning - från produktutveckling, inköp och tillverkningsprocesser, användning av utrustning till den service och support som erbjuds. Viktigast är det löfte till våra kunder och det samhälle där vi alla lever och arbetar för att kontinuerligt utveckla nya produkter och lösningar som bidrar till en stark infrastruktur och en mer hållbar miljö.
q
Den hållbara vägen