Forsterkning av vegers bæreevne med Dustex
Sammendrag
Prosjektet startet i 2001 og denne rapporten er en oppsummering av hva som er gjort og hvilke erfaringer en har fått etter 2 år.

I 2001 ble det utført tiltak på 3 strekninger fordelt på 7 partier. Alle tiltak besto i masseutskiftning i forskjellige dybder samt, på noen partier, tilsetning av Dustex i ett eller flere lag av de tilbakeførte materialene. På tre partier ble det ikke benyttet Dustex.

I 2002 ble det utført tiltak på 5 strekninger fordelt på 9 partier. Ett tiltak besto i masseutskiftning uten tilførsel
av Dustex. På 7 partier ble Dustex frest inn i de stedlige massene i vegoverbygningen og på ett parti ble Dustex høvlet inn. Det er foretatt bæreevnemåling på samtlige bortsett fra en strekning. Det foreligger materialprøver fra 2 strekninger.

Observasjoner av strekningene gir indikasjon på at Dustex bidrar til en bedret bæreevne, spesielt
i teleløsningsprioden. Måleresultatene viser imidlertid litt varierende resultater. På noen partier kan det se ut som bæreevnen har økt, mens på flere partier tyder det på at bæreevnen har blitt svakere etter tiltaket. Dette rimer imidlertid godt med erfaringer fra bitumenstabiliserte materialer der bæreevnen reduseres i en periode etter at tiltaket er gjennomført for så å øke igjen etter ca ett år. Det kan derfor forventes at bærevnemålinger i 2003 og senere vil vise at bæreevnen øker.

Som en foreløpig konklusjon anbefales metoden med dypfresing for å blande Dustex inn i de stedlige massene. Dette synes å være en kostnadseffektiv løsning for å øke bæreevnen i teleløsningsprioden.

Med bakgrunn i all den dokumentasjonen som foreligger på disse prøvestrekningene, bør prosjektet fortsette i minst ett, helst flere år. Først og fremst er det viktig å fortsette målingene på de strekningene som er med i prosjektet slik at en kan få bedre utnyttelse av det dokumentasjonsarbeidet som allerede
er utført, men det vil også gi nyttig kunnskap å gjennomføre nye tiltak med alternative løsninger.

Dustex er et produkt som kommer fra celluloseproduksjonen. Dustex tilvirkes fra lignin som er det naturlige bindemidlet i alle trær og velster. I treet gir ligninet stivhet og binder sammen cellulosefibrene til et sterkt materiale som tåler støt-, trykk- og bøyepåkjenninger. Dustex som leveres fra Borregaard har gran som råstoff.
Ved produksjon av cellulose fjernes ligninget fra fibrene i veden i kokeprosessen. Det vannoppløselige lignosulfatet som dannes, er utgangspunktet for Dustex. Dette organiske materialet er fornybart og biologisk nedbrytbart. Dustex er ikke pålagt noen miljørestriksjoner.

Forord
Mange veger har en særlig svak bæreevne i teleløsningsprioden. Da det viste seg at veger som ble behandlet med Dustex som støvdempingsmiddel, tilsynelatende fikk økt bærevne i teleløsningen, ønsket en å undersøke dette fenomenet nærmere.
Denne rapporten er en beskrivelse på hva som er gjort av undersøkelser på dette området og hvilke konklusjoner en har trukket av det. Undersøkelsene er gjennomført i Møre og Romsdal og Hedmark i perioden august 2001 til høsten 2002, og i Troms sommeren 2002.
Undersøkelsene er gjennomført i et samarbeid mellom Statens vegvesen i fylkene Møre og Romsdal, Hedmark og Troms og Vegdirektoratet. Leverandøren av Dustex har bistått med råd om gjennomføringen. Leverandøren har også levert Dustex kostnadsfritt til deler av prosjektet.

Dustex markedsføres som et miljøvennlig produkt:

• Dustex er ufarlig for dyr og mennesker
• Dustex er ikke allergifremkallende
• Dustex er ikke irriterende på hud eller øyne
• Dustex har ingen negativ påvirkning på vegetasjon
• Dustex er biologisk nedbrytbart
• Dustex gir ingen skadelige nedbrytningsprodukter
• Dustex har ingen rustpåvirkning
• Dustex markedsføres primært som et støvdempingsmiddel og i Norge har vi brukt det
  fra først på 1990-tallet.

Arbeidet er koordinert og styrt av ei arbeidsgruppe:
Roar Støtterud (prosjektleder) Produksjonsteknisk kontor, Vegdirektoratet
Børge Hedeman Larsen Statens vegvesen, Hedmark
Per Brandli Statens vegvesen, Møre og Romsdal
David Grøvdal Statens vegvesen, Møre og Romsdal
Ivar Hol Statens vegvesen, Møre og Romsdal
Bjørn Fossbakk Statens vegvesen, Troms
I tillegg har Jan Hørke fra Borregaard LignoTech og Arne Flagstad fra Flagstad as deltatt.
Rapporten er skrevet av Knut Magne Reitan fra Siviling. Reitan AS.

Hvordan kan effekten forklares
Erfaring fra veier som behandles med Dustex for støvdemping, har vist at disse vegene får en vesentlig hardere
og fastere overflate enn andre grusveger. Det viser seg at veger som er behandlet med Dustex over flre år, gradvis får bedre bæreevne i teleløsningsperioden, uten at det er gjort andre tiltak for å bedre bæreevnen.
Observasjoner gjort av strekningene som inngår i dette prosjektet, viser også at vegoverflaten har fått en vesentlig bedre fasthet i teleløsningsperioden og bæreevnen synes å være bedre enn tidligere.
Forklaringen ligger i sammensetningen av Dustex, som hovedsaklig består av sulfonert lignin, lignosulfonat. Molekylene i ligninet har både dispergerende og sammenbindene egenskaper. De dispergerende egenskapene gjør at Dustex er lett oppløselig i vann og dermed er materialet lett å spre ut. Disse egenskapene gjør også at materialet er lett å blande inn i grusmaterialene. Dessuten har Lignosulfonat den egenskapen at det binder seg sterkt til de faste partiklene i grusmaterialet og kitter disse sammen. Det må da tilsettes store mengder vann igjen dersom disse bindingene skal løses opp.
Bindingene mellom Dustex og grusmaterialene er vesentlig sterkere enn bindingene som oppstår når kloridsalter anvendes. Kloridsaltene holder tilbake fuktigheten i grusmaterialet og øker væskemengden mellom partiklene. Dette øker grusmateriaklets kappilære sammenbindingskrefter som lett brytes ned igjen dersom materialet utsettes for mekanisk påkjenning eller det tilføres mer vann. Når det benyttes Dustex ligger ligninet i et tynt sjikt rundt partiklene og det dannes bruer mellom disse. Resultatet er at man får både adhesjons- og økte kohesjonskrefter. Dette er årsaken til at en veg behandlet med Dustex får en vesentlig hardere overflate enn ved bruk av kalsiumklorid.
Det som skjer når Dustex freses inn i et tykt lag av vegdekket eller ved masseutskifting der alle eller deler av de tilførte massene tilsettes Dustex, er at materialene etterhvert kittes sammen til en stiv plate. Denne stive plata suger ikke opp vann like lett som et ubehandlet materiale, verken fra undergrunnen eller fra overflata. Det er bare hvis det blir stående vann over lang tid i et hull i vegdekket at vannet kan begynne å løse opp bindingene mellom gruskornene rundt hullet.
Den stive plata som dannes hindrer overflatevann i å trenge ned i vegoverbygningen og svekke denne ytterligere i teleløsningen. Videre vil plata fordele lasta fra trafikken effektivt over de bløtere materialene under. Denne effekten vil være spesielt godt merkbar i teleløsningsperioden, men den merkes også i resten av barmarkssesongen.
Ved ekstreme belastninger vil en Dustex-stabilisert xplatex kunne få skader i form av at plata knekker eller går i oppløsning på enkelte punkter. Fordelen med denne metoden er imidlertid at en Dustex-stabilisert xplatex kan reparere seg selv. Dette skjer ved at grusmaterialene i et skadet parti først løses opp ved at fritt vann blir stående i sprekker og hull og deretter pakkes sammen. Etter hvert som vannet fordamper vil grusmaterialene størkne til en stiv plate igjen.
Grusmaterialer som er behandlet med Dustex vil danne ei stiv plate som fordeler trafikkbelastningen effektivt over de underliggende massene.

Anbefaling
I prosjektet er det benyttet flere metoder for å blande Dustex inn i overbygningsmaterialene. Hvilken metode som er den beste vil avhenge av hva utgangspunktet er. Dersom en velger å benytte Dustex i forbindelse med masseutskiftning eller oppbyggning av en ny overbygning, vil det beste være å tilføre Dustex i de tilbakeførte lagene. Den hyppigst forekommende utfordringen vil sannsyneligvis være å forbedre bæreevnen noe til en lavest mulig kostnad. I slike situasjoner når økonomien ikke tillater en full utbedring av vegen, vil innfresing av Dustex i det eksisterende toppdekket være den mest kostnadseffektive løsningen for å bedre bæreevnen.

Innfresing av Dustex i eksisterende masser
Denne metoden krever i prinsippet kun en fres, en tankbil med sprederbom, veghøvel og en vals.
Tiltaket bør gjøres i oppholdsvær for å unngå at grusmassene blir oppbløtte slik at komprimeringen ikke
blir optimal.
Umiddelbart før tiltaket bør vanninnholdet i grusdekket måles. Vanninnholdet er avgjørende for hvor mye Dustex-konsentratet skal tynnes ut før utlegging. Målet er å få optimalt vanninnhold i grusmassene for komprimering.
Fresedybden bør være minst 10 cm. Dersom det er mulig å oppnå 15 cm fresedybde vil dette gi bedre resultat, men erfaringene fra prøvestrekninghene viser at det er få grusveger som har et grusdekke med 15 cm tykkelse som er homogent nok til å kunne freses. Det bør benyttes fres for innblanding av Dustex. Dustex kan også blandes inn med veghøvel, men dette gir en dårligere innblanding samtidig som det ikke er mulig å få inn tilstrekkelige mengder Dustex når det benyttes høvel.
Mengde Dustex pr 10 cm fresedybde bør være 5,0 liter 49% konsentrat Dustex pr m2. Dette tilsvarer 3,1 kg tørrsubstans av Dustex pr m2.

• Utfør tiltak i oppholdsvær
• Tilpass optimalt vanninnhold
• Fresedybde 10 cm
• Tilfør 5 liter Dustexkonsentrat pr m2

Masseutskiftning og tilførsel av Dustex
Ved tilføring av Dustex i sammenheng med masseutskiftning, kan tykkelsen av massene som skiftes ut reduseres til om lag det halve i forhold til tradisjonell masseutskiftning. De nye grusmassene legges ut i lag av 10 cm tykkelse som oversprøytes med Dustex og komprimeres. Hvert lag tilføres 4 liter Dustexkonsentrat
pr m2. Konsentratet tynnes ut slik at vanninnholdet i grusmassene blir optimalt for komprimering.

Bakgrunn og mål med prosjektet
Bakgrunn
I 1991-92 ble det gjennomført et prosjekt i Hedmark der effekt og kostnad ved bruk av Dustex ble sammenlignet med andre støvdempingsmaterialer. Resultatene er presentert i rapporten xStøvdemping av grusveier. Alternative støvdempingsmidlerx utgitt av Vedlikeholdskontoret 1993.

En observasjon som ble gjort i Hedmark er spesielt interessant med tanke på egenskapen med å øke bæreevnen: Høvelførerne erfarte at veger som var blandet med Dustex var mye hardere å høvle enn andre veger.

Et vedlikeholdsområde i Møre og Romsdal tok også
i bruk Dustex tidlig på 1990-tallet. Etter noen års bruk på en veg som i utgangspunktet hadde dårlig bæreevne i teleløsningen, viste det seg at bæreevnen ble vesentlig bedre enn på andre siden av områdegrensen der det ble benyttet kalsiumklorid til støvdemping.

Denne observasjonen fikk de involverte til å se etter en årsak og tanken om at effekten skyldtes bruken av Dustex lå nær. En artikkel om stabilisering av grunnen med Dustex under oljeledninger i Alaska peker også i retning av at Dustex bidrar til bedre bæreevne.

Mål
På bakgrunn av de erfaringer en fikk med bruk av Dustex til støvdemping, har en ønsket å gjennomføre mer systematiske prøver på om Dustex bidrar til å øke bæreevnen på veger.

Målet er derfor å:
dokumentere eventuell effekt på bæreevnen, spesielt i teleløsningsperioden. Dersom en økning i bæreevnen kan påvises, så skal en forsøke å gi svar på følgende:

• hvordan kan effekten forklares
• hvilken metode kan anbefales
• hvilke mengder med Dustex skal tilføres
• kostnader med ulike typer tiltak

Masseutskiftning for å forsterke veger gjøres vanligvis i 60 cm tykkelse. Dersom en ved å tilsette Dustex i massene som fylles tilbake kan redusere utskiftingstykkelsen til for eksempel 30 cm og oppnå like godt resultat, vil det være store besparelser å hente på dette.
Dersom en kan oppnå en tilstrekkelig økning av bæreevnen bare ved å benytte stedlig masse eller helst bare ved å frese Dustex inn i eksisterende overbygning og bærelag, vil besparelsen bli enda større.

Kostnader
Kostnaden for stabilisering av grusdekker med Dustex vil variere med metode, dybde som behandles og omfang av det enkelte oppdrag. I og med at det som er utført av tiltak til nå har vært nybrottsarbeid, må en forvente at kostnadene reduseres noe etterhvert som en får erfaring med gjeoomføringen.
Prisen for Dustex vil variere noe avhengig av transportkostnader fra produsent til brukersted. Prisene som presenteres nedenfor er fra Møre og Romsdal.
Stabilisering ved dypfresing og tilsetting av Dustex synes å være en enkel og kostnadseffektiv medtode. Med en fresedybde på 10 cm og et forbruk av Dustex på 5 liter pr. m2, vil totalkostnaden ligge på 15 ? 19 kr. pr. m2.
Kostnader for støvdemping med Dustex vil variere avhengig av metode og antall behandlinger pr. år. Det enkleste er å legge ut Dustex på eksisterende kjørebane slik den er, men det anbefales først å høvle opp vegdekket. Deretter spres Dustex ut og høvles inn i grusdekket. Denne metoden gir en mer homogen blanding av grus og Dustex og varigheten av tiltaket blir lenger.
En gjennomsnittlig årlig kostnad for støvdemping med Dustex er kr. 4.000 pr. km. Det regnes med 2 behandlinger i sesongen med tilsammen 2,5 tonn Dustex (49% konsentrat) pr. km.
Vegbredde 4 m.

Kostnad for forsterkning ved masseutskiftninng og tilsetning av Dustex vil variere med bl.a utskiftningsdybde. Kostnaden for selve masseutskiftningen vil være den samme uansett om det benyttes Dustex eller ikke. Forskjellen vil ære kostnaden for selve Dustexxen. Dette utgjør ca kr 6 pr m2 pr 10 cm dybdsom skal behandles. Det som imidlertid er interessant i denne sammenhengen er at ved bruk av Dustex så kan utskiftingsdybden reduseres, og dermed reduseres gravekostnadene, kostnad for borttransport av dårlige masser og innkjøp av grusmaser. Det er foreløpig for liten kunnskap om hvikle behandlingstykkelser med Dustex som er nødvendig for å oppnånødvendig bæreevne, men erfaringene til nå kan tyde på en halvering av kostnaden sammenlignet med tradisjonell masseutskiftning.