Session 33 Mats Gustafsson

Hur påverkar vägbeläggningen partikelemissionerna?

Mats Gustafsson1 och Christer Johansson2

1Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTI)2ITM, Stockholms universitet & SLB-analys

Mats Gustafsson, Transportforum 2012

Vägbeläggningar och PM10Sammanställning av Trafikverksfinansierade forskningsresultat kring hur vägbeläggningars egenskaper påverkar emissioner

och egenskaper hos PM10

OBS! PÅHITTAT OMSLAG!


Disposition

Bakgrund – varför är partiklar från vägbana och däck intressant?

Egenskaper som kan påverka partikelbidlningen

Resultat från studier i fält och laboratoriestudier

Sammanfattning

Forskningsbehov


Varför är slitagepartiklar från vägbeläggningar intressant?

• Miljökvalitetsnormen använder PM10 – masskoncentrationen av partiklar mindre än 10 µm.

• Slitagepartiklarna är förhållandevis grova och väger därför mycket.

• Slitagepartiklar viktig orsak till överskridanden av MKN i väg- och gatumiljöer.

• Kunskapsbrister kring egenskaper, toxikologi och åtgärder.

• Potentiell konflikt med trafiksäkerhetsaspekter komplicerar åtgärdsarbetet.


Viktigaste faktorerna som påverkar PM10 –emissioner från beläggning

Vägbanans fuktighet

Däck

Fordonshastigheten

VägbeläggningVägbeläggning


Egenskaper som kan påverka partikelbildningen

Rimligt att anta att faktorer viktiga för totala slitaget också är viktiga för emissionen av PM10• Beläggningens konstruktion (ABT, ABS etc)• Största stenstorlek• Stenmaterialets egenskaper• Alternativa beläggningar (ej vanlig asfalt, t.ex. betong,

gummiinblandning etc.)

ABS8 ABS11 ABS16


Resultat från fält och laboratoriestudier


Fält: EMMA – mätbil för emission av vägdamm

Christer Johansson, ITMFÄLT


Laboratorium: VTI:s provvägsmaskin

PVM


Viktiga skillnader mellan fält och lab

• Uppvirvling består av slitagedamm, men också av damm från t.ex. sandning, byggverksamhet och intransporterat damm från omgivande mark

• Skillnader i direkt emission mellan beläggningar i fält kan maskeras av uppvirvling

• Uppvirvlingen påverkas också av beläggningsegenskaper• bidrag från slitage• ytegenskaper påverkar

• hur mycket damm som kan ansamlas på vägytan

Fält (EMMA) Lab (PVM)

Mäter direktemission och uppvirvling Mäter direktemission, inte uppvirvling


0

0,5

1

1,5

2

2,5

Porfyr, Ä Kvartsit, R Kvartsit, K Hälleflinta Granit, F Diabas

Re

lati

vt

slit

ag

e

ABT

ABS

20% 35% 26%

26%

15%

40%

Torbjörn Jacobson, TrV (VTI)

Beläggningskonstruktionens betydelse för slitaget


Beläggningskonstruktionens betydelse för PM10-emissionen

Johansson, ITM-rapport 198

ABT11 ABS11

• Få studier där endast konstruktion varierats (samma stenstorlek och stenmaterial)

• Exemplet det närmsta hittills – ändå olika ålder (2008/09 och 2004) och olika stenmaterial (men med liknande slitstyrka)

FÄLT


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

HABT12 HABT16 HABS8 HABS12 HABS16 HABS20 HABT12 HABT16 HABS8 HABS12 HABS16

Rel

ativ

t sl

itg

ae

Porfyr Kvartsit

Betydelse av största stenstorlek för slitaget



Största stenstorlekens betydelse för PM10-emissionen

ABS11 ABS16


• Mest jämförbara beläggningarna

• Alla har kulkvarnsvärde <6

GAP11 GAP16

FÄLT


Största stenstorlekens betydelse för slitage

y = -0.176x + 3.4471R² = 0.877

y = -0,13x + 2,8R² = 0,85

0

0.5

1

1.5

2

2.5

6 8 10 12 14 16 18

Med

elsl

itage

per

km

(g)

Största stenstorlek

Kvartsit

Porfyr

Mylonit

PVM


Största stenstorlekens betydelse för PM10-emissionen

y = -0,13x + 2,8R² = 0,85

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

11.00

6 8 10 12 14 16 18

PM10

vid

50

km/h

Största stenstorlek

Kvartsit

Porfyr

Mylonit

PVM


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

Porfyr Kvartsit F. granit M. granit Gnejs Porfyr Kvartsit F. granit M. granit Gnejs

Re

lati

vt

sli

tga

e

ABT11 ABT16

Stenmaterialets betydelse för slitaget



KKV <6KKV <7 KKV <7

Stenmaterialets betydelse för PM10-emissionen


• Lägre kulkvarnsvärde verkar ge lägre emissioner

• Effekten syns bara med dubbdäck, eftersom KKV påverkar direktslitaget, inte uppvirvlingen

• Styrks av tidigare mätningar med KKV<6 jfrt KKV<9

FÄLT


4 5 6 7 8 9Kulkvarnsvärde

2

4

6

8

10

12

PM

10 (

mg

m-3)

8 12 16 20 24Los Angeles-tal

2

4

6

8

10

12

PM

10 (

mg

m-3)

Y = 0.37 * X + 0.39, R2 = 0.61Y = 1.21 * X - 1.40, R2= 0.70

600

500

400

300

200

100

600

500

400

300

200

100

Ef

(mg

/fkm

)

Stenmaterialets betydelse för PM10-emissionen

PVM


Alternativa beläggningar - gummiasfalt

GAP11 ABS11GAP16ABS16


• Inga signifikanta skillnader mellan gummiasfalt och referenser.

FÄLT


10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00

Tid

0

2

4

6

8

PM

10

(mg

/m3 )

ABS11GAP11GAÖ11

Alternativa beläggningar - gummiasfalt

PVM


Alternativa beläggningar – dränerande asfalt

• Studier i fält visar att dränerande asfalt åtminstone inte ger högre emissioner än vanlig asfalt.

• I laboratorium gav dränerande asfalt lägre emissioner än tidigare testade vanliga asfaltsbeläggningar, men effekten bedömdes främst bero på det mycket slitstarka materialet (porfyr).

• Schweiziska, holländska och tyska studier menar att dränerande beläggning kan bidra till lägre partikelemissioner genom att minska uppvirvling av partiklar.


Alternativa beläggningar - betong

3950

71

3040

55

0

10

20

30

40

50

60

70

80

70 km/h 90 km/h 110 km/h

Ko

nce

ntr

atio

n (µ

g/m

3)

Asfalt

Betong<10 µm • Fälttester visar att betong ger

lägre partikelemissioner än en referensasfalt trots sten med högre kulkvarnsvärde.

• Ombytta förhållanden i vänster körfält förbryllar.

Johansson m.fl., ITM-rapport 192

FÄLT


Alternativa beläggningar - betong

• I laboratorium ger samma betong förhållandevis hög partikelemission jämfört med tidigare provade material.

• MEN: referensbeläggning med samma stenmaterial (granit med kkv 6) provas först i år.

• Inga slutsatser kan därför dras ännu om betongkonstruktionens betydelse.

PVM0

4000

8000

12000

16000

20000

PM

10 (

µg

m-3)

9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00Tid

Betong med granit

Betong med granit kkv=6

ABS11 med kvartsit kkv=8,7

ABS11 med porfyr kkv ca 5


Betydelsen av textur

• I finska studier visar sig beläggningar med 5, 8 och 11 mm emittera mindre PM10 än grövre referensbeläggningar. Förklaras bl.a. med att en jämnare yta alstrar mindre damm.

• Större största stenstorlek medför generellt grövre textur.

• Grövre textur innebär större potential för ansamling av partiklar som kan virvlas upp.

• Grövre textur – mindre slitage, men större partikelförråd i ytan?


Sammanfattning

Beläggningsegenskap

Största stenstorlek Mindre stenstorlek ger högre emissioner

Mindre stenstorlek tenderar ge högre emissioner

Stenegenskaper Både KKV och LA relaterar till emissioner, högre värden ger högre emissioner

kkv9 ger högre slitage-emissioner än kkv6

ABT/ABS Inga jämförbara tester Ingen större skillnad om samma kkv

Gummiinblandad asfaltsbeläggning

Ger något lägre emissioner än referenser

Ger ung. samma emissioner som traditionell

Dränerande (tyst) beläggning

Låg emission, men troligen beroende på särskilt slitstarkt stenmaterial

Ger ung. samma emissioner som ref

Betong Resultat ej slutanalyserade Ger lägre emission än asfalt (endast en studie)

PVM FÄLT


Forskningsbehov

• Hur viktig är slitstyrka i förhållande till ytparametrar som dels kan påverka såväl slitage som förrådet av vägdamm (textur)?

• Ytegenskapernas inverkan. Pilottester tyder på att vägslipning (ger negativ textur) ger lägre rullmotstånd och mindre buller. Kanske också mindre slitage och partikelemission?

• Konstruktionens betydelse i förhållande till partikelemissioner ännu oklar.

• Betydelsen av huvudmaterial kontra ”ortens sten” för emissioner.

• Betydelse av ålder och inslitningsgrad.• Alternativa material.• Hur kan beläggningsegenskaperna optimeras med hänsyn till

såväl livslängd och teknisk funktion som till emissioner av partiklar och buller?

• …


Tack för uppmä[email protected]

Session 33 Mats Gustafsson

Documents