Projekt BVFF - publicerade   BVFF nummer:  2013-038 Projekttitel  Betongvägar - potential för minskat slitage och minskad partikelemission Projektledare/Kontaktperson  Mats Gustafsson Telefon  013-204326 Utförarorganisation  VTI Medutförare  Institutionen för tillämpad miljövetenskap, Stockholms universitet CBI Betonginstitutet AB Cementa Ev. annan betongindustri och/eller -entreprenör Bakgrund  Vägdamm betraktas som ett luftkvalitetsproblem i många delar av världen och är, i motsats till avgasrelaterade partiklar, helt oreglerade. Källorna till vägdamm är många och relaterade till såväl lokala trafikkällor som mer långväga föroreningar. I de nordiska länderna är vägdamm ett stort problem främst under torra perioder under vinter och vår på grund av dubbdäcksanvändning och vinterdrift av vägar. En viktig källa till partiklar är dubbdäcksslitage av vägbeläggningar. Under 2000-talet har ett flertal studier genomförts för att klarlägga olika beläggningsegenskapers inverkan på partikelbildningen. Denna kunskap har sammanställts i en Trafikverksrapport, som är under framtagning (Gustafsson och Johansson, 2012). Fokus i studierna har legat på asfaltsbeläggningar, men under senare år har även alternativa material studerats, däribland betong. Betong har i verklig trafikmiljö visat sig slitas mindre än vanlig asfalt. Asfaltsstudierna stöder den intuitiva tanken att en beläggning som slits mindre också ger ifrån sig mindre mängd inandningsbara partiklar. För att studera om detta alltså är fallet med betong har fältmätningar utförts. Dessa bekräftade antagandet om att betong emitterar färre partiklar än asfalt på samma väg. Mätningarna tydde dock på att förhållande var annorlunda i omkörningsfilen, vilket indikerar att uppvirvlande vägdamm påverkar partikelhalterna och eventuellt kan överskugga skillnader i direktemission mellan beläggningarna. För att verifiera fältförsöken genomfördes även tester i VTI:s provvägsmaskin. Där visade sig en betong emittera mer partiklar (PM10) än en asfalt (ABS11) med stenmaterial från samma grustäkt. Grundämnesanalyser visade att cementen (Ca) bidrar till de högre emissionerna. Men resultaten visade också att de ultrafina partiklar som bildas i provvägsmaskinstesterna då dubbdäck används, emitterades i betydligt mindre mängd då betong provades. Även en betongbeläggning med TiO2 tillsats (för NOX-reduktion och förenklad renhållning) i cementen testades. Denna emitterade mer partiklar än den vanliga betongen, men orsaken var troligen skillnader i hållfasthet som uppkommit under tillverkningen. Detta var oväntat eftersom tidigare blandningar med identiska recept hade varit likvärdiga. Denna provning måste göras om för att säkra resultat skall erhållas. Titan spreds dock i konglomerat med PM10, vilket visar att cementen är en viktig partikelkälla från betongbeläggning. Sammantaget är det alltså inte klarlagt huruvida den slitstarkare betongbeläggningen är ett bättre eller sämre alternativ ur luftkvalitetssynpunkt. Orsakssambanden är ännu oklara och behöver utredas noggrannare för att få ett bättre underlag för val av beläggningar i såväl tunnelmiljöer som andra trafikmiljöer. Dessutom vore det av globalt intresse att utreda nivåerna för partikelalstring och slitage vid motsvarande provning med odubbade vinterdäck och sommardäck. Då dessa egenskaper vägs in vid val av beläggningar, t.ex. i planerna för Förbifart Stockholm, är det av stor vikt att underlaget för dessa val är gott. Dessutom är tillämpning av TiO2 tillsats också mycket intressant eftersom sådan betong har både en självrengörande förmåga – som bidrar till en ljusare vägbana – och en luftrenande förmåga i det att kväveoxidhalterna i luften minskas genom fotokatalytiskt inducerade reaktioner. Sammanfattning  Vägbeläggningar i Sverige är anpassade för att motstå slitage från dubbdäcksanvändning. Trots detta slits över 100 000 ton beläggningsmaterial bort varje säsong. En andel av slitaget utgörs av inandningsbara partiklar, som orsakar problem med luftkvaliteten i tätorter med negativa hälsoeffekter som följd. Partikelhalterna i svenska tätorter överskrider EU:s gränsvärden för inandningsbara partiklar i luften. Att minska beläggningsslitaget är därför viktigt ur såväl underhålls- som hälsoperspektiv. Betongbeläggningar har visat sig slitas långsammare än vanlig asfalt. Nyligen genomförda studier har undersökt om betong även minskar partikelemissionerna. Resultaten är tvetydiga då fältförsök och laborativa försök visar delvis olika resultat. Fältmätningar visade på minskade partikelemissioner, medan laboratorieförsöken istället visade på större partikelemissioner för betong än för asfalt. Samtidigt bekräftade laboratorieförsöken mindre slitage av betongen. Nya försök behöver klargöra dessa resultat. Repeterade noggrannare försök samt kompletterande modellförsök i mindre skala kan ge en djupare kunskap av de processer som genererar partiklar, både kvantitativt och kvalitativt, storleksmässigt och kemiskt. Denna kunskap kan bidra till utveckling av nya miljövänligare och effektivare vägbeläggningar. Förväntat resultat  Resultaten förväntas klargöra skillnader mellan betong och asfalt avseende slitage och partikelbildning, både för vinter- och sommardäck. Resultaten kommer också bidra till en förståelse av uppkommet slitage, källalstring av partiklar samt vilka partikelstorlekar som olika typer av slitage ger upphov till. Resultaten kommer också klargöra hur tillsats av fotokatalytisk TiO2 påverkar betongens slitage och partikelalstring. Resultaten förväntas kunna bidra till val av beläggning för olika typer av väg- och gatumiljöer, där olika hänsyn måste tas. Exempel kan vara stadsgator, där befolkningsexponeringen för luftföroreningar är viktig, medan primära hänsyn på en motorväg istället är totalt slitage och underhållskostnader. Tunnelmiljöer är viktiga och aktuella trafikmiljöer, där även faktorer som brandsäkerhet kommer in. Projektet utgör ett följdprojekt till ”TiOfield – undersökning av partikelaltring i trafikmiljöer” (CBI), ”PM10 emission från betongbeläggning (ITM)”, ”Nanowear (VTI)”, ”Partikelemission från betongbeläggning (VTI)” och byggandet av den nya betongvägen på E4 utanför Uppsala. Projektet kan komma att ha betydelse för kommande projekt som ”Förbifart Stockholm” och andra planerade vägprojekt. Projektet omfattar bl.a. tillämpning av kunskap inom vetenskapsområdet tribologi för utökad förståelse av växelverkan mellan fordon och vägbana samt för utveckling av vägbeläggningar. Projektet är unikt i detta avseende och bör därför vara av stort intresse både nationellt och globalt. Plan för resultatspridning och implementering  Resultaten bör spridas till såväl väghållare (Trafikverk och kommuner), som till entreprenörer, nationellt och internationellt. Internationellt bedöms resultaten vara särskilt intressanta för övriga nordiska länder där dubbdäck används och vägslitaget är högt. Resultaten publiceras i en slutrapport på svenska, i populär form i branschtidskrifter och presenteras även på Transportforum 2015 och/eller 2016. Vidare bör även resultaten publiceras i internationella vetenskapliga tidskrifter och presenteras på vetenskapliga konferenser. Tidsramar  Start: 2013-03-01 Slut: 2015-10-31