Porous asphalt is used for reducing road traffic noise but is often associated with reduced durability, especially in cold regions. This study investigates the combined effects of binder type, aggregate mineralogy, mixture design, and environmental conditioning on the acoustic and durability performance of porous asphalt mixtures intended for Swedish roads.

Eight porous asphalt mixtures were produced in the laboratory using three recipes, three different polymer-modified binders, and two mineralogically different aggregate types. The acoustic performance of the produced mixtures was then evaluated using impedance tube measurements before and after freeze-thaw conditioning, while their durability was evaluated through Prall abrasion, Cantabro particle loss, and indirect tensile strength ratio (ITSR) testing.  

The results indicated that freeze-thaw cycling did not result in a significant change in the acoustic performance of the tested mixtures. However, the durability and acoustic performance of the tested mixtures were highly affected by their mix design and material selection. The ranking, made among the tested mixtures in this study, helped recognize the extent of impact coming from binder-aggregate compatibility as well as the mix-design changes in both durability and acoustic capability of the porous asphalt mixtures. 

The results of this study demonstrated that no single mixture provided the best acoustic and durability performance. This confirms the complexity of the porous asphalt mixtures and a trade-off between the noise-reducing and mechanical performances. The laboratory results provide knowledge as a basis for further development of porous asphalt under cold-climate conditions.

Porös asfalt (dränerande asfalt) är en lämplig beläggning för att minska vägtrafikbuller men är ofta förknippad med minskad hållbarhet, särskilt i kalla länder. Denna studie undersöker de kombinerade effekterna av bindemedelstyp, aggregatmineralogi, mix-design och miljökonditionering på den akustiska prestandan och hållbarheten hos porösa asfaltblandningar avsedda för svenska förhållanden.  

Åtta porösa asfaltblandningar producerades i laboratoriet med tre olika polymermodifierade bindemedel och två aggregattyper, ett granit- och ett diabas-kvartsitaggregat. Blandningarnas akustiska prestanda utvärderades sedan med hjälp av impedansrörsmätningar före och efter frys-tökonditionering, medan deras hållbarhet utvärderades genom prall, cantabro och vattenkänslighetstester.  

Resultaten indikerade att frys-tö-konditionering inte resulterade i någon signifikant förändring av de testade blandningarnas akustiska prestanda. Däremot påverkades hållbarheten och akustiska prestandan hos de testade blandningarna i hög grad av deras mix-design och materialval. Rangordningen, som gjordes bland de testade blandningarna i denna studie, hjälpte till att identifiera omfattningen av påverkan från bindemedel-aggregatkompatibilitet samt förändringar i mix-design i både hållbarhet och akustisk förmåga hos de porösa asfaltblandningarna.

Resultaten av denna studie visade att ingen enskild blandning resulterade i både optimal akustisk prestanda och optimal hållbarhet. Detta bekräftar komplexiteten hos de porösa asfaltblandningarna och att en avvägning mellan bullerreducerande och mekanisk prestanda behövs. Denna laboratoriestudie kan användas som grund för vidareutveckling av porös asfalt för kalla klimatförhållanden.

Asphalt pavement joints are created when a new asphalt layer is placed and compacted next to an existing layer. However, poor interaction between the new and the existing layers can trigger premature failure at the pavement surface. One reason is that conventional methods for assessing and evaluating the mechanical capacity of asphalt joints are based mostly on volumetric measurements. This prevents engineers from estimating the impact of different construction techniques and methods on the mechanical key properties of asphalt joints, such as the shear capacity. This study examined how changes in the geometry of the joint interface and compaction patterns can improve the shear capacity of asphalt joints. Two new shear test methods were developed to investigate the shear capacity of laboratory-produced asphalt joints with different interface inclinations and compaction techniques. The results showed the capability of these new shear tests to determine the effect of selected key construction parameters on the quality of the joints. These findings provide valuable background for further field investigations, paving the way for constructing more-durable and -reliable asphalt pavement joints under real-world conditions. 

En viktig detalj vid vägbyggen är att säkerställa en ordentlig vidhäftning hos beläggningsfogar mellan olika material för att förhindra uppkomsten av tidiga skador på beläggningarna. Riskerna för skador ökar när ett asfaltlager läggs bredvid ett lager med betydligt styvare och jämnare material så som betong. Exempel på dessa fogar kan ses vid busshållplatser, brodäck, spårvagnsplattor etc. En del praktiska försök att bygga sådana fogar med högre kvalitet än brukligt har gjorts men det finns fortfarande ett behov av en vetenskaplig och standardiserad metod för att testa fogar. Detta projekt syftar till att ge ett vetenskapligt underlag om möjliga effekter av olika byggmetoder på kvaliteten på beläggningsfogar mellan angränsande asfalt- och betongskikt. Projektet genomfördes dels med modelleringar och dels i en experimentell del. Modelleringsdelen gjorde det möjligt att undersöka möjliga effekter av olika konstruktionsparametrar på skjuvkapaciteten hos beläggningsfogar. I laboratoriedelen produceras betong-vs-asfaltfogar och utvärderades med hjälp av nyutvecklade mekaniska tester för att karaktärisera deras skjuv- och direkta draghållfastheter. Metodiken och de erhållna resultaten från detta projekt kan användas som underlag för att bygga högkvalitativa beläggningsfogar mellan betong- och asfaltbeläggningar i framtiden.

One of the important considerations in road construction is to provide a proper adhesion at the pavement joints between different materials to prevent the initiation of premature failures on pavements. The situation becomes even more critical when an asphalt layer meets a layer with a significantly stiffer and smoother material such as concrete. Examples of these joints can be seen at bus stops, bridge decks, tram slabs, etc. Despite some practical attempts to build such joints with better quality, there is still a need for a scientific method to find solutions with the capacity of becoming standardized for further use in the road industry. This project aims to provide a scientific basis about possible effects of different construction methods on the quality of pavement joints between adjoining asphalt and concrete layers. Hence, an investigation consisting of a modeling and an experimental part was carried out. The modeling part enabled investigating possible impacts of different construction parameters on improving the shear capacity of pavement joints. In addition, the laboratory part helped producing concrete-vs-asphalt joints and evaluating them with newly developed mechanical tests for their shear and direct tensile strengths. The methodology as well as the obtained results of this project can be used as a basis for constructing high quality pavement joints between concrete and asphalt pavements in future.

Durability is the main problem for the porous asphalt (PA) mixture types. The life span of this type of pavement is limited by several distress types in which raveling appears to be the most serious one. In spite of some good experiences with the PA pavements, in Jönköping, in the south of Sweden, using similar recipes in Rotebro, north of Stockholm city, resulted in severe premature raveling. In both cases highly abrasion resistant mineral aggregates, highly viscous polymer modified binder with high penetration values and Portland cement as an additive for increasing adhesion were used. Recent experience of using open graded mixtures in Sweden shows that there is still need for improving the PA pavements especially their resistance to raveling caused by infiltration of water along with extreme temperature fluctuations (freeze and thaw) during the wintertime. This process can significantly lower the adhesion between aggregates and binder in asphalt mixtures and is one of the common causes of premature failure in asphalt mixtures in cold regions like Sweden. This study focuses on finding representative evaluation methods as well as alternative materials in order to mitigate raveling in porous asphalt pavements. The long-term durability of PA related to aging is not covered in this project. 

In order to achieve the goals of this study, both laboratory experiments and discrete element simulation were carried out. In the experimentation part, the three most raveling resistant PA mixtures collected from Swedish, Dutch and Japanese producers were compared for their raveling resistance. In addition, different binders and additives were examined for their potential to be used in the Swedish recipe to enhance its raveling resistance. 

The evaluation part of this study was carried out using both standard and also innovative test methods. The results of the experimental part revealed the advantage of using polymer modified binders with lower penetration values over the one used in the recent Swedish PA mixture. In addition, the new test setup, i.e. high-water pressure test, appeared to enable providing an effective relative comparison among different mixtures in terms of their raveling resistance. 

Discrete element simulation was also utilized in this study to build up a fundamental understanding about the impact of the truck unloading phase on causing segregation which can lead to lowering the raveling resistance of PA pavements. 

The chosen methodology in this study successfully enabled providing recommendations for material selection, evaluation and also handling techniques for improving premature raveling resistance of PA pavements.

Hållbarhet är huvudproblemet för de porösa asfaltstyperna (PA), särskilt i kalla regioner. Livslängden för denna typ av beläggningar begränsas av flera brottstyper där stensläpp verkar vara den allvarligaste. De senaste erfarenheterna av att använda öppna blandningar i Sverige, bland annat i Rotebro, visar att det fortfarande finns ett behov av att förbättra PA-beläggningarna, särskilt deras motståndskraft mot stensläpp orsakat av frys-tö-cykler. Denna studie fokuserar på att hitta representativa utvärderingsmetoder samt nya material för att mildra tendens till tidiga stensläpp från porösa asfaltbeläggningar. Åldringsrelaterad hållbarhet orsakad av oxidering ingår inte i denna studie. 

För att uppnå målen med denna studie genomfördes både laboratorieexperiment och diskret elementsimulering. I experimentdelen samlades de tre mest stensläppresistenta PA-blandningarna in från svenska, holländska och japanska producenter och jämfördes med avseende på motstånd mot stensläpp. Dessutom undersöktes olika bindemedel och tillsatser med avseende på deras potential för att förbättra dess motstånd mot stensläpp.

Utvärderingsdelen av denna studie genomfördes med både standardmetoder och nya testmetoder. Resultaten av den experimentella delen visade på fördelen med att använda polymermodifierade bindemedel med lägre penetrationsvärden jämfört med den som användes i den senaste svenska PA[1]blandningen. Dessutom verkade den nya testmetoden, det vill säga högvattentryckstest, möjliggöra en effektiv relativ jämförelse mellan olika blandningar när det gäller deras motstånd mot stensläpp. 

Diskret elementsimulering användes också i den här studien för att bygga upp en grundläggande förståelse för hur lossningsfasen inverkar på segregering i massan vilket i sin tur kan leda till att försämra motståndet mot stensläpp hos PA-beläggningar. 

Den valda metoden gör att man kan ge rekommendationer för materialval, utvärdering och även hanteringstekniker för att förbättra motståndet mot stensläpp hos PA-beläggningar.

Asphalt mixtures are exposed to different types of loads and conditions during different phases of road construction. Before the road is finished, the asphalt mass has been exposed to different temperatures, transshipment, and compaction which result in redistribution of the constituent materials. Depending on their properties, each asphalt mixture is expected to behave differently and may therefore require different types of handling during the construction phase. How different asphalt mixes behave and the risks of separations in different phases of construction are not fully understood. This project aimed to develop simple and effective methods to simulate some of the road construction phases at laboratory scale in order to carefully study their possible effects on the homogeneity of different asphalt mixtures. Therefore, the potential of occurring segregation during two of the least known phases of the road construction, i.e. transportation and truck unloading phases, were investigated using both laboratory and computer simulations. 

The results of laboratory tests indicated that the coarse graded mixture was the most sensitive asphalt mixtures among the tested ones during both transportation and unloading phases. Besides, the output of the laboratory part also suggested that the push-off technique seems to be relatively better unloading technique than the tilting one to avoid segregation for dense and gap graded asphalt mixtures; however, it was the tilting technique that appeared to be superior to the push-off for porous asphalt mixtures. Based on the results of the laboratory simulation the focus of the discrete element simulation part was on an idealized coarse graded mixture with different viscosities. Results of the computer simulation enabled investigating possible impacts of transportation and truck unloading parameters, such as road unevenness, thermal inhomogeneity inside truck trailer, change of truck trailer geometry, on causing segregation in the generated asphalt mixtures. The overall results obtained from this study encourage taking more steps towards providing a guideline for handling different asphalt mixtures more effectively in the field for constructing roads with higher quality.

Asfaltblandningar utsätts för olika typer av belastningar och förhållanden under olika faser av vägbygget. Innan vägen är färdig så har asfaltsmassan utsatts för olika temperaturer, omlastningar och packning som resulterar i omfördelningar av de ingående materialen. Beroende på massans egenskaper förväntas varje asfaltsmassa bete sig olika och kan därför kräva olika typer av hantering under konstruktionsfasen. Hur olika asfaltblandningar uppför sig och riskerna för separationer i olika faser av byggandet är inte helt förstått. Detta projekt syftade till att utveckla enkla och effektiva metoder för att simulera några av vägbyggnadsfaserna i laboratorieskala för att noggrant kunna studera deras eventuella effekter på homogeniteten hos olika asfaltblandningar. Risken för att det uppstår separationer under två av de mindre kända faserna av vägbygget – transporter och urlastning från lastbil – studerades med hjälp av både laboratorie- och datorsimuleringar.

Resultaten från laboratorietesterna visade att asfaltgrus (AG) var den känsligaste asfaltblandningen för separationer bland de testade asfaltsblandningarna under både transport- och urlastningsfasen. Resultatet från laboratorieförsöken indikerade att push-off-tekniken verkade vara en bättre urlastnings[1]teknik än att tippa ut massan för att undvika separationer för täta och stenrika blandningar av asfaltbetong. Att tippa ut asfaltsmassan verkade dock vara överlägsen push-off för porösa asfalt[1]blandningar i laboratorieförsöken. I simuleringsstudien låg fokus på att studera asfaltgrus med olika viskositet. Simuleringen gjorde det möjligt att undersöka effekten av många tänkbara parametrar vid transport och urlastning, såsom ojämnheter i väg, termisk inhomogenitet inuti lastbilssläpet, olika släpvagnsgeometrier, med avseende på separationer i asfaltsmassan. De övergripande resultaten visar att man bör kunna hantera olika asfaltblandningar mer effektivt i fält för att bygga vägar med högre kvalitet

The shear stress and strain induced by traffic loading play a critical role in the development of major distresses in asphalt pavements. Aiming to facilitate further experimental studies on bitumen selection for asphalt pavements to minimize the shear-related distresses, this report presents a state-of-the-art literature study on the shear characterization of asphalt mixtures and bitumen. The significance of shear-related distresses in asphalt pavement is analysed. The advance in shear tests of asphalt mixtures and rheological characterization methods of bituminous binders is reviewed. The potential correlation existing between bitumen properties and the shear resistance of asphalt mixtures is discussed.

Considering the shear-related pavement distresses, many previous studies have indicated the importance of asphalt mixture properties such as shear strength, shear modulus, shear phase angle, shear viscosity at maximum phase angle, shear creep compliance and recovery capacity after the loading. The related bitumen properties to these mixture properties are identified and reviewed in this report by looking into models and past experimental studies, including the adhesive and cohesive strength, viscosity, complex shear modulus, phase angle, shear creep compliance and recovery. With this review, a ground is established for future developments on related research topics towards a performance-related bitumen selection protocol.

Skjuvspänningen och skjuvtöjningen som framkallas av trafikbelastning spelar en avgörande roll i utvecklingen av stora skador i asfaltbeläggningar. Denna rapport presenterar en litteraturstudie om skjuvkaraktärisering av asfaltmassor och bitumen. Syftet är att underlätta för experimentella studier om val av bitumen till asfaltbeläggningar för att minimera skjuvrelaterade skador. I rapporten analyseras betydelsen av skjuvrelaterad nedbrytning i asfaltbeläggning. Skjuvtester av asfaltmassor och reologiska karakteriseringsmetoder för bituminöst bindemedel presenteras och granskas. De möjliga korrelationerna som finns mellan bitumenegenskaper och asfaltmassans skjuvmotstånd diskuteras.

Med tanke på de skjuvningsrelaterade beläggningsskadorna har många tidigare studier visat på vikten av egenskaper hos asfalten, såsom skjuvhållfasthet, skjuvmodul, fasvinkel, skjuvviskositet vid maximal fasvinkel, skjuvkrypning och återgång efter belastningen. De motsvarande bitumenegenskaperna till dessa egenskaper hos asfalten har identifierats genom att undersöka modeller och tidigare experimentella studier, inklusive vidhäftning mot ballasten, kohesion hos bitumen, viskositet, komplex skjuvmodul, fasvinkel, skjuvkrypning och återgång. Med denna granskning skapas en grund för utvecklingen mot en ny urvalsmodell för bitumen.

Asphalt pavement joints are one of the weakest parts of an asphalt pavement and require much attention during construction to avoid short pavement lifespans. Despite of their importance, there are no standardized performance-based evaluating tools and not much is known about the impact of different construction parameters on the quality of the asphalt pavement joints. Building up a better fundamental understanding of the joints construction and developing evaluating methods based on their expected fracture mechanisms in the field can help counteracting the premature failure of asphalt joints. Therefore, in this project, the impacts of different construction parameters on the quality of the joints were fundamentally studied. Besides, possibility of using shear testing as an evaluating method for asphalt joints was examined. The obtained results clearly highlighted the superiority of constructing asphalt joints with inclined geometry to the vertical one and also indicated the importance of compacting the joints from the hot side. In addition, it was shown that using proper surface preparation for maintenance joints can help improving the quality of asphalt pavement joints. Finally, the developed shear tests in this project showed their efficiency of being used further on for evaluating asphalt pavement joints.

Fogarna är en av de svagaste delarna av en asfaltbeläggning och kräver stor omsorg under läggningen för att förhindra förkortad livslängd på asfaltbeläggningen. Trots deras betydelse finns det inga standardiserade utvärderingsverktyg för hur de presterar och man vet inte mycket om effekterna av olika konstruktionsparametrar på den slutliga kvalitén på fogarna. Att bygga upp en bättre grundläggande förståelse för konstruktionen av fogarna och utveckla utvärderingsmetoder baserat på deras förväntade brottmekanismer i fältet kan bidra till att motverka det för tidiga felet i asfaltfogar. Därför studerades i grunden effekterna av olika konstruktionsparametrar på fogarnas kvalitet. Dessutom undersöktes möjligheten att använda skjuvningstest som en utvärderingsmetod för asfaltfogar. De erhållna resultaten visade tydligt överlägsenheten av att konstruera asfaltfogar med lutande geometri jämfört med vertikala fogar. Försöken indikerade också vikten av att börja packning av fogarna från den heta sidan. Dessutom visades att användning av lämplig förberedelse av ytan för underhållsfogar kan bidra till att förbättra kvaliteten på fogarna. Slutligen visade de utvecklade skjuvningstesterna i detta projekt deras förmåga att utvärdera asfaltbeläggningsfogar.

The Swedish Transport Administration is investigating different aspects that can help contribute to the transition towards fossil free transportation. Electric Road Systems (ERS) is one of many interesting concepts that are currently being considered. The aim in this report was to examine the various electrified road concepts through literature reviews, discussions with experts and electric road developers, and visits to the electrified road demonstration projects in Sweden. Analyses were made with regards to how the construction, maintenance, and operations could be affected by the installation of an ERS. Consideration was also given to the impact on road sustainability from other types of installations currently found in the road structure, such as tramways or electric wiring. Focus was directed on installation procedures and the contracts that regulate current road maintenance and operations.

There are large differences between the various ERS concepts. The three main concepts investigated were electric transfer by overhead catenary cables, conductive transfer from a rail on or in the roadstructure, and the inductive technology which is completely embedded within the road structure. The various concepts all have advantages and disadvantages. For example, the catenary concept will not affect the road surface, whereas the rail and inductive technologies will affect the road structure during the installation procedure and the roads service life. However, the catenary concept will influence maintenance operations by complicating verge maintenance and snow ploughing activities. The embedded inductive technology will probably not affect winter operations; however, the rail concepts will affect winter operations by the need for different types of snow ploughing activities.

Trafikverket undersöker olika sätt att minska utsläpp från vägtrafiken samt att använda förnyelsebarenergi inom transportsektorn för att nå målet om fossilfria vägtransporter till år 2045. Ett av dessa sättär de så kallade elvägarna. Syftet med arbetet som redovisas i den här rapporten var att bedöma hurstor påverkan olika aspekter av införandet av elväg kan ha på den vanliga driften och underhållet avvägar. De olika koncepten av elväg analyserades genom litteratursök, samtal med experter ochtillverkare av elväg samt besök på olika demonstrationssträckor för elvägar. Därefter har analysergjorts gällande liknande koncept och deras påverkan på vägkonstruktion, drift och underhåll samtvilka kopplingar som kan göras gällande hur liknande aspekter skulle påverka vägarna, exempelvisandra typer av installationer i vägen, så som spårväg, elledningar m.m. Fokus har varit påinstallationsprocesser, och de baskontrakt som drift och underhåll av väg bygger på i nuläget. Detfinns stora skillnader mellan koncepten och de tre huvudkoncept som undersökts är konduktivöverföring via luftledningar, konduktiv överföring via skena i eller på vägen och induktiv överföringvia spolar som grävts ner under vägytan. Alla koncept har för- och nackdelar där luftledningarna integör stor påverkar på själva vägbanan, medan den skenteknik som grävs ner i vägen och den induktivatekniken påverkar vägen både vid installation och potentiellt även senare under vägens livslängd viabelastning från trafik som gör att inbyggda koncept kan ge belastningsskador i ett tidigare skede ännormalt. Luftledningar påverkar istället driften av vägen mer eftersom det krävs skyddsräcken vilketförsvårar och försenar både snöplogning och slåtter. Den induktiva tekniken är nedgrävd och därförkommer troligtvis inte vinterdriften att påverkas nämnvärt till skillnad från de skenlösningar som finnsnedgrävda eller som läggs på vägen där saltning och framförallt plogning kan komma att påverkasgenom att ny typ av plog kommer att behövas för att inte skada skenan och för att kunna rensa djupaskenor från snö.

The flow differences between the particles of asphalt mixtures compacted in the laboratory and in the field have been identified as one of the reasons for the discrepancies between laboratory and field results. In previous studies, the authors developed a simplified test method, the so-called compaction flow test (CFT), for roughly simulating the flow of particles in asphalt mixtures under compacting loads in laboratory. The CFT was used in different studies to examine its capability of revealing the differences between the flow behavior of different asphalt mixtures under various loading modes. The promising results encouraged further development of the CFT by investigating the possible impacts of simplifications and boundary conditions on the results of this test. For this reason, discrete element method (DEM) was utilized to investigate possible impacts of the mold size, geometry of the loading strip as well as the loading rate on the results of the CFT. The results of the simulation indicate that in case of wearing course layers with nominal maximum aggregate size of 11 mm, the length of the CFT mold can be increased from 150 mm to 200–250 mm for reducing flow disturbances from the mold walls. However, since the majority of the flow of asphalt mixture particles is expected to take place within the first 100–150 mm length of the mold, reasonable results can still be obtained even without changing the size of the CFT mold. Moreover, comparing results with different loading strip geometries and loading rates indicates that the current CFT setup still appears to provide consistent results.

The demand for using asphalt pavements with noise-reducing properties is high. Recent experience of the durability of functional performance of this type of pavement in Sweden have been mixed. Hence, there are still needs for improvements until this type of pavement before it could be widely used in Sweden. This report is a summary of the existing knowledge about asphalt pavements with noise reducing properties and is expected to be used as a basis for future studies in vision of improving the quality of noise reducing asphalt pavements exposed to extreme weather and traffic conditions.

The report contains five major sections which addresses the followings: Introduction of the existing noise reducing pavement types; the current standard and non-standard test methods used for evaluating this type of pavement; the existing guidelines and standards regarding noise reducing asphalt pavements in different countries; summary of the recent developments and studies conducted on this topic; and finally the recommendations for research in vision of improving the durability of noise reducing asphalt pavements the risks for premature failures.

Behovet av att använda asfaltbeläggningar med bullerreducerande egenskaper är stort. De senaste erfarenheterna av att använda denna typ av beläggning i Sverige har varit både positiva och negativa. Därför finns det fortfarande behov av förbättringar till den här typen av beläggning innan den används allmänt i bullerkänsliga miljöer i Sverige. Denna rapport är en sammanställning av den befintliga kunskapen om asfaltbeläggningar med bullerreducerande egenskaper och förväntas användas som underlag för framtida studier för att förbättra hållbarheten hos bullerreducerande asfaltbeläggningar för nordiska förhållanden.

Rapporten innehåller fem delar som behandlar följande: Introduktion av befintliga bullerreducerande beläggningar, testmetoderna som används för att utvärdera denna typ av beläggning, befintliga riktlinjer och specifikationer för bullerreducerande asfaltbeläggningar i olika länder, sammanfattning av den senaste utvecklingen och studier som gjorts om detta ämne och slutligen rekommendationerna för forskning som syftar till att förbättra hållbarheten hos bullerreducerande asfaltbeläggningar motverka tidiga beständighetsbrister.