asfaltslitasje og svevestøv i norge – karakterisering av...

1

Asfaltslitasje og svevestøv i Norge –Karakterisering av støvpartiklers fysiske og kjemiske egenskaper

ViaNordicaNordisk forskerkonkurransei asfaltteknologi

Brynhild Snilsberg

Helsinki11. juni 2008

(Kampanje fra Trondheim kommune)

2

2/17

Innhold

Bakgrunn

Målsetting

MetoderStøvsamling/-genereringStøvkarakterisering

Resultater

Konklusjon

3

3/17

Bakgrunn - problemstilling

Stor trafikk i byer i NorgePiggdekk sliter asfalten og gir svevestøvOverskridelser av luftkvalitetskriterier for uteluftPlage/helserisiko for de som eksponeres

Svevestøv måles som massekonsentrasjon av partikler < 10 µm i diameter – sier ingenting om egenskapene til partiklene

Partikkelegenskaper som morfologi og sammensetning er viktige for giftighet og for vurdering av risiko for utvikling av sykdom

Karakterisering av støvpartikler viktig

Asfalt-slitasje

(piggdekk)

Stortrafikk

Dårligluftkvalitet

Plage/helserisiko

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

4

4/17

Målsetting med oppgaven

Karakterisere partikler fra vegslitasje kvantitativt og kvalitativt med tanke på potensiell helseeffekt

Litteraturstudie på støv og helse

Felt- og laboratoriestudier av partikler

Metodestudie på støvgenerering

Effekt av bildekktype, piggdekkandel,

kjørehastighet, steinstørrelse og

steintype på partikkelegenskaper

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

5

5/17

Metoder – støvsamling/støvgenerering

Feltmålinger

Støvnedfallsmålinger

Laboratorieundersøkelser

Storskala: Ringbanen på VTI

Småskala

Asfalttesting: Trøger og Prall

Steinmaterialtesting: Los Angeles mølle, Kulemølle og micro-Deval

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

6

6/17

Metoder - støvkarakterisering

Gravimetrisk analyseSammensetning

Organisk/uorganisk fraksjon: Glødetap Mineralsammensetning: XRDElementsammensetning: ICP-MS

Spesifikt overflateareal: Fysisk adsorpsjon av gassmolekyler på partikkeloverflaten ifølge BET-teorienTetthet: Måling av mengde fortrengt gass med helium pyknometerPartikkelstørrelse: Laser diffraksjonPartikkelform: BildeanalyseBilder: Felt emisjons skanning elektron mikroskopi (FE-SEM)

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

7

7/17

PM10 som funksjon av piggdekkandel og kjørehastighet

PM10 = 0.0044 * Studded tires + 0.04 R2=0.9918PM10 = 0.0274 * Studded tires + 0.125 R2=0.9898PM10 = 0.0402 * Studded tires + 0.19 R2=0.9859

0

1

2

3

4

5

0 25 50 75 100

Studded tires (%)

PM

10 (m

g/m

3)

70 km/h50 km/h30 km/h

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

Ska 11

8

8/17

7 0 km /h

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

0 .1 1 1 0 1 0 0

A e ro d ynam ic d iam e te r (um )

dM/d

logD

p (u

g/m

3)

5 0 km /h

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

0 .1 1 1 0 1 0 0

A e ro d ynam ic d iam e te r (um )dM

/dlo

gDp

(ug/

m3)

1 0 0 % s tud d e d w inte r tire s

7 5 % s tud d e d w inte r tire s

5 0 % s tud d e d w inte r tire s

2 5 % s tud d e d w inte r tire s

0 % s tud d e d w inte r tire s

3 0 km /h

0

5 0 0

1 0 0 0

1 5 0 0

2 0 0 0

2 5 0 0

0 .1 1 1 0 1 0 0

A e ro d ynam ic d iam e te r (um )

dM/d

logD

p (u

g/m

3)

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

Ska 11

Støvmengde, hastighet og piggdekkandel

9

9/17

PM10 og kjørehastighet

y = 1.8143x - 1.2667R2 = 0.9812

02468

1012

20 30 40 50 60 70

Speed (km/h)

PM

10 (m

g/m

3)

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

Ska 8, 100 % piggdekk

10

10/17

Prøvetaking av støv ved 70 km/h

Tire type TSP (gram/h) PM10 (%) Inorganic content (%)Studded tires 92.7 29 89.5Non-studded winter tires 2.3 13 85.5Summer tires 3.0 10 73.4

Piggdekk gir mye asfaltstøv (totalstøv)!

Piggdekk gir mye PM10

Sommerdekk gir mye organiske partikler

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

11

11/17

Partikkelstørrelse

0

1

2

3

4

5

0.01 0.1 1 10 100 1000

Particle diameter (um)

Vol

ume

frequ

ency

(%) Studded tires

Non-studdedwinter tiresSummer tires

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

12

12/17

SEM bilder

Støv fra piggdekk Støv fra sommerdekk

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

13

13/17

Støv fra piggdekk

O=organisk

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

14

14/17

Støv fra sommer-dekk

O=organisk

I=uorganisk

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

15

15/17

Steinmateriale – mengde støv (gram)

0

50

100

150

200

250

A B C D E F

Aggregate type

Amou

nt (g

ram

)< 0.063 mm PM10

45% 54% 53% 50% 42% 38%

Name Type Density KM LA PSVA Greenstone 3.056 9.6 16.9 49B Mylonite 2.765 5.2 10.3 50C Hornfels 2.849 3.8 9.3 48D Mylonite 2.789 6.1 10.7 56E Quartzite 2.645 5.3 19.1F Quartzite 2.635

Type steinmateriale brukt i asfalten viktig for mengde grovstøv og PM10

Andel PM10 varierer en del mellom forskjellige steinmaterialer

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

16

16/17

Hovedkonklusjoner

Simulering av asfaltslitasje og støvgenerering i lab med enkle metoder er nyttig for undersøking av forskjellige asfalttyper

Tröger og Prall er metodene som er best egnet Los Angeles kan brukes, mens kulemølla og micro-Deval ikke var egnet

Kjørehastighet og piggdekkandel er viktige faktorer for asfaltslitasje og støvproduksjon

Piggdekk er hovedårsak til støvgenerering fra asfaltslitasjePiggdekk gir støv med lavere partikkel størrelsesfordeling sammenlignet med piggfrie vinterdekk og sommerdekkAndel PM10 er ca 3 x høyere for piggdekk enn for piggfrie vinterdekk og sommerdekkSlitasjen øker betraktelig ved økende kjørehastighetPartikkelstørrelsen går ned og partiklene blir mer kantete ved økende hastighet

Type steinmateriale brukt i asfalten kan gi veldig forskjellig mengde totalstøv og PM10; høy total mengde støv medfører ikke nødvendigvis høy PM10 konsentrasjon og omvendt

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner

17

17/17

Videre arbeid (?)

Takk for oppmerksomheten !

Bakgrunn Metoder Resultater Konklusjoner