VTI notat
Nummer: V 52 Datum: 1987-11-24
Titel: Nedbrytning av bär - en prob lemöversikt
Författare: Peet Höbeda
Avdelning: V
Projektnummer: 4230602-7
-Pröjektnamn: Nedbrytning av bär lagergrus i Tlaboratoriekvarn Uppdragsgivare: Vägverket
Distribution: fri / beggämseck / _
div
Väg- och transport-forskningsinstitutet ä
Nedbrytning av bärlagergrus - en problemöversikt
FÖRORD
Undersökningen har gjorts inom Vägverkets projekt "bär- och
förstärk-ningslager, delprojekt "försök i kulkvarn". En annan redovisning behand-lar samtidigt mer i detalj VTI:s egna laboratorieresultat.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING SAMMANFATTNING SUMMARY l 2 10
INLEDNING
NÄR SKER NEDBRYTNING Av STENMATERIAL?
NEDBRYTNING I ETT INTERNATIONELLT PERSPEKTIV
NEDBRYTNING I SVERIGE
PROVNING Av NEDBRYTNING
PETROGRAFI, KEMISK-FYSIKALISKA TESTER
STABILITET OCH DEFORMATIONSEGENSKAPER
FÖRBÄTTRING Av STENMATERIAL
SLUTSATSER: se SAMMANFATTNING
REFERENSER Sid [0 13 23 23 26 27 28Nedbrytning av bärlagergrus
Av Peet Höbeda
Statens väg- och trafikinstitut
581 01 LINKÖPING
SAMMANFATTNING
En litteraturstudie har gjorts av nedbrytningsproblem, särskilt i bärla-gersammanhang. Mycket har skrivits om sådan nedbrytning i vissa länder, däremot mycket litet i andra. Det visar sig att där man pga
speciella geologiska förhållanden verkligen har problem, också är
tvungen att använda sig av vittringsangripna bergarter eller också
svaga, sedimentära bergarter. Särskilt problematiska har vulkaniska
bergarter varit med höga halter sekundära mineral, sådana har trots godkända provningsvärden söndefallit i vägen eller tom i upplag. Processen går snabbt vid höga halter svällande lermineral. En
huvudför-utsättning för nedbrytning är god tillgång på fuktighet. Processen kan
motverkas genom behandling med bindemedel som kalk, cement och asfalt, ev i kombination. Stabilisering är en vanlig åtgärd vid sönder-fallsbenägna stenmaterial.
Nedbrytningsproblemen i Sverige diskuteras. Dessa är i regel marginel-la, även om några problem av allvarlig natur är kända. Ofta har det
varit fråga om kombinationer av olämplig konstruktion, dålig
petrogra-fisk sammansättning och användning av inte relevanta provningsmeto-der vid förprovningar.
Provningsmetoder för bedömning av nedbrytningsbenägenhet diskuteras. Normerade provningsmetoder har visat sig olämpliga. Petrografiska och fysikalisk-kemiska metoder har tillämpats, men framför allt har våtnöt-ningsmetoder av olika slag utvecklats. I regel undersöks också det bildade finmaterialets plasticitet. Man provar i regel analysfraktioner
utan finmaterial (VTI:s våtnötningsförsök i vändskak är av denna typ).
Försök på hela graderingar är mer sällsynta. Det har visat sig svårt att
II
Instampningsförsök lämpar sig främst för bedömning av nedkrossningen
vid vältning, men även då kan missvisande resultat erhållas. Vid VTI har
även provats våtnötning i planetomrörare och kulkvarn. En speciell
provning av bärlagergrus förefaller dock motiverad endast i specialfall
III
Degradation of base course materials
By Peet Höbeda
Swedish Road and Traffic Research Institute (VTI) 5-581 01 LINKÖPING
Sweden
SUMMARY
A literature study has been done of the problems of degradation, especially base course materials. Much has been written of such
degradation in some countries, however, little in other countries. It shows that where, according to special geological circumstances, such
problems exist use of disintergrated rock or weak sedimentary rock are
forced to be used.
Particular difficulties occur with volcanic rock with high percentage of
secondary minerals, which despite approved testing values have
decom-posed in the road and even in stock pile. The process works fast with
high percentage of swelling clay minerals. One principle condition for
degradation is rich access to moisture. The process can be conteracted
through treatment with binders like lime, cement and asphalt, also in combination with each other. Stabilization is a common measure to be taken against tendency of decomposition of aggregates.
The problems of degradation have been discussed in Sweden. These
problems are in general marginal, even though some problems of serious
nature are known. Often there has been a matter of combinations of unsuitable constructions, impr0per petrographic composition and the
usage of non relevant testing methods during pretesting.
Testing methods for judgement of inclinations of degradation are discussed. Standardized testing methods have proved unsuitable. Petro-graphic and physical-chemical methods have been taken into practice,
but above all wet abrasion methods of different kinds have been developed. In general the plasticity of the formed fine materials are investigated. Analys fractions are mostly tested without fine materials (VTI wet abrasion test in shaking machine is of this type).
IV
Tests on whole gradations are more uncommon. It has been difficult to get good valid relations with degradation in road constructions. Stam-ping tests are first of all suited for judgement of crushing when rolling,
but even then misguiding results can be given. At VTI even wet abrasion
tests with planetary type mixer and ball mill have been investigated. A particular test of base course materials seems necessary only in special cases, after petrographic judgement has been done.
1 INLEDNING
Nedbrytning av bärlagergrus kan ge upphov till ett vatten- och tjälkäns-ligt material (jfr VTI Meddelande 442). Ganska mycket har skrivits om sådan nedbrytning i vissa delar av världen, däremot litet i andra delar, jfr mom 3.
Vid VTI har provningsmetoder som våtnötning i vändskak och i planet-omrörare provats (Höbeda och Bünsow, 1976, Wichmann, 1983), senare också i kulkvarn (Karlsson och Wichmann, 1985, Wichmann och Karlsson
1986). Kulkvarnsmetoden - som också testats för provning av
belägg-ningssten, men vid andra försöksparametrar - har av de senare ansetts
särskilt lovande för bedömning av bärlagergrus kvalitet. De övriga
våtnötningsmetoderna har varit speciellt anpassade för testning av
svagmaterial. Hittills erhållna resultat har dock ännu inte lett till någon
användbar provningsmetod. Er orsak är att kunskaperna av de processer
som förorsakar nedbrytning ännu är alltför ofullständiga. Nedbrytningen
inne i vägen är också mycket svår att mäta, till skillnad från
exempel-vis den ytliga dubbavnötningen av beläggningssten.
Er orsak till svårigheterna att bestämma nedbrytningen är också att hanteringen vid byggandet, men även konstruktionen av vägöverbyggna-den är av avgörande betydelse för resultatet. Problemen kan bero på separationer, inhomogeniteter i täkten m.m. Särskilt stark nedbrytning
har konstaterats då byggtrafik fått gå på ostabiliserat tätningsmaterial
(ex 0-25 mm) som lagts som ett tunt lager för tätning av grövre
makadam (en slags "städverkan" erhålls).
En viss nedbrytning av en svag bergart vid vältning kan t o m vara till fördel, såvida en stabilare gradering erhålls i hela lagret (Augenbach m fl, 1961). Förutsättningen är dock att ett icke plastiskt, vattenkäns-ligt finmaterial bildas.
Internationellt sett har nedbrytning uppmärksammats vid speciella geologiska förhållanden, nämligen vid förekomst av vittrade, främst basiska, vulkaniska, men också sedimentära bergarter (jfr mom 3). Både fysikaliska och kemiska processer inverkar. Man har också insett att
normerade provningsmetoder inte lämpar sig för bedömning av sådan nedbrytning och speciella provningar med vatten har därför utvecklats
(jfr mom 5). Man lägger därvid i de flesta fall stor vikt vid det bildade finmaterialets egenskaper (plasticitet).
Avsikten med nedanstående genomgång är att öka kunskapsnivån och ge
underlag för en ev. provningsmetod. Det kan även hänvisas till en
tidigare litteraturstudie (Höbeda, 1975).
2 NÄR SKER NEDBRYTNINGEN AV STENMATERIAL?
Stenmaterialet kan skadas mer eller mindre redan vid utsprängning, men också vid beredningsoperationer som krossning och siktning. Den försvagning som sker vid ursprängning och beredning är med all
sannolikhet ganska försumbar i sammanhanget. Visserligen kan
mikro-sprickor bildas, men dessa bör elimineras i hög omfattning vid den senare krossningen. Tvärtom kan stenmaterialkvaliteten förbättras
ge-nom krossning i flera steg gege-nom att svaga beståndsdelar elimineras och kornformen förbättras. Viktigt är också att dåligt material avskiljs före eller under själva krossningen (efter förkrossen).
I specialfall kan även sönderfall ske i upplag på kort tid genom
kemisk-fysikalisk vittring (jfr mom 3), men så dåliga stenmaterial är sällsynta i
Sverige. Korfhage (1967) visar i Minnesota en markant ökning av finmaterialhalten efter lagring i upplag (figur 1). Det framgår dock inte vad det är för stenmaterial, bara att det härstammar från grusgrop. Harmidon (1977) i Frankrike påpekar att nedbrytning kan uppkomma i upplag vid hantering med lastare och trafik av lastbilar. Han har studerat sandsten och behandlar då främst upplag som byggts upp i horisontella lager för att förhindra separation. Stenmaterialet får
avrundade kanter och lägre flisighet genom påkänningen.
Den största påkänningen uppträder som regel vid utläggnirg (Dunn 1981)
och man har särskilt studerat nedbrytningen vid vältning. Denna är ofta låg, även vid mycket svaga stenmaterial och restprodukter, något som kan bero på att materialet, i varje fall efter några överfarter, reagerar som ett "homogent" lager. Det är nämligen i första hand
kornomlag-PE RC ENT OF TE STS 40 30 20
ringar mellan enskilda partiklar som förorsakar nedbrytning. En viss
krossning behöver inte nödvändigtvis vara skadlig eftersom graderingen förbättras och stabiliteten i materialet ökar. Khay (1984) har vid vältningsförsök i Frankrike med ett antal bärlager funnit att
nedkross-ningen vid vältning blir obetydlig såvida Los Angelestalet understiger 30 (motsvarar sprödhetstal ca 60, se VTI Särtryck 39). Dessutom är "öppna"
graderingar med störst hålrum mest nedbrytningsbenägna och där anger
man Los Angelestal 20 (sprödhetstal ca 50) som gräns för material som börjar att nedbrytas.
Vid nâgra undersökningar har framkommit att nedbrytningen vid vält-ning lämpligen kan studeras genom instampvält-ning enligt Proctormetoden,
ev. i större cylinder (jfr mom 5). Försiktighet bör dock iakttagas,
eftersom i specialfall (ex för porösa restprodukter) nedkrossningen kan bli flerfaldigt större än vid vältning.
As removed from the siockpile
As p!oced in the stockpile
PERCENT PASSING THE NO. 200 SIEVE
Finmaterialbildning i upplag hos ett grusmaterial enligt
Figur 1
Vinson m fl (1986) har undersökt finmaterialbildningen av olika
bärla-gergrus vid krossning av berg, hantering (nötning vid siktning, lastning
m m) och vid utläggning. Sedan har man gjort försök att i laboratoriet
med hjälp av laboratoriekross, nötningsapparat och instampningsförsök
efterlikna fältförhållandena (figur 2). Överensstämmelsen är dålig, man
fick för liten finmaterialbildning vid laboratoriekrossning, däremot alltför hög vid nötnings- och instampningsförsök.
I Sverige kör man dessutom ofta byggnadstrafik på utlagt bärlager, något som kan ödelägga dåliga material. Byggnadstrafik innebär en
nötande påkänning, men vägytan blir också nedsmutsad och sönderkörd.
Det senare ger ökade dynamiska påkänningar och därmed också större nedbrytning under tunga laster. Exempel på nedbrytning vid försök på
provbana ges i figur 3. Man ser att det svaga stenmaterialet förändrats också i nedre delen av bärlagret och inte endast i ytlagret som det
starkare materialet.
Nedbrytningen, som sker i vägen beror på flera faktorer, inte bara på stenmaterialet (även om dess betydelse är primär, jfr mom 2). Används exempelvis stenmaterialet under lager av tät asfalt blir såväl trafikpå-känningarna små som lite vatten kan tränga in genom beläggningen.
Tillgång på vatten verkar f.ö. vara en huvudförutsättning för att stor nedbrytning av vissa stenmaterial verkligen ska kunna ske. Detta
framkommer också tydligt från utländska erfarenheter.
Ibland har man byggt speciella provvägar för att studera nedbrytning,
dock utan att kunna konstatera något större sådan. Exempel är försök i
Wisconsin (Dunn, 1969), men också VTI:s provytor Fjugesta-Lanna 1974. Vid WASHO-provvägen har man även studerat kornstorleksförändringar hos bärlager, dock utan att konstatera nämnvärd nedbrytning. Troligen har provvägarna varit välbyggda och ofta torde snarare ogynnsamma kombinationer ha förorsakat problem. Många av de mest sönderfallsbe-nägna stenmaterialen, särskilt mer eller vittrade sådana, dessutom i regel inhomogena, och det är inte säkert att man alltid fått med problem materialet.
o) Percent Fines From Laboratory Tests
14 § Plaoon m Handlh lehh 12371 -001 -2 I Gao-1 1 1-2 I Taylor South | 21 -2-399-1 71 -1-050-5 Brown'oHlN
AGGREGATE SOURCES
b) Percent' Fines From Field.
14 E Plac." m Handllr Crn-h. 12 sk 1f fe r kva rt si t 19 0 me ta gr ava cka fyi ii t oc hme -ta gr åva ck a sk if fe r oc h kva rt si t sk if fe r oc h kva rt si t 371-001-2 71-1-030-5 821-007-6 21-2-399-1 371-156-2 680-094-2 AGGREGATE SOURCES
Figur 2 Halt finmaterial bildad vid krossning av berg, hantering och
utläggning vid a) simulerande pâkänningar i laboratorium och b) fältförhâllanden (Vinson m fl, 1986).
a)
16'[
14"
T
Skifferrikt grus från Brunflo
:Op layer
12->
bottøm layer 10 o we i g h t % 4 0 , 0 74 m m 0 0 6. 4 ._2 .
A_grading compaction lorry traffic
1 2 3 4 5 6 7 8 9
sampling No
b) 12..
Granit, kross E4 Linköping-Norsholm
10 :cp layer
E
s..
.i
v rä c - 60 bottom layer o _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ___a-l-I_ v en 4 .p .C3
CD2
.3 ..A grading \, compaction \1 lcrry traffic \
1 2 3 4 5 6 7 8 9
sampling No
Figur 3 Nedbrytning av två bärlagergrus på provbana a) lerskiffer-rikt naturgrus och b) krossad granit (Höbeda och Bünsow,
Inverkan av gradering (kornfördelning) är ytterligare en komplicerande
faktor, och används ett svagt material i en tät gradering, minskar nedkrossningen, även om den inte helt elimineras (Khay, 19814, Lees ochZakaria, 1987). Troligen får man störst effekt av gradering vid svaga,
men samtidigt kemiskt "inaktiva" stenmaterial med låga halter
omvand-lingsprodukter (jfr mom 7).
I det fall använd gradering har låg finmaterialhalt, och därmed högt hålrum, kan också genom nedbrytning bildat finmaterial söka sig nedåt i
vägkroppen och inte komma med vid provtagningen.
3 NEDBRYTNING I ETT INTERNATIONELLT PERSPEKTIV Ganska mycket har skrivits om svagmaterials beständighet, men då främst om lerskiffer och andra svaga sedimentära bergarter, vid användning som bankfyllnadsmaterial. Denna litteratur faller dock utanför ramen av denna undersökning. Nedbrytning (eng. degradation) av stenmaterialet i vägars överbyggnad har varit ett allvarligt problem under vissa geologiska och klimatiska förhållanden. Stenmaterialen har
ofta haft godkända värden vid rutinprovningar av hållfasthet (främst
Los Angelestal), men ändå sönderfallit i vägen till ett plastiskt,
vattenkänsligt finmaterial, som vållat Vägskador.
En amerikansk bibliografi behandlar "degradation" av överbyggnadsma-terial, men endast litteratur från åren 1911-1968 (HRB 1968).
Augen-bach (1961) redovisar också en litteraturstudie. Erickson (1960) samt
Henrickson och Shumway (1973) presenterar resultat från frågeenkäter, varvid olika delstater i USA fått redogöra för sina problem. Av delstaterna anser 11 inte alls ha några nedbrytningsproblem, 5 har allvarliga problem och resten endast vissa sådana. Man verkar ha mest bekymmer i de västra delstaterna av USA. Nedbrytningen skedde främst i bärlager, men också i asfaltbeläggningar. Bildat plastiskt finmaterial kan förspröda beläggningen genom att binda bitumen eller asfalten kan
emulsifieras med vatten (Johnson 1961).
Olika bergartstyper kunde vara inblandade i nedbrytningssammanhang
att glimmerrika bergarter inte omnämns som problemmaterial. Studerar
man speciallitteraturen (jfr också mom 5) framkommer det att redan
från början vittrade, basiska vulkaniska bergarter ofta av marint ursprung varit särskilt problematiska. Sådana kan innehålla sekundära,
vattenkänsliga mineral, t o m svällande lermineral (jfr mom 6).
Mycket höga inre spänningar (upp till 20 MPa) kan uppträda när
svällande lermineral kommer i kontakt med vatten. Sådant sönderfall
kan ske på kort tid i en konstruktion, t o m inom dagar (Farjallat, 1974).
Smith (1967) säger att i Kalifornien vulkaniska bergarter som diabas, basalt, andesit, serpentinit, men också granit och sandsten vållat problem. Johnson (1961) diskuterar problemen i New Mexico;
sten-materialproblemen har gjort att bär- och förstärkningslager ofta
stabi-liseras med cement eller asfalt. En annan sak som framkommer av
enkäterna är att man saknar relevanta provningsmetoder för att
be-döma nedbytningsbenägenhet. Bäst resultat fick man om Los Angeles-testen kombinerades med våtnötnings- eller vittringsförsök ("soundness
test", dvs saltsprängning). En hel del specialtester har också utvecklats
(jfr mom 5).
West m fl (1970) redovisar resultaten från ett federalt forskningsanslag som gick ut på att ta fram lämpliga provningsmetoder för bärlagergrus. I ett senare projekt har man också studerat möjligheterna att förbättra
stenmaterial (Cady m fl, 1977, jfr mom 8).
Den senaste undersökningen har man gjort i Alaska. Tidigare
vägskade-utredning har visat vilken stor betydelse finmaterialhalten i
överbygg-nadsmaterial, och speciellt bärlagergrus, har på vägens funktion (Esch och McHattie, 1982, jfr även VTI Meddelande l442). Man har senare gjort en utredning av finmaterialbildningen vid beredning och hantering av
bärlagergrus där finmaterialhalten tenderat att bli hög. Material som fyllit, metagråvacka, basalt, kvartsit, granit m m omnämn. Provnings-metoder utvecklades för att försöka efterlikna finmaterialbildningen vid byggnadsprocesser, även om man ej helt lyckats med föresatsen (jfr
På senare år har forskningsaktiviteten varit särskilt hög i sydliga länder som Australien, Nya Zealand och Sydafrika. Wylde (l976a) har
invente-rat problemen med hjälp av en frågeenkät. Det framkommer att det
som i USA huvudsakligen är basiska vulkaniska bergarter som
sönderfal-ler, även om andra bergarter också kan vara problematiska. Till skillnad från USA verkar man ha mer problem med beläggnings- än med
bärlagermaterial. Man använder sig dock i regel av ytbehandlingar på de
ofta lågt trafikerade vägarna. Klimatnedbrytning verkade också vara viktigare än påverkan av trafik och detta Speciellt vid basiska, kristalli-na bergarter. Sura bergarter tenderade att i första hand nedkrossas av trafiken. Wylde (l976b och 1978) behandlar ytterligare nedbrytnings-problemen i Australien. Från Nya Zealand rapporterar man likaledes med basalter och diabaser (Buckland, 1967), men också med gråvackor. Bottomley och Raudkivi (1978) har funnit att ett finmaterialrikt skikt, exempelvis uppkommit genom nedbrytning, under en asfaltbeläggning kan vattenmättas genom kapillär sugning från undre material med lägre
vattenkvot.
I Sydafrika har man också problem med basiska bergarter, speciellt i de fuktigare delarna av landet. Man har gjort en klassifikation (NITRRS,
1981), som grundar sig på både ett klimatindex och halten sekundära mineral (jfr mom 6). Ett starkare omvandlat material kan på detta sätt tolereras i ett torrt än fuktigt klimat. Weinert (1980) diskuterar ingående stenmaterialanvändningen och problemen i Sydafrika.
Likartade problem förekommer i många utvecklingsländer, där man ofta måste använda sig av dåliga stenmaterial, även om undersökningar inte gjorts i samma omfattning som i industriländer.
Dylika nedbrytningsproblem har knappast beskrivits från den europeiska kontinenten eller Storbritannien, Nakkel (1977) säger således att ned-brytningen av stenmaterial inte är något problem i modernt byggda västtyska vägar. Stenmaterialet i olämpliga konstruktioner, t ex
hål-rumsrika makadamlager, kan dock nedbrytas i ogynnsamma fall. Orsa-ken till de ringa problemen kan vara att man i regel använder sig av
stenmaterial från etablerade, kvalitetskontrollerade täkter och inte av lokala material. En annan viktig orsak är också att man dimensionerar
10
vägarna med tjocka stabiliserade lager, och detta gäller även vägar med
ringa trafik. Byggnadstrafik undviks dsessutom på utlagt bärlager.
4 NEDBRYTNING I SVERIGE
Nedbrytning av tidigare beskriven typ kan synas vara ett för Sverige
inaktuelit problem, eftersom vittrad berggrund påträffas främst i störningszoner och svaga sedimentära bergarter förekommer endast
lokalt. Några fall av nedbrytning är dock kända, även om undersök-ningar försvårats av att finmaterialhalt m m faktorer för det material som byggts in i vägen varit dåligt kända.
I början på 70-talet byggdes således väg 49, Granvik-Svanvik, i den västra delen av Vätternförkastningen (samma typ av berg påträffades också i den östra delen av förkastningen, jfr Höbeda, 1969). Man utförde bergöverbyggnad av gammal, typ med berg från väglinjen, som vid
rutinprovningar fått god hållfasthet (styrkegrad 1 enligt gamla BYA).
Krackeleringsskador uppkom efter kort tid och prov av tätningslagret 0-25 mm visade hög finmaterialhalt. Modifierade provningar som våt-nötning i vändskak och pianetomrörare visade vid senare kontroll att
stenmaterialet var sönderfalisbenäget. Mikroskopisk undersökning av
tunnsiip visade att bergarten innehöll höga halter sekundära mineral (jfr mom 7).
Ett annan fall är väg 166, Årbol-Mellerud, byggd åren 1973 och 1974,
men med bärlagergrus, krossat från grustäkt med delvis vittrat
mate-rial, men också lerskiffer. Skador uppstod efter ca ett år och provtag-ningar från vägen visade att bärlagret hade höga finmaterialhalter. Även detta stenmaterial gav dåligt resultat vid modifierade provningar i form av våtnötningsförsök, jfr Höbeda och Bünsow, 1976.
Omfattande Vägskador har uppstått på Graddisvägen, som byggts med vägöverbyggnad av fyllit, både som dominerande komponent i
grusmate-rial, och som krossat berg (Höbeda mfl 1978). Senare provtagningar tydde på stark ökning av finmaterialhalten. En viktig orsak till nedbryt-ning ansågs vara ett alltför vattengenomsläppligt oljegrus av dålig kvalitet. Våtnötning i pianetomrörare indikerade bättre än andra
prov-ll
ningar stenmaterialets dåliga beständighet.
Kombinationen av ett svagt bärlagermaterial och vatteninfiltration verkar även vara en förutsättning för nedbrytning och Vägskador enligt
erfarenheter från provytor vid Hällekis 1970 och Lanna 1974 (Höbeda,
l979a, Höbeda mfl, 1979). I det första fallet studerades kalksten av dålig kvalitet (märgelsten) som bärlagergrus i två olika graderingar.
Vägskador uppkom först när asfaltbeläggningen skadats genom provtag-ningar. Nedbrytning i vägen kan inte helt uteslutas för lerskifferrikt grus och glimmerrik gnejs, separation och finmaterialvandring nedåt
försvårar slutsatser.
Vid Lanna studerades lerskifferrikt grus, kalksten, glimmerrik gnejs
m m. Vägskador uppkom i det första fallet vid den första tjällossningen. Provtagningar visade dock inte på nedbrytning utan skadorna förmodas
bero på det plastiska, starkt vattenkänsliga bärlagergrusetsom troligen vattenmättats genom en inte helt tät beläggning. En förnyad
provtag-ning gjordes i augusti 1987, dvs 13 år efter byggandet.
Separationen vid utläggning av bärlagergrus och de små ytor som har
stått till förfogande för provtagning försvårar slutsatser. I två fall,
lerskifferhaltigt grus från Brunflo och glimmerrik gnejs från Töva,
föreligger dock en trend att finmaterialhalten ökar med tiden (figur 4).
Detta gäller både yt- och bottenlager i bärlagergruset. Kalksten från Brunflo visar däremot ingen trend till finmaterialökning. Påpekas bör också att bärlagergrusen legat under en 40 mm tjock asfaltbetong, som senare underhållits med enkel ytbehandling. Vägkonstruktionen har varit
underdimensionerad för rådande trafik.
En provväg byggdes i börjas på 60-talet i Jämtland för att studera nedbrytningen av svagmaterial, men blev tyvärr inte uppföljd på ett riktigt sätt. Ett senare försök till utvärdering har försvårats bla av finmaterialvandring nedåt i vägkroppen (Höbeda, l979b). En ny provväg har nyligen byggts för att studera jämtländskt svagmaterial under olika tjocklekar av asfaltstabiliserat material (Hjalmarsson och Wiman, 1987). Nedbrytningen vid vältning är tämligen ringa, även av
12 12 o Göksvallo 0 Bdlllnga 510 x Dalby E få; T. 4 A eva
8.
v Brunflo
3 8
A
kalksten
'4.:
W
o Brunflo
g 6
grus
7§
4:
7\»x//'
312 <
C 15
.ut 2 O 1 1 r I I upplag 74 75 76 77 78 87«a)
Provtagmngsår
12 10 (I ) Å Finm afer ia lhal 'r <0 074 m m O N4 1 W
r
2V
O
,
I
. I 'upplag
74
75
76
77
78
37
b)
Provtagningsör
Figur 4 Finmaterialhalten hos olika bärlagergrus vid provtagningar
från provytor Fjugesta-Lanna, 1974. a) ytlager och b) bot-tenlager.
Lo
s
An
ge
le
st
al
(2
)
55
50
45
40
35
30
25
25
20
15
14 I 1 F I I 1 T I I I I I A A 0 0 A A 0 08
A
A
0
o
0 A G G A 0 A 9C,@
ao.ac
G
A A 09
o
00 A O O0 G
A
G
BEDOMU LAMPLIGHET
..
..
0 God
A Dålig
1 4 1 1 1 l l 'l i J 1 l 1 1 l 1 40,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
Vattenabsorbtion (2)
Figur 5 Relation mellan Los Angelestal, vattenabsorption och sten-materialens lämplighet som bärlagergrus (Augenbach m fl,
1966).
Man har på senare år i amerikansk norm för välgraderat grus (ASTM
D 2940) avlägsnat kravet på Los Angelestal, men har kvar detta för
makadam material (D 693).
Shergold och Hoskings (1963) har gjort en undersökning av marginella
engelska stenmaterial, speciellt sedimentära bergarter, och påpekar att
modifierade provningsmetoder på fuktigt stenmaterial måste användas (jfr mom 5). Man har också reducerat slagenergin vid det brittiska
fallhammarförsöket. Roth (1983), som utfört fallhammarförsök i en modifierad Proctorutrustning på olika blandningar av starka och svaga stenmaterial, har också funnit att man får bäst fram skillnaderna i
15
I en del länder har man också modifierat standardiserade provningsme-toder så att fuktigt stenmaterial provas. Så är t ex fallet i Australien
(Lay 1981) och Sydafrika (Weinert, 1980) där brittiska normer sålunda modifierats. I Frankrike provas både beläggnings- och bärlagermaterial, förutom enligt Los Angeles - även enligt Microdevalmetod, varvid den
senare provningen utförs på fuktigt prov (jfr VTI Meddelande 444). Microdevalmetoden har utvecklats för Devalmetoden, där man också
tidigare övergått från torr till våtprovning (Peltier, 1956). Metoden har
förekommit i olika länder i flera varianter. I Quebec, Kanada,
rekom-menderar således Dallaire (1982) våtnötning enligt Devalmetoden för en snabbare och pålitligare bedömning av grusmaterials beständighet än
enligt normerat vittringsförsök (saltsprängning) och petrografisk analys. För Microdevalförsök använd kulkvarn liknar den utrustning som fn provas i Sverige. Påpekas bör att Rahn (1938) rekommenderar provning
av lerskiffer, med avseende på lämplighet som bärlager i ringa
trafike-rade vägar, i en liten kulkvarn (jfr tabell 1). Vittringsförsök av typ
"soundness test" (ASTM C88) är normerade i många delar av världen. Man behandlar analysfraktionen genom upprepade cykler av vätning och torkning i mättad lösning av Na2504 eller MgSOq. Försöket är dock föga reproducerbart (Hosking och Tubey, 1969, Hudec 1982/1983) och
lämpar sig inte för utslagsgivande provningar.
Nedbrytningsproblemen i vissa delar av världen och de dåliga resultaten med standardiserade provningar har gjort att nya tester utvecklats. De
härstammar ofta från USA. Det är i regel fråga om ganska milda
nötningspåkänningar, med något undantag utförda med vatten. Sönder-fallsmekanismen är närmast "uttvättning" av lermineral m m vatten-känsliga produkter, snarare än en renodlad nednötning. Analysfraktionen är i regel ganska vid. Det bildade finmaterialet undersöks inte enbart genom siktningsanalys, utan framförallt genom bestämning av
plastici-tetsindex eller sandekvivalent (ibland utförs t o m ingen siktningsana-lys). Sandekvivalentprovningen är enkel att utföra och kan till skillnad från plasticitetsindex göras på prov med ringa halt finmaterial.
Nötningsutrustningarna är av många olika typer och ofta verkar man ha
16
vändskak, som provats vid VTI, är således av denna typ. Ett försök görs i tabell 1 att sammanställa de viktigaste parametrarna för de mindre
välkända testmetoderna.
Breese (1966) har i Nevada, USA, i detalj studerat fyra olika testmeto-der, använda i andra delstater, för att få fram den lämpligaste
provningsmetoden. Han jämförde lämpligheten hos en del
bärlagermate-rial med försöksresultat och kom fram till att Washington Degradation Test tenderade att ge den bästa överensstämmelsen. Platts och Lloyd
(1966) har i Alaska jämfört sex olika testmetoder och kommit likaledes
fram till att washingtonmetoden ger den bästa överensstämmelsen med
vägförhållanden och samtidigt har god repeterbarhet. Vinson m fl (1986)
har i Alaska korrelerat resultaten från Washington Degradation Test med halten nedbrytningsprodukter vid hantering av bärlagergrus. Man
fick dålig korrelation. Detta är egentligen inte att förvåna sig över
eftersom man säger att finmaterialet som bildats är inte plastiskt. AASHTO har dock normerat den kaliforniska metoden "production of plastic fines" (T 210). Washingtontesten har däremot blivit
australien-sisk norm (AS 1141.25-1981). ASTM har nyligen föreslagit en ny nötningsmetod (med hjälp av paddelomrörare), men främst avsedd för provning av betongsand (C-9 Proposal Pl92).
Man kan också notera att Texas Wet Ball Mill Test, som är utvecklat
för provning av välgraderat material (jfr nedan), i delstaten Victoria,
Australien, modifierats på så sätt att samma analysfraktion som vid Los Angelesprovningen undersöks. Erfarenheterna av metoden är dock inte
odelat positiva. Spies och Rule (1978) anser således att metoden är
onödig (man använder sig redan av brittisk hållfasthetsprovning, men på fuktigt prov) och den enklare Washington Degradation Test bör i stället
användas i problemområden. Currie och York (1976) påpekar att värden
från texasförsöket bör användas med försiktighet och olika
bergarts-typer inte direkt jämföras. Enligt Lay (1981) är metoden lämplig endast för bedömning av mjuka bergarter.
Ta be ll 1 Öve rs ik t av sp ec ia lför sök ut ve ck la de för ne db ryt ni ng sb en äg na st en ma te ri al . Fo rs ka re Or ga ni sa ti on Typ av ap pa ra t (d ia m x län gd ) Typ av pâk än ni ng Pr ovf ra kt io n m m Pr ovm än gd 8 För sök st id va rva nt al Be döm ni ng
(S
.E
.=
sa
nd
-ek vi va le nt ) Sp ec .f ör ma te ri al A A H S T O T2 10 (H ve em -S mi th -6 4) A 5 1 14 .2 5 (A us tr al ie n) -8 1 A S T M C-9 pr op . P1 92 -8 7 D a y -6 2 Id ah o Ek se ; Mo rr is -5 9(W
as
hi
ng
to
n)
Fr an kl in _o_ C h a n d r a -7 2 "F ri ab il it e de s sa bl es " L C P C -7 0 H öb e d a -7 6 J um a s e v -6 7 U S S R pl ât bur k 25 4x2 30 m m i sk ak ap pa ra t vât nöt n. i pl as t-bur k 19 0x1 52 m m a) l1 .8 -1 1. 2 b)<4 .8 nöt n. m. 10 00 m l va t t e n nöt n. m e d va tt en 2-13 .2 i Tyl er sk ak ap pa ra t pa dd el om rör ar e pl ât bur k, 4. 5 l Lo s An ge le sk va rn to rr nöt ni ng ut an ro te ra nd e m ät-ko
rg
(2
.0
m
m
ma
s-ko r) i va tt en Mi cr od eva lut -rus tn in g, st ål -pl an et om rör ar e("
de
gb
la
nd
ar
e"
)
vi br at io n un de r tr yc k i st âl cy-li nd er nöt ni ng o sl ag "s an d" i 17 5 mf va tt en nöt n. i va tt en #. 8-19 9. 5-19 .0 st ål kul or 10 st en ar 51 40 -6 0 g nöt n. i va tt en nöt n. o sl ag _ 0. 1-4 el le r i 2. 5 l va tt en 0. 1-2 m m nöt ni ng vi d 5% 0-16 va tt en kvo t nöt n. av pr ov an al ys fr ak ti on so m för st va tt en -la gr at s oc h fr us it s a) 25 00 1)) 50 0 10 00 50 0 11 0 50 00 50 0 50 00 10 m i n 20 m i n 6 m i n 80 0 va rv/ mi n 18 50 va rv 30 va rv/ mi n 4 ti m 6 m i n 20 va rv/ mi n 15 00 va rv 10 m i n 1 ti m S. E. S. E. si kt ni ng si kt ni ng <0 .0 75 m m si kt ni ng S. E. si kt ni ng PJ , LL pa ss er an de 2 m m si kt ni ng si kt ni ng S. E. si kt ni ng so m bi ld ar pl as -ti sk t fi nm tr l d i ve r s e be to ng sa nd ba sa lt m . m ba sa lt er , gr us le rs ki ff er sa nd ib el äg g-ni ng ar fr äm st se di me n-tär a g vi tt ra de be rg ar te r ka lk st en 17Ta be ll 1 Fo rt s. Öve rs ik t av sp ec ia lf örsök ut ve ck la de för nedb ryt ni ng sb en äg na sten ma te ri al . Fo rs ka re Or ga ni sa ti on W i c h m a nn -8 5 Kul kva rn La rs so n m fl -7 1 Id ah o, Mo nt an a, Wa sh in gt on Ma t. Ro ad s. Bo ar d
-8
0,
N.
Z.
Me lvi ll e -4 8 Vi rg inia Typ av appa ra t (d ia m x län gd ) kul kva rn 21 0x 32 0 m m , 15 mm st ål kul or våt nöt ni ng i Lo s An ge le st rum ma (1 00 0 ml vatt en ) st ål tr um ma , di am 50 0 m m po rs li ns kva rnAF
NO
R
NF
P1
8-57
2
st
ål
cyl
in
de
r,
Mi cr od eva l Mi no r -6 0 Wa sh in gt on "P ra ll pr üf ung" an Sa nd .TP mi n-Stb (V -t ys kl) R a hn -3 8 210x3 20 m m pl as tb ur k, 4. 5 1 po rs li ns kva rn 15 0x1 65 m m st âl cyl in de r m. lyf ta re 15 0 m m Typ av pâk än ni ng Pr ovf ra kt io n nöt n. i va tt en nöt n. 53 sl ag m e d va tt en nöt n. i 15 1 va t t e n nöt n. m. 1 l va tt en 9_ fl in t-kul or nöt n. m. va tt en elle r to rr t, 10 m m st âl kul or nöt n. i va tt en to rr nöt ni ng m e d po rs li ns kul or 30 -4 0 m m nöt n. m . 20 0 m l va tt en 0. st ål -kul or m m 0-16 9. 5-19 he la kur va n 4. 8-19 0. 09 -2 12 .5 Pr ovm än gd 8 1500 5000 4500 0 10 00 50 0 10 00 10 0 10 0 För sök st id va rva nt al 30 m i n 500 va rv 1-8ti m 48 ti m 2 ti m 1 ti m 10 00 varv ? m i n Be döm ning (S .E .: sa nd -ekvi va le nt ) sikt ni ng S. E. si kt ni ng sikt ni ng si kt ni ng PJ , LL si kt ni ng si kt ni ng S. E. si kt ni ng si kt ni ng S. E. Sp ec . för ma te ri al di vers e di vers e ba sa lt , gr å-va ck a gr an it m. m. di ve rs e ba sa lter , sa nd -st en , le rs ki ffer , gr us sa nd , fi nk or n. re st pr od uk te r le rs ki ff er 18Ta be ll 1 Fo rt s. Öve rs ik t av sp ec ia lf ör sök ut ve ck la de för ne db ryt ni ng sb en äg na st en ma te ri al . Fo rs ka re Or ga ni sa ti on Typ av ap pa ra t (d ia m x län gd ) Typ av pâk än ni ng Pr ovf ra kt io n m m Pr ovm än gd 8 För sök st id va rva nt al B e d öm ning (S .E .zs an d-ek vi va lent ) Sp ec .f ör ma te ri al R a ym o n d -7 8 T e xa s ba ll mi ll te st -6 6 Vi ns on m :fl Al as ka -8 7 V än d s k a k H öb e d a -7 2 po rs li ns cyl in de r 5 l vo lym kul kva rn (2 60 x 27 0 m m ) m e d in -re fl än s 4. 5 l st ål be hâl -la re i Tyl er sk ak ap pa ra t gl as cyl in dr ar i Vän ds ka k nöt n. m. 3 l va tt en nöt ni ng 9_ sl ag i va tt en nöt ni ng vi d 5 % va tt en kvo t nöt n. m m l va tt en 20 -3 0 0-14 5 0-25 2. 0-16 .0 30 00 35 00 10 00 50 0 5 ti m 33 va rv/ mi n 60 0 va rv 60 va rv/ mi n 20 m i n 20 m i n si kt ni ng si kt ni ng <l 40 me rk si kt ni ng si kt ni ng S. E. jär nväg sb alla st di ve rs e bl a ka lk st en di v. bl a fyl li t se di me nt är a g vi tt ra de be rg -ar te r 19
20
Texasförsöket är vid närmare granskning dock inget renodlat nötnings-försök, eftersom provcylindern som vid Los Ångelesförsöket är försedd
med en bred inre fläns som lyfter prov och ganska stora stålkulor (diameter ca 58 mm och vikt 400-450 g), varvid krossning sker. Spies och Rule (1978) visar också att man får god korrelation med Los Angelesförsöket, såvida den modifierade texasprovningen görs utan vatten. Troligen innebär denna slagverkan att hårda, spröda
stenmate-rial, som i praktiken är mindre allvarliga från nedbrytningssynpunkt, missgynnas. Man mäter inte heller plasticiteten hos bildat finmaterial, utan endast ökningen av halt <0.425 mm.
Nämnas bör också att man i Kanada funnit att ett våtnötningsförsök i
porslinskvarn utan malkroppar visat en viss relation till nedbrytningen
av ballasten i järnvägsspår (Raymond, 1978). Los Angelesmetoden var inte lämpad i sammanhanget.
Man har utvecklat speciella provningsmetoder för svagmaterial som
lerskiffer för bedömning av lämplighet som bankfyllnad men också utläggningsmetodik. Det är fråga om nötningspåkänningar i vatten, men också diverse vittringsförsök.
Ganska mycket har skrivits om lämpligheten av lerskiffer som bankfyll-nadsmaterial, eftersom vissa varianter kan vittra ned och förorsaka sättningar och ras. Dessa kan snarare betraktas som jordmaterial
(Di Millio '377 ). Mest använd är tester som vätnings-torkningsförsök
och avnötning i utrustning, utvecklar av Franklin och Chandra (1972). Provet avnöts i vatten i en roterande nättrumma med maskvidden 2.0 mm och materialet som sönderfaller och ramlar igenom väges. Beträffande kritkalksten så har Struilleau (1973) föreslagit ett special-försök av prov med olika fukthalt i en laboratoriekvarn (vibrerande krossning) medan Ingoldby (1977) föreslår modifierad provning i engelsk fallhammare varvid volymsminskningen hos fuktigt prov under slagen mäts upp.
Provningsmetoder för välgraderade bärlagergrus är sällsynta; provhan-teringen är nämligen besvärlig och såvida man inte sammanställer en
21
separation ske vid neddelning. I regel måste också de grövsta partiklar-na borttagas pga provutrustningarpartiklar-nas små dimensioner. Vid sådapartiklar-na försök får man dock, men endast såvida påkänningen är riktig, med de
finare partiklarnas betydelse på nedbrytningen. I Kalifornien (och enligt
AASHTO-metoden) har man dock vid nötningsförsöken försökt lösa
problemet på så sätt att man provar grovt och fint material separat, nämligen prov 4.75-19.23 resp <4.75 mm (jfr tabell 1). Den senare testen är i princip endast en sandekvivalentbestämning, gjord efter större
nötningspåkännng.
Proctorinstampning har använts för bedömning av bärlagergrus nedbryt-ning och korrelation har sökts med finmaterialbildnedbryt-ningen vid vältnedbryt-ning (Brandl, 1977, Smith, Höbeda och Bünsow, 1976, Sandford m fl, 1980). I det senaste fallet har man dock studerat laterit, ett speciellt svagt material. Hale m fl (1981) har studerat nedbrytningen av 1erskiffer vid
instampningsförsök vid olika packningsenergi, men inte relaterat
labo-ratorieundersökningen till fältstudier av nedbrytning.
Brandl (1977) anser att man måste använda sig av en större provcylinder med 15 cm diameter för att få en riktig nedbrytning; vid provning i
normerad cylinder med 10 cm diameter blir inverkan av cylinderväggar-na alltför stor. Enligt Sandford (1980) blir nedkrossningen mindre i en stor än i en liten provcylinder vid samma packningsarbete. Man har
undersökt både lätt och tung instampning och funnit att nedbrytningen
inte tilltager i proportion till det ökade packningsarbetet.
Hoover m fl (1970) varnar för instampningsförsök (både lätt och tung sådan) eftersom han funnit att bärlagergrus, ex. kalksten, som visat god lämlighet, krossats ner mycket i laboratoriet. Vibrerande packning kan
vara en lämpligare metod då nedkrossningen blir ringa. Höbeda mfl (1987) har funnit att svag, porös Wanderrostaska krossats ner flerfalt
mer vid tung laboratorieinstampning än vid vältning i vägen.
Enligt Höbeda och Bünsow (1976) får man vid försök på prov 0-16 mm inte fram den finmaterialbildning vid instampningsförsöket, som kan
erhållas vid mer nötande byggnadsprocesser. Detta gäller speciellt
22
de ganska komplicerade procedurer som används för att bedöma
lämp-ligheten till bärlagergrus hos olika bergarter i delstaten Victoria,
Australien. Ibland utförs ända upp till fem cykler av instampning, men
också samtidigt vittringspâkänningar. Han rekommenderar även försök i
planetomrörare för att efterlikna nednötningen i vägen vid blandning (mekanisk stabilisering). Senare (Smith, 1984) menar han dock att man har onödigt många försök och en provning omfattande fem cykler av
instampning bör räcka. Även Neville och Akli (1980) förordar upp till
fem cykler av instampning vid undersökning av svagmaterial.
Vinson mfl (1986) har i Alska gjort försök att utveckla en serie provningar för att efterlikna finmaterialbildningen vid beredning och hantering av bärlagergrus. Först krossar man materialet på ett define-rat sätt i en labodefine-ratoriekäftkross, sedan utsätts det för nötning med vatten i en skakapparat (tabell 1) och slutligen utför man instampnings-försök. Man fann dock att finmaterialbildningen tenderade att
överdri-vas vid laboratoriebehandlingen och dessutom bildades inte så mycket
finmaterial <0.02 mm, som mest påverkar tjälfarligheten enligt
Casa-grandes tjälfarlighetskriterium, använd i Alaska.
Våtnötning i planetomrörare av prov 0-16 mm har gett lovande resultat
med svaga stenmaterial (Höbeda och Bünsow, 1976), men utrustningen har varit alltför klen för rutinprovningar. Karlsson och Wichmann (1985)
samt Wichmann och Karlsson (1986) har därför försökt att tillämpa en kulkvarnsmetod för att bedöma nedbrytning. Resultaten diskuteras närmare i annat sammanhang.
Texas Ball Mill Test sägs vara likartad ovannämnda, vid VTI provade kulkvarnsmetod, men är egentligen inget renodlat nötningsförsök. Texas Ball Mill Test har veterligen inte tagits upp av andra delstater i USA och förutom provningsanvisningen har ingen speciell litteratur påträf-fats. Metoden verkar inte ha "slagit".
Ett kulkvarnsförsök har tagits upp i Nya Zealand (Anonym, 1978), varvid man använder sig av en mycket stor utrustning, egentligen avsedd för industriell nötning och polering av halvädelstenar. Provmängden är hela 45 kg och 15 l vatten tillsätts. Tyvärr anges inte gradering för
provma-23
terialet i den korta rapporten, men allt tyder på att välgraderat material används. Man säger nämligen att cykliskt triaxialförsök gjorts
på prov före och efter nedbrytning i kulkvarn, något som måste gälla för bärlagergrus och inte för en "kort" analysfraktion. Man fick dock
inte fram några skillnader i provens deformationsegenskaper vid tri-axialprovningen, trots att finmaterial bildats genom nötningen i
kul-kvarn.
Bartley (1984) nämner i sin omfattande redovisning av stenmate-rialforskning på Nya Zealand endast i korthet att man försöker klassifi-cera bärlagergrus med hjälp av kulkvarn och ett cykliskt triaxialförsök (jfr nedan). Närmare resultat från kulkvarnsförsöket redovisas inte. Försök att få närmare infomrationer har ännu inte gett resultat.
6 PETROGRAFI, KEMISK-FYSIKALISKA TESTER
Nedbrytningsproblemen i övriga delar i världen har medfört att man
också försökt bedöma stenmaterial enligt petrografiska och fysikalisk-kemiska metoder som är mer eller mindre lämpliga för rutinmäsiga provningar. Petrografisk undersökning av vittringsangripet berg av den typ som varit aktuell i nedbrytningssammanhang, kräver i regel
under-sökningar av tunnslip i mikroskop (Smith, 1967). Cortelezzi m fl (1986)
har vid studier av omvandlad basalt, således använt sig av petrografi, röntgendiffraktion, svepelektronmikroskopi, lakning i etylenglykol, vat-tenlagring samt vätnings-torkningscykler. Enbart sådana specialunder-sökningar är dock inte tillräckliga för materialbedömningar utan spe-cialundersökningar för mekaniska egenskaper, vittringsbeständighet
m m måste tillgripas (Hartley, 1974).
Scott (1955) har vid undersökning av basalter ställt upp halten omvand-lingsprodukter (sekundära, finkorniga, vattenhaltiga mineral som klorit, lermineral, zeoliter m.m.) som kriterium på beständighet. Han fann således att olämpliga stenmaterial innehöll mer än 20-35 volym-96 sekundära mineral. Halten sekundära mineral har också satts upp som kriterium i Sydafrika (NITRR, 1981) vid bedömning av kristallina, basiska bergarter, varvid även hänsyn tages till klimat. Reynolds (1979)
24
sekundära mineral är av betydelse, utan också vilka mineral och -kombinationer som finns, samt dessutom fördelningen av mineral och av
vulkaniskt glas i bergarten. Cole och Sandy (1980) ger ett modifierat
kriterium på halten sekundära mineral, varvid hänsyn även tages till mineraltyp och fördelning av mineralen i bergarten.
Nämnas bör också att man rekommenderat speciella vittringsförsök, ex. etylenglykollakning av basalt (Orr, 1979, Way och Shayan, 1986) eller lakning i 10 96-ig saltsyra vid +80°C (Rowe, 1979). Saltsyran angriper
och sönderdelar speciellt kloritmineralen i bergarten.
Sameshima mfl (1978) föreslår ett "clay index" som grundar sig på
metylenblâadsorption ("blâvärde") hos finmineral <0.075 mm för attkarakterisera vittringstillstândet hos grâvacka. "Blâvärdet" ger närmast
ett indirekt mått på spec. yta och påverkas särskilt mycket av svällande
lermineral (jfr Höbeda och Viman, 1981). I Finland har man försökt
bedöma kvaliteten hos bärlagergrus med hjälp av mätning på finmate-rialets (<0.075 mm) spec. yta och porositet enligt kvicksilverporosimetri
(Uusinoka och Nieminen, 1986). De i vägen sönderfallsbenägna
stenma-terialen bildar ett finmaterial med stor spec. yta och hög halt mycket fina partiklar.
Cole och Sandy (1980) visar korrelationer mellan "blâvärde", spec. yta
och resultat av Washington Degradation Test, vilket tyder på att den mer komplicerade och subjektiva mikroskopiska analysen kan ersättas med enklare tester. Den spec. ytan måste dock, vid förekomst av svällande lermineral, mätas med hjälp av etylenglykol och inte, som
vanligen görs med kvävgas (Way och Cole, 1979).
Davidson (1972) har fått samband mellan resultat av
blâvärdesbestäm-ning, accelererad vittring i etylenglykol och Washington Degradation Test. Korndensiteten sjunker också med ökande omvandling. Fielding (1980) ger vid undersökning av basalt rätlinjiga samband mellan halten sekundära mineral, metylenblâadsorption och resultaten från Washing-ton Degradation Test. Chevassu (1969) visar även att Microdevalvärdet vid vâtnötning pâverkas i hög grad av sekundära omvandlingsprodukter i
25
7 STABILITETS- OCH DEFORMATIONSEGENSKAPER
I länder med dåliga materialkvaliteter använder man sig ofta av någon
form av stabilitetstest för att klassificera bärlagergrus. Exempel är statisk triaxialprovning och i första hand "Texas Triaxial Test".
Meto-den har också tagits upp av vissa delstater i Australien, jfr VTI Notat 40. Man klassificerar materialen i sju klasser med avseende på
spännings-deformationskurva. En senare utveckling är cykliska
triaxial-försök, gjorda vid upprepad belastning för att efterlikna trafikpåkän-ning och få fram realistiska värden på elastisk och permanent deforma-tion. Försöket är dock alltför komplicerat för rutinanalyser, dessutom är resultaten inte alltid helt övertygande; en orsak kan vara att man ofta provat bärlagergrusen vid låga vattenmättnadsgrader.
Cole (1982) har studerat tre basalter av olika kvalitet genom upprepad belastning i triaxialapparat, dock utan att få fram några entydiga
kvalitetsskillnader. Bla gick det inte att påvisa någon inverkan av
finmaterialhalt, som varierades vid försöken. Vid cykliskt försök fick man också resultat som avvek från de vid statisk Texas Triaxial Test,
som används för klassificering av bärlagergrus i delstaten Victoria,
Australien. Man noterade att finmaterialet tenderade att vandra mot
provets botten vid lastväxlingen, något som kunde göra att stabiliteten
gick förlorad. Proven kunde få en permanent deformation upp till 7%.
Försök att mäta finmaterialbildningen vid cykliska triaxialförsök har
visat endast ringa finmaterialbildning (jfr VTI Notat V36).
Anonym (1978) påpekar i korthet att bärlagergrus, bestående av an-tingen basalt eller gråvacka, haft samma deformationsegenskaper vid cykliskt försök i triaxialapparat, före som efter nedbrytning i kulkvarn.
Finmaterialbildningen har således inte påverkat egenskaperna. Wylde
(1982) har jämfört bärlagergrus, bestående av basalt, såväl vid cykliskt triaxialförsök, körning i provvägsmaskin som från prov tagna från vägar. Han har dock endast intresserat sig för de texturförändringar som sker vid belastning med hjälp av en speciell mikroskopisk teknik
och inte mätt deformationsegenskaperna. Det visade sig att
finmateria-let omfördelades på så sätt att man fick vissa partier anrikade med
26
mest belastade partierna och kan ansamlas i mindre belastade partier, efter skjuvningsplan m m). Wylde fann också att finmaterialet inte
omfördelades på samma sätt vid cykliskt triaxialförsök som vid
vägför-hållanden.
8 FÖRBÄTTRING AV NEDBRYTNINGSBENÄGET MATERIAL Förbättring av stenmaterial har behandlats i VTI Notat 11 och 41. De enklaste åtgärderna är att avskilja det sämre, mera lättkrossade
materialet redan vid beredningen i kross- och sorteringsverket. Scott (1955) beskriver förbättring av vittrad basalt genom bortskiljning av
material <20 mm efter förkrossen. Mera avancerade metoder blir
undantagsvis aktuella i bärlagersammanhang.
Stabilisering med bindemedel (jfr VTI Notat), har tillämpats med
framgång och ibland blivit mer eller mindre regel vid dålig bergkvalitet
(Johnson , 1961). Hamary (1980) beskriver att man i Australien
modifie-rat svag kalksten med 296 varmasfalt men ökande asfaltpris föranledde provningar att istället använda sig av cement eller flygaska-cement. Provvägsförsök visade att goda resultat kunde erhållas med 296 cement
eller också 1.596 cement+396 flygaska.
Vid leromvandlat berg utgör kalk eller cement speciellt lämpliga
bindemedel. Clauss (1968) anser att man kan stoppa nedbrytning genom
att modifiera med kalk; den basiska miljön förlänger stenmaterialets livslängd avsevärt genom att urlakningen av främst kalcium och magne-sium avtager. Den nödvändiga kalkhalten kan bestämmas genom
pH-mätning. Enligt Smith (1984) tillsätter man 2% kalk till
sönderfalls-benägna stenmaterial i New South Wales, vulkanisk breccia kan på så sätt utnyttjas. De Wet (1975) har funnit att en blandning av malen hyttsand och kalk ger bättre effekt än enbart kalk vid stabilisering avvittrad diabas till bärlagerändamål.
Minor (1960) berättar att man tillsätter 3-596 cement vid
sönderfallsbe-nägen basalt i delstaten Washington. Huddelston m fl (1981) har i
Oregon vid laboratorieförsök behandlat vittrad basalt, granit och sand-sten med 3-6% cement. Man anser att sand-stenmaterialen framgångsrikt
27
kan förbättras med ganska låga cementhalter.
Asfaltstabilisering kan kan vara tveksam vid leromvandlat berg och
bindemedlet kan, speciellt i låga halter, försprödas eller t o m
emulsi-fieras. Sådana asfaltmassor har också starka volymsförändringar vid
fuktighetsvariationer (Cechetini, 1975). Collett m fl (1962) har funnit
att stabilisering med asfalt inte helt stoppar nedbrytningen av vittrad basalt. Man provade därvid både asfaltemulsion och asfaltlösning. Korfhage (1967) har jämfört stabilisering med kalk, cement och
asfalt-emulsion av ett sönderfallsbenäget grusmaterial (jfr figur 2). Cement
gav det bästa resultatet, även i låga halter såvida bärlagertjocklekenvar tillräcklig. Användning av kalkhydrat som modifierande tillsats kan dock innebära en förbättring (jfr också VTI Notat 41). Förbehandling av
stenmaterial genom förblandning med cement innan tillverkning av
asfaltmassa har börjat tillämpas i Kuwait (Giurguis, 1982)
Cady mfl (1979) behandlar förbättring av marginella stenmaterial
genom impregnering med polymerer m m, åtgärder som knappast är aktuella i vägsammanhang.
28
10 REFERENSER
AASHTO Designation T210. Production of plastic fines.
Augenbach, N.R., Johnson, R.B., Yoder, EJ. Available information on
aggregate degradation. School of Civil Engineering, Purdue University, 1961.
Augenbach, N.B., Johnson, R.B., Yoder, E.J. Degradation of base course aggregates during compaction. Cold Regions Research 6C Engineering Laboratory, Technical Report 166, 1966.
Anonym, Pavement aggregate durability testing phase I, stage II -preliminary test series. Road Research Unit. National Roads Board
(Wellington, N.Z.) Newsletter 58, 1978.
Atta, van, R.O., Ludowise, H. A study of petrography and degradation of some basaltic aggregates. Nestucca River Area, Oregon. 12th Int. Annual Engineering Geology and Soils Engineering Symposium, Idaho, 1974.
Bartley, F.G. A review of aggregate research in New Zealand. Road Research Unit Bullentin No 50, 1980.
Bottomley, 3.3.; Raudkivi, AJ. Moisture movement in base courses by temperature gradients. BC/l7l. University of Auckland, Report 188, 1978.
Brandl, H. Ungebundene Schichten im Strassenbau. Bundesministerium für Bauten und Technik. Strassenforschung, Heft 67, 1977.
Breese, C.R. Degradation Characteristics of selected Nevada Mineral Aggregates. Engineering Report No 4. Department of Civil Engineering, Univ. of Nevada, 1966.
Cady, P.D., Blankenhorn, P.R., Kline D.E., Anderson, D.A Upgrading of
29
Cooperative Research Program, Report 207, 1979.
Cady, F.D. m fl Upgrading of poor or marginal aggregates for PCC and bituminous pavements. NITRR National Institute for Transport and Road Research. Basic crystalline rocks, Road Digest. No 32, 1981. Cechetini, J.A., Sherman, G.B. Expansive aggregate investigation. Transportation Laboratory, Opubl. Rapport, Sacramento, California, 1975.
Chevassu, G. Influence des characteristiques pétrographiques de
quel-ques roches sur leur résistance å l'attrition. Bull. Liaison Laboratoires Ponts et Chaussées, jul.aug, 1969.
Clauss, K.A. Probleme bei der Auswahl und Verwendung von Natur-steine in Südafrika. Natürliche und künstliche Zuschlagstoffe im Stras-senbau. Mitt. Lehrstuhls f. Strassenwesen. Erd- u. Tunnelbau. Rhei-nisch-Westfaälische Technische Hochschule Asschen, Heft 6, 1968. Cole, W.F., Sandy, MJ. A proposed secondary mineral rating for basalt
road aggregate durability. Australian Road Research, vol 10, nr 3, Sept.
1980.
Cole, W.F. The performance of Deer Park basalt in triaxial testing. Australian Road Research Board, Proc. Part 3, 1982.
Cole, W.F., Lamucki, C.F., Shayan, A. Verifying quarry potential. Australian Road Research Proceedings, vol 12, Part 2, 1984.
Collett, F.R., Warmick, C.C., Hoffman, D.S. Prevention of degradation
of basalt aggregates used in highway base construction. Highway
Research Board, Bullentin 3144, 1962.
Cortelezzi, C.R. m fl. Durability of basalts contaminated with expan-sive clays. 5th Int. Congress. Assoc. Engineering Geology, Buenos Aires,
30
Currie, D.T., York, KJ. Standard specifications for pavement materials of the country Roads Boars, Victoria, Australian Road Research, vol 6, No 3, 1976.
Dallaire, G. Utilization du Deval comme essai de contröle de qualité de certain granulats. Gouvernement de Quebec. Ministêre des Transports. Opubl. rapport 800#Ol.
Davidson, W.H. The influence of constitution on the engineering
proper-ties of crushed volcanic breccias. Australian Road Research,
Procee-dings vol 6, Part 5, 1972.
Di Millio, A. Status of shale embankment research. Public Roads, vol 41, nr 4,1977.
Day, H.L. A progress report on studies of degrading basalt aggregate bases. Highway Research Board Bullentin 344, 1962.
De Wet, C.F. Stabilization of decomposed dolerite. The Civil Engineer in South Africa, Nov. 1975.
Dunn, K.H. In-service degradation of base course aggregates. Highway Research Record 290, 1969.
Ekse, M., Morris, C.H. A test for production of plastic fines in the
process of degradation of mineral aggregates. ASTM Spec. Techn. Publ. No 277, 1959.
Erickson, L.F. Degradation of aggregates used in base courses and bituminous surfacings. Highway Research Board. Highway Research Correlation Service. Circular l4116, 1960.
Esch, P.E., McHattie, R. Prediction of roadway strength from soil properties. Int. Symp. on Bearing Capacity of Roads and Airfields. Trondheim, 1982.
31
2nd Int. Cong. Int. Assoc. Engineering Geology, Sao Paolo, 1974.
Fielding, B.Cl. The Washington Degradation Test - Mechanism and use.
Australian Road Research Board, Proc. vol 10, Part 3, 1980.
Fielding, BJ., Maccarrone, S. Accelerated soundness tests for altered
basalts. Australian Road Research Board, vol 11, Part 3, 1982.
Franklin, CLA., Chandra, R. The slake durability test. Int. Journ. Rock Mech. a. Min. Sci. vol 9, 1972.
Giurguis, H.K., Daoud, O.E.K., Haumain, S.K. Asphalt concrete
mix-tures with cement-coated aggregate. Transportation Research Record
843, 1982.
Hale, B.C., Lovell, C.W., Wood, L.E. Development of a laboratory
compction-degradation test for shales. Transportation Research Record
790,1981.
Hamary, G. The develpment of design methods for the stabilization of soils and soft rocks for use as pavement base course materials. Main Road Department, Western Australia, Report No MED 80/46, 1980. Haridon, R. Evaluation granulaire des fournitures au stockage. Légende ou realité? Bullentin des Liaison Laboratoires des Ponts et Chaussees.
No 91, Sept/Okt 1977.
Hartley, A. A review of the factors influencing the mechanical proper-ties of road surface aggregates. Quarterley Journal of Engineering Geology, vol 7, sid. 96-100, 1974.
Henrickson, L.G., Shumway, R.D. Analysis of questionaire on aggregate degradation. Highway Research Board, Highway Research Circular, No
144,1973.
Highway Research Board, Degradation of aggregates: 1911-1968,
32
Highway Research Board, Special Report 22, The WASHO Road Test. Hill, C.W. Suggested method for aggregate degradation. ASTM. Spec. Techn. Publ. 479, 1970.
Hoover, SLM., Kumar, S., Best, T.W. Degradation control of crushed stone base course aggregates during compaction. Highway Research Record, No 301, 1970.
Hosking, J.R., Tubey, L.W. Research om low-grade and unsound aggre-gates. Road Research Laboratory, Report LR 293, 1969.
Huddleston, 1.3., Vinson, T.S., Hicks, R.G. Cement stabilization of
degrading aggregates. Transportation Research Record 741, 1981.
Hudec, P.P. Aggregate tests - their relationship and significance.
Durability of Building Materials, vol 1 (1982/1983) s. 275-300.
Hveem, F.N., Smith, T.W. A durability test for aggregates. Highway Research Record 62, 1964.
Höbeda, P. Provning av svaga stenmaterial till vägars bär- och
förstärk-ningslager genom byggnadsprocesser och av trafik - en litteraturstudie.
Statens Väg- och Trafikinstitut. Internrapport 80, 1972.
Höbeda, P. Nedbrytningen av stenmaterialet i ostabiliserade bärlager genom byggnadsprocesser och trafik. VTI Internrapport 210, 1975.
Höbeda, P., Bünsow, L. Nedbrytningsbenägenhet av bärlagergrus, VTI Rapport no 140, 1977.
Höbeda, P., Bünsow, L., Runeborg, Å. Skiffermaterial i olje- och
bärlagergrus. Undersökning av Vägskador på Graddisvägen, resultat av provtagningar och laboratorieförsök. VTI Meddelande 126, 1978.
Höbeda, P., Bünsow, L., Viman, L. Försöksytor Fjugesta-Lanna 1974.
33
Meddelande 162, 1979.
Höbeda, P. Försöksväg Hällekis 1970. Undersökning av "leversten" som
överbyggnadsmaterial. VTI Meddelande 164, 1979.
Höbeda, P. Undersökning av nedbrytningen av grusmaterial från
Jämt-lands kambrosiluromrâde. VTI Meddelande 165, 1979.
Höbeda, P., Viman, L. Metoder för bestämning av finmaterialaktivitet i vägöverbyggnadsmaterial. VTI Meddelande 253, 1981.
Höbeda, P. Stabilisering och modifiering av svaga vägöverbyggnader
genom infräsning av bindemedel - val av bindemedel. VTI Notat V 41,
1987.
Ingoldy, H.C. Classification of chalk using an impact crushing test. Ground Engineering nr 5, 1977.
Johnson, Ch.W. Degradation of base course materials. 34th Annual
Highway Conference. Proc. Univ. of Colorado, 1961.
Jumasev, V.M., Efremenora, O.G., Kurdenkov, BJ. Noveau procede d'usure pour granulats (fransk sammanfattning): Travaux du Sojusdornü
l967,s.l70-l77.
Karlsson, B., Wichmann, C. Nedbrytning av bärlagergrus i laboratorie-kvarn. VTI Meddelande 440, 1985.
Khay, M. Evaluation granulaire des materiaux routiers aux compactage.
Bull. Int. Assoc. Eng. Geology, No 30, 1984.
Korfhage, G.R. Stabilization of poor quality aggregate. Minnesota Department of Highways. Engineering Standards Division. Office of
Materials. Investigation No 178, 1967.
Larson, LJ., Mathiowetz, R.P., Smith J.H. Modification of the standard Los Angeles Abrasion Test. Highway Research Record 353, 1971.
34
Lay. A source Book of Australian Roads, 1981.
Lees, G., Zakaria, M. Degradation - Unbound Aggregates. Highways and Transportation, July 1987.
Marshall, T.R. The Washington Degradation Test. A status Report.
Washington State Highway Commission Department of Highway. Mate-rials Division. Report No 103, 1967.
Melville, P.L. Weathering studies of some aggregates. Highway Re-search Board, Proceedings, vol 28, 1948.
Minor, C-E- Degradation of mineral aggregates. ASTM, Spec. Techn.
Publ. 277, 1960.
Minty, EJ., Pratt, D.N., Brett, AJ. Aggregate durability tests com-pared. Australian Road Research Board, Proceedings, vol 10, Part 3, 1980.
Nakkel, E. Erfahrungen mit ungebundenen und gebundenen
Trag-schichten - Auswertung neuer Forschungsergebnisse. Die Naturstein-Industrie nr 3 och 4, 1977.
Orr, C.M. Rapid weathering dolerites. The Civil Engineer in South
Africa, July 1979.
Peltier, R. Note sur l'essai Deval humide. Revue Routes et Aerodromes,
No 290, s. 70, 1956.
Rahn, G.A. Shale - its place in the construction of road bases. Highway Research Board, Proceedings, 1938.
Raymond, G.P., Roney, M.D. Stresses and deformations in railway track vol III. Canadian Institute of Grinded Ground Transport. Queens Univer-sity at Kingston, Ontatio, Report No 78-16 TP 1862, 1978.
35
Melbourne. Australian Road Research Board. Proceedings, vol 6, Part 5, 1972.
Rowe, G.H. A method for assessing degradation in New Zealand greywackes. New Zealand Roading Symposium, 1979.
Sameshima, T., Black, P.M., Heming, R.F. Hydrochemical degradation of greywacke aggregate. Australian Road Research Board, Proceedings, vol 9, Part 4, 1978.
Sandford, T.C., Adams, C.K., Khaemba, D.R. Particle breakdown in pavement layers during compaction. 7th Regional Conference for Africa on Soils and Foundation Engineering, Accra, 1980.
Scott, L.E. Secondary minerals as a cause of pavement and base failures. Highway Research Board. Proc. vol 34, 1955.
Shergold, F.A., Hoskings, SLR. Investigation of test procedures for
argilleous and gritty rocks in relation to breakdown under traffic. Roads and Road Construction 41, 492), 1963.
Shergold, F.A., Hosking, J.R. Investigation of test procedures for argilleous and gritty rocks in relation to breakdown under traffic. Roads and Road Construction, Dec. 1963.
Smith, D.D. Secondary mineral alteration of aggregate base and
sub-base. State of California. Division of Highways. Materials and Research Department, Research Report No MöcR. 632425, 1967.
Smith, R.B. A laboratory and field study on mechanical breakdown of gravel during construction. Australian Road Research Board Procee-dings, vol 10, Part 3, 1980.
Smith, R.S. Assessment of crushed rock road base quality by sample pretreatment and wet/dry strength variation. Australian Road Research Board, vol 14, nr 4, 1984.
36
Smith, R.B. Assessment of crushed rock road base quality by sample pretreatment and wet/dry strength variation. Australian Road Research Board, 14 nr 4, Dec. 1984.
Spies, R.E., Rule, B.R. Durability testing of roadmaking materials. Australian Road Research Board. Research Report No 98, 1978.
Struilleau, R. Etude par vibrobroyage de l'aptitude des craies au compactage. La craie, Bull. Liason des Laboratoires Routes et Aero-dromes, Special V, 1973.
Texas Highway Department. Ball mill method for determination of the disintegration of flexible base material. Test Method Tex-l l6-E.
TP Min-STP. Technische Prüfvorschriften im Strassenbau. Teil 5.4.2. Prallprüfung an Sand in der Kugelmühle, 1982.
Uusinoka, R., Nieminen, P. Mercury prorsimetry in predicting the
quality of rock aggregate in road base. 5th Int. Congr. Int. Assoc.
Engineering Geology. Buenos Aires, 1986.
Waugh, W.R. Effect of grinding in the large mixes on aggregate grading at Hiwasse dam. Journ. Amer. Concrete Institute, vol 14, No 1, 1942. Way, 5.3., Cole, W.F. Physical properties of basalt aggregates. l. Surface areas. Astralian Road Research, vol 9, No 2, 1979.
Way, SJ., Shayan, A. Aspect of an etylene glykol absorption soundness test for basalts. Australian Road Research vol 16, Sept. 1986.
West, T.R., Johnson, R.B., Smith, N.M. Tests for evaluating degradation
of base course aggregates. National Cooperative Highway Research, Program Report 98, 1970.
Wichmann, C. Svagt grusmaterial till bärlager. Resultat av undersök-ningar. VTI Meddelande 369, 1983.
37
Wichmann, C., Karlsson, B. Nedbrytning av bärlagergrus - resultat av fält- och laboratorieförsök. VTI Meddelande 490, 1986.
Vinson, T.S., Pintner, R.M., Johnson, E.G. Determination of fines
produced during crushing, handling and placement of aggregates
employed in roadway construction. State of Alaska Department of
Transportation and Public Facilities. Report No. FHWA-AK-RD-87-12,
1986.
Wylde, LJ. Degradation of road aggregates. Australian Road Research 4, No 5, 1970.
Wylde, LJ. Analysis of a questionnaire on the service performance of crushed rock and aggregate. Australian Road Research Board. Proc.
vol 8, 1976.
Wylde, LJ. Texture changes in crushed basalt road base, Quart. Journ. Eng. Geology, vol 15, 1982, s. 155-173.
