Mineral•Ballast•Sten Område 4 Rapport nr 4.5:a
MinBaS II Område 4 Applikationsutveckling - stenindustrin
Delområde 4.5
Projekt 4.5.a
Slutrapport
Naturstens tekniska egenskapers betydelse för olika
användningsområden
Björn Schouenborg, CBI Betonginstitutet
SIS TK 508 natursten, dvs den svenska tekniska kommittén för standardisering av natursten. Arbetet är en del i MinBaS II programmet. Syftet med arbetet är att beskriva de officiella krav som ställs på natursten i existerande svensk‐ europeiska standarder, beskriva vilka tekniska egenskaper som skall verifieras genom provning och berätta om de tillhörande provningsmetoder som används. Information om vad ett provningsresultat betyder redovisas också. I ett antal fall har brister i standarderna kunnat identifieras. Det kan t ex vara brister i form av egenskaper som inte provas eftersom standardiserad metod. Sådana brister har påtalats och förslag ges till förbättring Provningsarbetet har huvudsakligen utgått ifrån standardisering av markbeläggningssten. Det är därför huvudsakligen svenska och kinesiska graniter som har provats. Slutsatserna och rekommen‐ dationerna omfattar i flera fall även andra produkter och stensorter. Förutom provningar som gjorts för att bättre kunna ge vägledning om val av relevanta egenskaper, redovisas dessutom alla provningar som genomförts till det uppdaterade Stenkartoteket. Följande områden har på förekommen anledning (mestadels genom skadeutredningar) behandlats mer i detalj: 1. Sammansättning och mikrostruktur 2. Hållfasthet och dimensionering 3. Frostbeständighet 4. Missfärgningspotential (inneboende komponenter som t ex kan rosta) 5. Fläckkänslighet (externa fläckar, t ex kaffe, kolsyrad läsk och olja) Bland annat redovisas vad man kan och bör använda en utökad petrografisk analys till, t ex hur olika mikrostrukturer kan kvantifieras och användas för att definiera krav på sten. Grunden för dimensionering av flera konstruktionsdelar bygger på materialens hållfasthet. Provningarnas relevans beskrivs och förslag till förbättringar ges. Existerande metod för bedömning av en stensorts frostbeständighet tar inte hänsyn till om produkten utsätts för tösalter, salta vindar eller regn. Ett förslag till ny europeisk standard för provning av kombinationen salt och frost är framtagen. På senare år har allt fler stenprodukter missfärgats, ofta graniter. Orsaken till detta är inte helt klarlagd men projektets provningar och ett examensarbete gör att vi kommit mycket längre i möjligheten att undvika dessa problem. En nordisk metod för att bedöma stensorters känslighet för att fläckas ned av vanliga livsmedel och hushållskemikalier har tagits fram och anpassats för Europa. Denna metod är inte minst viktig för kommande produktstandard för bänkskivor.
508 Natural stones, the Swedish mirror group to CEN TC 178/WG 2 Paving products/Natural stones and 246 Natural stones. It forms part of the MinBaS II programme. The purpose has been to describe existing requirements i the European standards and national regulations, describe the technical properties that shall be verified by testing and to describe the test methods. Information about what a test result actually means is also given. In a number of cases, deficiencies have been possible to identify. It can be deficiencies such as the properties that can’t be tested because of lacking standards and it can also be direct errors in existing standards. Such deficiencies have been identified and improvements suggested. The tests are primarily based on the needs identified during the standardisation process of paving units in TC 178. It is therefore essentially Swedish and Chinese granites that have been tested. However, many of the conclusions and recommendations cover also other products and stone types. Besides testing to be able to give better guidance, all test results for the new Stone Database (Stenkartoteket) are included. Owing to certain circumstances (mostly findings in damage investigations), the following areas have been studied in more detail: 1. Composition and micro‐structure 2. Strength and dimensioning 3. Frost resistance 4. Discolouration potential (intrinsic components, e.g rust prone) 5. Staining sensitivity (external stains like, coffee, soft drinks and oil) The potential use of the petrographic analysis is described, e.g. how micro‐structures can be quantified and used to e.g. define requirements on stone products. The basis for dimensioning of stone products is often the material strength. The relevance of existing tests is described and improvements suggested. The existing standard for frost susceptibility does not take into account the possibility for exposure of salt by e.g. de‐icing salts, salty winds and sea spray. A proposal for a new European test method for the combined effect of frost and salt is presented. We have, in recent years, seen more and more stone products that have experienced discolouration. The reason for the discolouration is not entirely elucidated. However, this project, in combination with a master thesis study, has given a much better basis for giving recommendations for how to avoid the problem. A Nordic test method to assess the potential risk of staining by every day provisions and household chemicals has been prepared and adapted for European purposes. It will be an important test for the new standard on Kitchen and vanity tops.
Innehållsförteckning
Sammanfattning 3 Summary 4 Förord 7 1 Introduktion 8 2 Metodik 10 2.1 Användningsområden 10 2.2 Egenskaper 11 2.2.1 Sammansättning och mikrostruktur 11 2.2.2 Hållfasthet och dimensionering 11 2.2.3 Frostbeständighet 12 2.2.4 Missfärgning 12 2.2.5 Fläckkänslighet 12 3 Provmaterial 13 3.1 Stensorter 13 3.2 Stenbrott och mineralogi 15 4 Provningsmetoder 19 4.1 Petrografisk analys (SS‐EN 12407) 19 4.2 Böjhållfasthet (SS‐EN 12372 och SS‐EN 13161) 22 4.3 Utspjälkningshållfasthet (SS‐ EN 13364) 23 4.4 Slaghållfasthet (SS‐ EN 14158) 24 4.5 Tryckhållfasthet (SS‐EN 1926) 25 4.6 Frostbeständighet 26 4.7 Vattenabsorption (SS‐EN 13755) 26 4.9 Densitet (SS‐EN 1936) 27 4.9 Missfärgning (FprEN 16140) 27 4.10 Fläckkänslighet 284.11 Nötningsmotstånd (SS‐EN 14157) 30 4.12 Halkmotstånd (SS‐ EN 14231) 32 4.13 Övriga egenskaper 34 5 Vad betyder egenskaperna 35 5.1 Högt eller lågt 35 5.2 Vanligt intervall för olika stentyper 36 5.3 Stenkartoteket 36 6 Resultat och diskussion 40 6.1 Sammansättning, mikrostruktur relativt mekaniska egenskaper. 40 6.2 Provning av hållfasthet och dimensionering 43 6.2.1 Provning med tre‐ och fyrpunktsbelastning 44 6.2.2 Provning av våta och torra provkroppar 45 6.2.3 Storlek hos provkropparna och dimensionering av produkten 46 6.2.4 Utmattningsprovning – släta och krysshamrade ytor 48 6.2.5 Dimensionering av fasadstenselement 49 6.2.6 Dimensionering av marksten 50 6.3 Frostbeständighet 52 6.4 Missfärgning 54 6.5 Fläckkänslighet 56 7 Konklusioner 58 8 Referenser 60 9 Resultatsammanställning och ‐spridning 63
Bilagor
1. Teknisk dokumentation enligt standarderFörord
Projektet redovisar samarbetet mellan CBI Betonginstitutet, ett antal medlemmar i Stenindustriförbundet och upphandlare och fokuserar på naturstens tekniska egenskaper i förhållande till deras funktion i användning. Nära kopplat till detta projekt är den nationella standardiseringen av natursten i den svenska kommittén SIS TK 508 och den internationella i CEN TC 246 Natural stones, samt TC 178/WG 2 Paving units/Natural stones. Projektets upplägg och framsteg har diskuterats i samband med möten i dessa arbetsgrupper och tekniska kommittéer samt i direkt kontakt med bidragande personer (se nedan). Jag vill passa på att tacka samtliga deltagare för alla bidrag! Projektet är samfinansierat av MinBaS II, CBI samt stenindustriföretagen.Deltagare:
Björn Schouenborg, CBI (projektledare)
Magnus Döse,
CBI (handläggning samt laboratorieprovning)
Urban Åkesson
CBI (mikroskopisk analys)
Stefan Söderström,
CBI (laboratorieprovning)
Agne Nilsson
f d Bohusläns kooperative Stenindustri (referensgrupp och lev av
prover)
Kjell Jönsson
Naturstenskompaniet AB (referensgrupp och lev av prover)
Jan Gunnarsson
Emmaboda granit AB (referensgrupp och lev av prover)
Sture Arvidsson
Arctic Kvartsit AB (referensgrupp och lev av prover)
Jörgen Lundgren
Hallindens granit AB (referensgrupp och lev av prover)
Arne Ek
f d Malmö kommun Gatukontoret (referensgrupp och lev av prover)
Bent Grelk
Ramboll (referensgrupp och lev av prover)
Kurt Johansson
Ordf. i SSF (referensgrupp)
Christer Kjellén
Stenutveckling AB (referensgrupp)
Jan Anders Brundin
Jananders Consulting AB (referensgrupp)
Tulsa Jansson
Nordskiffer AB (referensgrupp)
Christer Rosenblad
Stockholms Stad, Trafikkontoret (referensgrupp)
Anna Kanschat
Malmö kommun Gatukontoret (referensgrupp)
Ingvar Mersin
Eskilstuna kommun (referensgrupp)
Klas Thorén
Göteborg kommun Trafikkontoret (referensgrupp)
Björn Schouenborg
Borås 14 april 2011
Naturstens tekniska egenskapers betydelse för olika
användningsområden
1 Introduktion
Handeln med natursten i Europa regleras till större delen av gemensamma standarder, s k europa‐ standarder, EN. I Sverige har vi lagt till prefixet SS, dvs SS‐EN. Det finns produktstandarder som anger vilka egenskaper som är obligatoriska att deklarera för ett antal olika användningsområden. Det finns dessutom standardiserade provningsmetoder som beskriver hur dessa egenskaper skall verifieras. Slutligen finns det standarder för termer och benämningar. Bilaga 1 redovisar de flesta produkt‐ standarder och de egenskaper som skall respektive kan/bör provas. Bilagan ger även en detaljerad översikt över samtliga provnings‐ och produktstandarder för natursten. Här redovisas även vilka krav som finns i varje produktstandard. Det är viktigt att skilja på en traditionell geologisk karakterisering av en bergart och en mer byggnadstekniks beskrivning. Den geologiska karakteriseringen omfattar bland annat saker som ålder, bildningsmiljö och olika former av omvandling. Sådana beskrivningar är inte alltid intressanta ur ett bygg‐ eller anläggningstekniskt perspektiv. De kan däremot ofta hjälpa till att förklara varför en stensort uppför sig, t ex åldras, på ett visst sätt i en viss användning och miljö. Andra skillnader avser terminologin. Det geologen betecknar som bergart, kallas ofta stentyp inom naturstensindustrin. Granit är ett sådant exempel på stentyp och bergart. Evjagraniten är däremot en stensort med naturstensterminologi medan det är en Bohusgranit för en geolog. Bildningsmiljön är intressant för en byggnadstekniker endast då den kopplas samman med stentypen och därmed sammansättningen. Är det en huvudsaklig silikatbaserad mineralsammansättning som t ex i granit och därmed en stentyp som är beständig mot syror eller är det en kalkbaserad stentyp där man måste vara försiktig med t ex rengöringsmedel på golv. Systemet med standarder är inte heltäckande och flera av egenskaperna är inte obligatoriska att prova. Syftet med detta projekt har därför varit att bringa klarhet i vad som krävs och vad som rekommenderas och vilka egenskaper/provningar svenska leverantörer och upphandlare helt enkelt inte behöver bry sig om. Dessutom resonerar vi kring vilka nivåer hos tekniska egenskaper som är kännetecknet på lämpliga stensorter för olika ändamål. I samband med flera nationella och internationella forskningsprojekt samt skadeutredningar har vi även identifierat ett antal brister i regelverken. I detta fall, att det saknas standardiserade provningsmetoder för viktiga egenskaper. I en del fall har det funnits provningsmetoder som inte har europeisk status och i andra fall endast provningsinstruktioner framtagna av bl a tidigare sektionen för Byggnadsmaterial på SP (ingår numer i CBI, Material). I MinBaS II har vi därför även arbetat för att ta fram underlag till standardiserade provningsmetoder, främst för de egenskaper som är av betydelse för Sverige. Resultaten har därefter använts nationellt och redovisats på relevanta möten inom TC 246 [1] och 178 [2] samt i flera fall legat till grund för svenska remissvar från SIS TK 508 Natursten [3].Det är huvudsakligen följande produkter och egenskaper som studerats: • Kantsten – Frostbeständighet, Böjhållfasthet, Slaghållfasthet, Missfärgning • Hällar ‐ Frostbeständighet, Böjhållfasthet, Slaghållfasthet, Missfärgning • Gatsten ‐ Frostbeständighet, Tryckhållfasthet, Slaghållfasthet, Missfärgning • Golvplattor och trappor – Böjhållfasthet, Fläcktålighet, Missfärgning • Fasadstensplattor – Frostbeständighet, Form‐ och styrkebeständighet hos marmor, Böjhållfasthet, Missfärgning. Det senare även för andra stensorter. Det skall även tilläggas att fokus i detta projekt huvudsakligen har legat på magmatiska bergarter, såsom granit och diabas även om flera av slutsatserna och rekommendationerna även gäller andra bergarter.
2 Metodik
2.1 Användningsområden
Arbetet delades upp i ett antal delprojekt med fokus kring följande egenskaper beroende på användningsområde/produktområde: 1. Sammansättning och mikrostruktur 2. Hållfasthet och dimensionering 3. Frostbeständighet 4. Missfärgningspotential (inneboende komponenter som t ex kan rosta) 5. Fläckkänslighet (externa fläckar, t ex kaffe, kolsyrad läsk och olja) Vidare beskrivs ett antal övriga väsentliga egenskaper och deras provningsmetoder. Produktområden I första omgången har följande två områden prioriterats: 1. SS‐EN 1343 Kantsten [4] 2. SS‐EN 1341 Hällar/Markbeläggningsplattor [5] Notera att korrekt/fullständig titel inte är använd. Dessa redovisas i bilaga 1. MinBaS II delprojekt 4.5a har här samverkat med examensarbetare från både Geovetarcentrum (GVC) vid Göteborgs universitet samt SLU i Alnarp [6 och 7]. Projektet i sin helhet är relevant för samtliga användningsområden där det finns harmoniserade europastandarder för natursten och ett nytt område. Dvs även följande standarder omfattas/påverkas på ett eller annat sätt av projektet: 3. SS‐EN 1342 Gatsten [8] 4. SS‐EN 1469 Fasadstensplattor [9] 5. SS‐EN 12058 Golv och trappor [10] 6. SS‐EN 12057 Formatsågade plattor (äldre titel: Modulplattor ) [11] 7. SS‐EN 12326‐1 Skiffer för överlappande läggning på tak och fasad [12] 8. SS‐EN 771‐6 Murverk [13] 9. WI 00246078* Bänkskivor till kök, badrum mm [14] *WI är ett s k work item. När TC 246 fattat beslut om att inleda arbete med en ny standard tilldelas den ett arbetsnummer.2.2 Egenskaper
Inom varje användningsområde finns ett antal egenskaper hos stenen som skall verifieras enligt standardiserade metoder. Eftersom samtliga länder inom EU får delta i och rösta avseende standardernas utformning är det inte alltid state‐of‐the‐art som återspeglas i standarderna utan oftast något av en kompromisslösning. Där brister identifierats så har detta utgjort grunden för de kompletterande undersökningar som sammanställs i denna rapport. Nedan redogörs för de egenskaper som vi prioriterat i projektet. Urvalet baseras på diskussioner inom TK 508 Natursten (svenska tekniska kommittén för natursten), NICe‐projekt nr 06151 [15] och diskussioner i SFIs referensgrupp inom MinBaS II.2.2.1 Sammansättning och mikrostruktur
Vilken bergart en stensort består av bestäms med hjälp av en petrografisk analys. Olika bergarter består av olika mineral och i olika mängd. En kvantitativ petrografisk analys resulterar bland annat i att man vet vilka mineral som finns och hur mkt av varje. Därefter kan man sätta ett korrekt geologiskt namn på stensorten. Det finns emellertid oerhört mkt mer information att få ut av en petrografisk analys och många av parametrarna är direkt relaterade till en eller flera andra egenskaper såsom hållfasthet, risk för missfärgning, vittringsbenägenhet, nötningsmotstånd, vattenabsorption osv. I projektet har vi undersökt möjligheten att identifiera och kvantifiera kritiska egenskaper som kan knytas till några av de ovan nämnda tekniska egenskaperna.2.2.2 Hållfasthet och dimensionering
En rad olika egenskaper påverkar ett stenmaterials hållfasthet som materialegenskap. Provning av hållfasthet på laboratorium påverkas i sin tur av ett antal andra parametrar vilket gör det ganska komplicerat att bestämma relevant hållfasthet hos en produkt och i synnerhet hos en produkt i den färdiga konstruktionen. Denna del har fokuserat på provkropparnas dimension kontra produkternas dimension, olika provningsmetoder för att bestämma böjhållfasthet och hur man kan knyta stenens mikrostruktur till dess funktionsegenskaper. Delmomenten listas nedan. 1. Utvärdering av de båda standarderna för böjhållfasthet (SS‐EN 12372 [16] samt SS‐EN 13161 [17] ) samt utvärdering av provning av böjhållfasthet på laboratorieprovkroppar av olika dimension kontra fullskaleprov 2. Bättre underlag för att indirekt bestämma eller bedöma naturstens sprödhet genom kvantitativ mikrosprickanalys 3. Inledande arbete med koppla mikrosprickanalysen (ovan) till provning av Los Angelestal [18] 4. Dimensioneringssystem för fasadstensplattor, utmattningsprovning och utvärdering av olika ytbearbetningars inverkan på hållfastheten hos sten 5. ”Case study” av möjligheten att ta fram bättre underlag för modellering av hållfasthet hos den färdiga produkten (fullskaleplatta på mark). Ett examensarbete summeras och diskuteras tillsammans med de kompletterande undersökningarna inom ramen för MinBaS II.2.2.3 Frostbeständighet
Den aktuella europastandarden för att bestämma frostbeständighet SS‐EN 12371 [19] har reviderats för första gången. Provningen innebär idag en ganska snäll exponering av sten för frys‐töcykler mellan ca 20 °och ‐12,5 C °efter att provkropparna har fått absorbera vatten under en given tid. Detta är inte en metod som motsvarar det tuffa klimat som olika stenprodukter utsätts för i många områden i Norden. Antal cykler har ökats från 48 till 56. För t ex fasadstensplattor krävs dock inte fler än 14 cykler för CE‐märkning. Att endast prova 14 cykler anses inte relevant med tanke på det antal kritiska frostcykler som en stenprodukt utsätts för under hela sin livscykel. Trots påtryckningar, har nordiska delegater i standardiseringen inte fått gehör för att utöka standarden med en alternativ metod för frost‐saltbeständighet. Däremot har vi fått accept för att ta fram en separat metod för frost‐saltbeständighet. Detta sker under ledning av CBI i samarbete med finska och danska kollegor medan norska kollegor huvudsakligen fokuserat på frostbeständighet hos takskiffer. I dagsläget är det viktigt att påpeka att den befintliga standarden ger möjlighet för alternativa provningsprocedurer i respektive land där sådana regler finns. I Tyskland har man t ex infört en kortare tid för vattenmättnad (2 h) innan frostprovning av fasadstensplattor då sådana produkter sällan blir vattenmättade. Den standardiserade tiden är ca 48 timmar. Det bör tilläggas att inte heller efter 48 timmar är provkropparna vattenmättade. Ett antal stensorter är nu provade i Finland, Danmark och Sverige men en del arbete återstår sannolikt innan metodförslaget är klart för formell omröstning. Bland annat kräver Frankrike att flera av deras kalkstenar först skall provas enligt den föreslagna frost‐saltmetoden innan de kan/vill ta ställningen till den.2.2.4 Missfärgning
Missfärgning är något som observerats allt oftare hos importerade stenprodukter och därför identifierats som ett problemområde där gällande standarder inte säkerställer att lämplig sten kan väljas. Vissa graniter med till synes vanlig mineralsammansättning uppvisar rostning efter kort tid utomhus. Andra gulfärgas inomhus på golv. Vissa marmorsorter får en svag brunfärgad slöja som kan växa sig kraftigare med åren, osv. Olika stensorter har visat sig behöva olika tester för att kunna bedömas på ett relevant sätt.2.2.5 Fläckkänslighet
Nordtestprojekt 04029 resulterade i en gemensam nordisk metod (NT BUILD 514 [20]) för att bedöma stensorters känslighet mot olika standardfläckar som de sannolikt kommer att utsättas för i olika miljöer, så som kök, bardisk, toalett, lasarett osv. Missfärgning på grund av att olika livsmedel mm, mer eller mindre tillfälligt spills på en stenyta provas. Även effektivitet hos ett ytskydd kan provas. I dagsläget provas ej skyddets beständighet. Metoden har lanserats som förslag till Europeisk standard och har därför behövt omarbetas för att passa detta format.3 Provmaterial
3.1 Stensorter
Olika bergarter har olika egenskaper beroende på deras geologiska historia, dvs hur och var de bildas samt efterföljande händelser. Denna avspeglas bl a i mineralogi och mikrostruktur. Vissa bergarter kan sägas vara besläktade med varandra och uppvisar likartade egenskaper. När man försöker korrelera t ex mikrostruktur till en funktionsegenskap är det viktigt att begränsa sig till en grupp bergarter med likartade egenskaper eftersom samma typ av mikrostruktur kan ha olika betydelse för funktionsegenskaperna beroende på vilken bergart det handlar om. Vi har, av flera skäl, valt att begräsa detta projekt till graniter, väl medvetna om att t ex diabas, marmor, kalksten, skiffer och sandsten också används frekvent som natursten i Sverige. Granit är dock den vanligast använda naturstenen i Sverige. Den har tidigare varit synonym med kvalitet och beständighet, men på grund av import av undermåliga granitkvaliteter är så inte längre fallet och vi måste veta vad som skiljer en bra granit från en ”dålig”. Granit är vanligen det material som uppvisar minst spridning i egenskaper och är därför tacksamt att arbeta med när man försöker finna korrelationen mellan egenskaper i mikro‐ och makroskala. Vidare är det idag flera stensorter som felaktigt kallas graniter. Några väsentliga skillnader belyses i denna rapport. Huvudsakligen följande provmaterial har använts för de olika delprojekten: 1. Bjärlöv 2. Bårarp (granitisk gnejs) 3. Flivik 4. Skarstad 5. Ävja/Evja 6. Tossene Förutom dessa stensorter har även resultat från uppdragsprovning använts. Detaljerna kring dessa är dock konfidentiella, av vilken anledning en del information kring stensort och handelsnamn måst utelämnas. Beträffande kinesiska graniter visar det sig att samma G‐nummer används av flera olika stenleverantörer för samma ”stensort” men inte alltid från samma stenbrott. Av denna anledning kan vi använda informationen utan att göra intrång på sekretesskravet. 7. G341 8. G350 9. G354 10. G614 Nedan visas respektive stensort, de flesta med slipad eller polerad yta (figur 3.1 – 3.10). För mer information om de svenska stensorternas egenskaper hänvisas till den nyligen framtagna Stenhandboken och provningsresultat angivna i Stenkartoteket [www.sten.se].3.1. Bjärlöv (slipad), Granit, Sverige 3.2. Bårarp (polerad), Gnejs, Sverige 3.3. Flivik (polerad), Granit, Sverige 3.4. Skarstad (polerad), Granit, Sverige 3.5. Ävja (slipad), Granit, Sverige 3.6. Tossene (polerad), Granit, Sverige 3.7. G 341 (slipad), Grå Granit, Kina 3.8. G 350 (krysshamrad), Gul granit, Kina 3.9. G 354 (slipad), Granit, Kina 3.10. G 614 (krysshamrad resp. sågad), Granit, Kina
3.2 Stenbrott och mineralogi
Nedan ges en kort beskrivning av de olika stensorternas huvudmineralogi och var stenbrotten är belägna (figur 3.11). Sverige har anfört att krav på geo‐koordinater skall in i nya produktstandarderna (tabell 3.1). För omvandling till andra koordinatsystem kan man t ex använda följande länk: http://translate.google.se/translate?hl=sv&langpair=en%7Csv&u=http://boulter.com/gps/ Tabell 3.1. De sex svenska graniterna som ingått i undersökningen och deras geokoordinater.Nr Stensort
Koordinater (WGS 84)
1 Bjärlöv N 56o07’57" / E 14o06’31" 2 Bårarp (granitisk gnejs) N 56o48’22" / E 12o41’28" 3 Flivik N 57o32’31" / E 16o34’05" 4 Skarstad N 58° 28´36" / E 11°30´23" 5 Ävja/Evja N 58o29’30" / E 11o25’56" 6 Tossene N 58o27´34" / E 11o22´32" Figur 3.11. Google Earth karta med de svenska graniternas lokalisering markerad.1. Bjärlöv, Skåne
Strax norr om Kristianstad bryts graniten kallad Bjärlöv en ljust gråröd, fint medelkornig granit med svag foliation.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 38
Kvarts (Quartz) % 28 Plagioklas (Plagioclase) % 27 Biotit (Biotite) % 5 2. Bårarp, Hallands län Mellan Falkenberg och Halmstad bryts Hallandia eller Bårarp. Det är en migmatitisk, granitoid röd gnejs med varierande kornstorlek. Kvarts (Quartz) % 41 20
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 26 25
Plagioklas (Plagioclase) % 22 40 Amfibol (Amphibole) % 8 9 Biotit % - 4 3. Flivik, Kalmar län Lite norr om Oskarshamn i Kalmar länd bryts Flivik, en medel‐ till grovkornig, mörkröd granit.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 33
Kvarts (Quartz) % 31 Plagioklas (Plagioclase) % 30 Biotit (Biotite) % 4 4. Skarstad, Västra Götalands län NNV Uddevalla bryts Skarstad, en röd‐tegelröd, medelkornig granit. Kvarts (Quartz) % 31
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 31
Plagioklas (Plagioclase) % 31 Biotit (Biotite) % 3 5. Ävja, Västra Götalands län NNV Uddevalla bryts Ävjagraniten, en mestadels ljust grå, medelkornig granit men även rödare varianter finns. Plagioklas (Plagioclase) % 33 Kvarts (Quartz) % 33
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 29
Biotit (Biotite) % 4
6. Tossene, Västra Götalands län
NNV Uddevalla bryts Tossenegraniten. En fint medelkornig, grå granit.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 39
Plagioklas (Plagioclase) % 29 Kvarts (Quartz) % 23 Biotit (Biotite) % 7 Som tidigare nämnts används de kinesiska stenbeteckningarna för liknande stensorter som ibland kommer från olika täkter i samma område (figur 3.12). Dessa områden kan dock vara mkt stora och skillnaderna i tekniska egenskaper och mineralsammansättning är därför många gånger olika för samma G‐nummer. Av denna anledning redovisas nedan, i flera fall, olika sammansättning för huvudmineralen. Figur 3.12. Översiktskarta över Kina med områden för de provade stensorterna. Endast ungefärlig plats är markerad. 7 är Yantaihalvön i Shandongprovinsen. 8 är ursprunget till Leizhou och 10 kommer från Fujianprovinsen. 7. G 341, Yantaihalvön, Shandongprovinsen, Kina G 341 kommer från Yantai, en halvö i nordöstra Kina. Graniten är ljusgrå och huvudsakligen medelkornig men karakteriseras av flera, mer än cm‐stora rosa fältspater och enstaka mörkgrå inneslutningar av sidoberg, s k xenoliter. Tre olika G341 redovisas i tabellen nedan.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 23 11 22
Plagioklas (Plagioclase) % 38 41 49
Kvarts (Quartz) % 31 39 18
8. G 350, Leizhou, sydligaste Kina
G 350, graniten från Leizhou, är massformig, medelkornig (0,5 – 2 mm) med en gul till gulvit färg. Huvudmineral är kvarts, plagioklas och kaliumfältspat. Graniten är delvis vittrad, varav den gula färgen och har omfattande mikrosprickor. Tabellen nedan visar sammansättningen hos två olika graniter betecknade med G 350. Två olika G 350 redovisas i tabellen nedan.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 30 27
Plagioklas (Plagioclase) % 39 28 Kvarts (Quartz) % 28 41 Biotit (Biotite) % 3 2 9. G 354, Shandongprovinsen (ospec.), Kina G 354 är en fint medelkornig granit som till utseendet påminner om Bjärlöv men är ngt rödare och mer massformig.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 30
Plagioklas (Plagioclase) % 36 Kvarts (Quartz) % 29 Biotit (Biotite) % 2 10. G 614, Fujianprovinsen, Kina G 614 bryts i östra Kina och är en grå, fin till medelkornig (0,1‐2 mm) massformig ovittrad granit. Två olika G 614 redovisas i tabellen nedan.
Kalifältspat (Potassium feldspar) % 19 2
Plagioklas (Plagioclase) % 35 49 Kvarts (Quartz) % 32 40 Biotit (Biotite) % 10 9
4 Provningsmetoder
Nedan följer en beskrivning av de vanligast använda standardiserade provningsmetoder samt även sådana som tagits fram inom ramen av detta och andra FoU‐projekt. Några av dem är föreslagna som framtida europeiska standarder. Se även tidigare MinBaS‐rapport [21] för mer information om metoderna. Denna rapport beskriver mer i detalj de egenskaper och metoder vi studerat närmare i MinBaS II. Informationen om övriga är en uppdatering av densamma som i den tidigare rapporten och medtagen här för att göra hela bilden komplett.4.1 Petrografisk analys (SSEN 12407)
Den petrografiska analysen är den i särklass viktigaste provningen som kan göras på stenmaterial. En komplett petrografisk analys utförd av en kunnig berggrundsgeolog med erfarenhet av branschen och produkternas användning kan många gånger användas för att säga om en stensort är lämplig eller inte för avsedd användning. Man gör en visuell/okulär granskning av stenmaterialet för att få en första indikation på vad det är för en bergart, om den är vittrad eller frisk samt mineralkornstorlek. Denna inledande granskning visar också hur homogent provmaterialet är. Därefter väljs en eller flera representativa delar ut för tillverkning av mikroskopipreparat. Dessa är ca 30 x 40 mm stora och endast 25 μm tunna för att kunna genomlysas i en speciell sorts mikroskop som kallas polarisationsmikroskop (figur 4.1). Ofta används fluorescerande färg, tillsatt den epoxi man impregnerar stenen med. Då kan man tydligare se porösa partier som t ex vittring och sprickor och även kvantifiera dem. Figur 4.1. Polarisationsmikroskop med 25 μm tunt preparat som genomlyses (se pilen) i. Till höger ses resultatet av olika filtreringsteknik, bl a fluorescens som avslöjar mikrosprickor.Vid den mikroskopiska analysen kan man kvantifiera mineralinnehållet och bestämma bergarten. Det gör man genom s k punkträkning. Ett virtuellt rutnät läggs upp över tunnslipen och man stegar sig fram över slipet och bestämmer vilket mineral man ser i skärningspunkt i nätet. Beroende på mineralkornens storlek räknar man mellan ca 500 och 1000 punkter i varje slip. Vidare, kan man se om mineralkornen är friska och även om det förekommer mikrosprickor och mineral som t ex kan ge missfärgning av stenen. Många andra egenskaper kan också detekteras vid denna analys. På SP har Åkesson et al. [21] visat på mycket god korrelation mellan kvantifierad mikrostruktur och en mekanisk egenskap kallad Los Angelestalet (SS‐EN 1097‐2 och figur 4.2). LA‐talet är obligatorisk provning av vägballast (figur 4.3) och visar hur ballast motstår nedkrossning, dvs en form av sprödhet. I samma doktorandprojekt har man i TEAM‐projektet [22] kunnat visa på en mycket tydlig korrelation mellan mikrostrukturen i kalcitmarmor (figur 4.4) och tendensen till buktning, expansion och ovanligt snabb styrkereduktion hos vissa fasadstensplattor. Figur 4.2. SEM‐bild av två graniter med ungefär samma mineralsammansättning men helt olika LA‐ tal. Den till vänster med komplexa korngränser har betydligt bättre hållfasthet än den högra med raka korngränser. Figur 4.3. Los Angelestrumma med 11 stålkulor för provning av krossmotstånd hos ballast. Korrelation mellan mikrostruktur och LA‐tal till höger.
Figur 4.4. Mikroskopibilder av två olika marmorsorter från Carrara. Den till vänster med raka korngränser är olämplig för användning på fasader medan den till höger med mer komplexa korngränser är beständig utomhus. Den petrografiska analysen görs inte alltid enbart okulärt eller mha polarisationsmikroskop. Ibland krävs att man går ett steg till och använder t ex svepelektronmikroskop (SEM) med röntgenutrustning inkopplad för att se skillnader i sammansättning hos olika mineral. Många mineral är egentligen en blandning av olika element. Även om vi ger dem ett namn så kan de alltså ha olika sammansättning och egenskaper. Detta gäller flera av de vanligaste mineralen som t ex biotit (mörkt glimmer) och fältspat. Det senare delar vi vanligen upp i kalifältspat och plagioklas, men även dessa består av blandningsserier av olika element. Plagioklas har t ex olika mängd Na och Ca i sig och är därmed olika vittringsbeständiga. Ändleden kallas Albit (NaAlSi3O8) och Anortit (CaAl2Si2O8) och har olika
egenskaper. Albit är t ex betydligt mer motståndskraftigt mot vittring än Anortit. SEM bilden av en granit nedan (figur 4.5) visar hur tyngre mineral (högre densitet) är ljusare. Malmmineral är opaka, dvs de går inte att lysa igenom i polarisationsmikroskop. Här är de vita eftersom de är ”tyngst”, de har högst densitet. Figur 4.5. SEM bild av granit. Femtio gångers förstoring. Huvuddelen av de mörka partierna är olika fältspater. Ljusgrå är pyroxen och mellangrå är biotit och titanit.
4.2 Böjhållfasthet (SSEN 12372 och SSEN 13161)
Böjhållfastheten (tidigare ofta benämnd böjdraghållfasthet) bestäms vanligen på prismor, ofta 50x50x300 mm. Egenskapen är betydligt mer utslagsgivande och användbar för att bedöma olika stensorters lämplighet för olika applikationer än tryckhållfasthet. Böjhållfastheten är nämligen dimensionerande för plattor/hällar och balkar, t ex kantsten. Egenskapen används ofta för dimensionering av fasadplattornas yta och tjocklek då den provas tillsammans med utspjälkningshållfasthet för infästning med dubb. Det finns emellertid flera avgörande problem med provningen och de slutsatser som kan dras av resultaten. För det första finns det två standarder att välja mellan; SS‐EN 12372 avser det vi vanligen kallar 3‐punktsbelastning och visas i figur 4.6A. Provkroppen läggs då på två rullar varefter en centralt placerad belastningsrulle trycker uppifrån tills brott uppstår. Provar man enligt SS‐EN 13161 så skall däremot två belastningsrullar användas (figur 4.6B). De båda provningsmetoderna ger inte samma resultat. En koncentrerad last i form av en belastningsrulle gör att provkroppen oftast går av på mitten. En tvådelad last gör att en större area av provkroppen provas med samma last och den högre sannolikheten för att stöta på en mindre spricka eller någon annan ojämnhet/svaghet gör att den resulterande brottlasten oftast är lägre. För det andra är det tillåtet att använda olika dimensioner hos provkropparna vilket ger olika provningsresultat. Det är alltså helt avgörande om man vill jämföra två olika stensorters böjhållfasthet med varandra att man kontrollerar att de provats på likvärdigt sätt! Till över 90 % används dimensionerna 50x50x300mm idag. I alla fall i Norra Europa. Flera länder i södra Europa bestämmer hållfastheten hos tunnare provkroppar, nedåt 25 mm. Detta ger i regel högre värden men är olämpligt i flera fall. Provkroppens höjd bör vara minst tre och helst 8 gånger större än största mineralkorn för att minimera de s k randeffekterna. Det mest extrema fallet är när mineralkornen eller ett fossil är lika stora som provets tjocklek. Då får man en icke realistisk svaghet och ett brott längs korngränsen i mitten av provkropparna. En mkt grovkristallin stensort kräver ”tjockare” produkter och även provkroppar. Till viss del kan man kompensera för detta i samband med provning om man provar en platta. Det kräver dock att stensorten inte är homogent grovkristallin med kristaller på flera cm i diameter. Figur 4.6. A. Provning av böjhållfasthet hos kalksten. Traditionell 3‐punktsbelastning till vänster och B. provning av granit med 4‐punktsbelastning till höger.OBS! Olika belastnings‐ och upplagsrullar skall vara rörliga i olika led och ha bestämda dimensioner. Detta sagt för de som planerar att införa denna provning i sin egenkontroll. Dessutom måste belastningshastigheten vara konstant. Detta utesluter bl a en manuell hantering av tryckpressen. Den sista och kanske största utmaningen är att gå ifrån provningsresultat för en liten provkropp till dimensionering av en fullstor produkt. Natursten och flera andra produkter är inte homogena och följer därför normalt inte de lagar man ställt upp för homogena material där man relativt enkelt kan räkna om brottlasten hos en liten provkropp till densamma hos en betydligt större produkt, t ex en häll. Dessutom är det ytterst sällan som den verkliga belastningen hos produkten i konstruktionen är känd. Vilka laster kan en häll utsättas för? Idag dimensionerar man endast för en statisk last. I själva verket är det den dynamiska lasten som är viktigast. Dessutom dimensionerar man inte alltid stenens tjocklek annorlunda om man har en fast grund, t ex cementstabiliserad eller en mjukare grund som obunden sand/grus. Här finns en mkt stor utvecklingspotential, och inte bara för natursten. Ett besläktat problem är utformning av fogarna. Idag är de mestadels fyllda med sand eller grus, vilket inte sällan försvinner då halkgrus mm sopas, och även dammsugs, upp på våren. För att en markstensyta skall fungera som en enhet krävs fyllda fogar (helst med krossgrus) och tillräckligt grov yta på stenarnas sidor (Utemiljöhäftet [23]). Finns inte detta, förlorar gatstenar och mindre hällar sin sidostabilitet och vrids lätt ur läge när stora fordonshjul vrids eller när fordonen accelererar och bromsar (Figur 4.7). Figur 4.7. Gatstenar (med sågade ytor) som rört sig på grund av för dålig friktion mellan sten och underlag samt sten och fogmaterial. Stenarna har vridits ur läge av fordonens accelerationer och inbromsningar.
4.3 Utspjälkningshållfasthet (SS EN 13364)
Egenskapen används för att kontrollera hållfasthet hos sten för användning som fasadpanel/platta [24] och används för dimensionering av plattans area och tjocklek. Provningen utförs i regel på 30 mm tjocka plattor (figur 4.8).Figur 4.8. Provning av utspjälkningshållfasthet vid infästning med dubb. Inom parentes kan man notera att infästning med kramlor och dubbar är vanligast i Europa medan t ex infästning med s k vinkelskena (kerf anchor) är den metod som används mest i USA. Ett antal andra system förekommer naturligtvis också men måste då provas i s k objektform, dvs enligt konstruktörens anvisningar.
4.4 Slaghållfasthet (SS EN 14158)
En typ av mekanisk påfrestning som flera stenprodukter skall klara är slag från hårda föremål (figur 4.9). Hur väl ett t ex stengolv klarar av en fallande vinflaska eller andra typer av hårda stötar provas med en fallande stålkula om 1 kg vikt (figur 4.10), [25]. Det kan även röra sig om ”slag” från hårda metallhjul på mark‐ eller golvplattor eller ett snöröjningsskär som slår emot en kantsten. Stålkulan släpps från en given höjd. Om provet inte spricker så ökar man fallhöjden tills den spricker. Därefter börjar man om med nya plattor och låter kulan falla strax under den första höjden som gav spricka i det inledande kontrolltestet. Man anger vilken energi som åtgår för att stenen skall spricka. Sedan ett antal kantstenar fått omfattande skador i samband med kompaktering av intilliggande asfalt har det blivit intressant att se på möjligheten att använda denna egenskap även för att bedöma kantstenars lämplighet. Detta under förutsättning att metoden ger ett relevant mått på stenens sprödhet. Parallellt med detta har vi även undersökt andra metoders relevans i samma syfte. Det handlar, som tidigare nämnts, om Los Angelestalet (SS‐EN 1097‐2) och mängden mikrosprickor i stenen. Vidare har vi tittat på ytbearbetningens inverkan på stenplattors hållfasthet, bl a i form av slaghållfasthet. ’ Figur 4.9. Kantsten som inte klarat hårda stötar från packningsmaskin.Figur 4.10. Provning av slaghållfasthet med kalibrerad stålkula. Till höger, en provkropp efter provning.
4.5 Tryckhållfasthet (SSEN 1926)
Egenskapen bestäms på kubiska eller cylindriska provkroppar med 50 eller 70 mm kantlängd, respektive radie och höjd (figur 4.11). Provningsresultatet ger en grov indikation på kvaliteten. Tidigare användes tryckhållfastheten [26] som direkt avgörande egenskap vid bedömning av stenkvalitet eftersom mycket sten användes i bärande konstruktioner. Det har dock visat sig att egenskapen inte på tillfredsställande sätt går att knyta till någon annan funktion, av vilken anledning den efterfrågas alltmer sällan. Den är dock fortfarande relevant att prova där stora laster skall tas upp av stenplattor. Tryckhållfastheten hos natursten är i regel så stor att man inte kan utnyttja den. Resultatet uttrycks i megapascal (MPa) och ger mest en indikation om stenen är frisk eller inte, dvs ovittrad och har, för bergarten, normala värden. Figur 4.11. Tryckhållfasthetsprovning av cylinderformad kalksten.4.6 Frostbeständighet
God motståndsförmåga mot upprepad frys‐töväxling är av naturliga skäl en helt avgörande egenskap hos natursten som skall användas utomhus i Sverige. Många produkter blir dessutom utsatta för olika typer av salt, t ex från salta vindar i närheten av havet och från tösalter på vintern. Golv och trappor är inte alltid belägna inomhus och om det är risk för frost och väta i kombination är det relevant att prova även denna egenskap och då enligt SS‐EN 12371. I vissa fall är gränsdragningen mellan golv och markbeläggningsplattor svår, t ex i entréer, och det kan även vara så att golvplattorna blir utsatta för tösalt. Kombinationen av salt och frost är en mycket aggressiv miljö för alla byggnadsmaterial. Det finns dock ingen standardiserad provningsmetod för denna egenskap hos natursten, vilket är en bidragande orsak till ett ökat antal skadefall på senare år (figur 4.12). I detta projekt har det lyckats oss att få med egenskapen som ett s k Work item i standardiseringen och Sverige har ansvaret för att ta fram den nya provningsmetoden vilken presenteras här. Arbetet har gått ut på att gå igenom motsvarande provningsmetoder/standarder för andra byggnadsmaterial och utföra försök med olika variabler. De kritiska variablerna är vattenmättnadsgrad vid frysning, salthalt/koncentration, typ av salt och temperaturintervall samt om man fryser i luft eller i vatten. Figur 4.12. Frostskadade markplattor av kalksten till vänster och gatsten av basalt till höger.4.7 Vattenabsorption (SSEN 13755)
Denna egenskap tjänar som ett indirekt mått på beständighet, framför allt frostbeständighet. I de äldre tyska standarderna har man angivit att stensorter som har en vattenabsorption mindre än 0,5 vikt % skall betraktas som frostbeständiga och därför inte behöver provas ytterligare för den egenskapen. Vid något mildare klimat kan man använda 1,0 vikt % som gränsvärde. Tillsammans med permeabilitet har vattenabsorptionen även en stor betydelse för om stenen kommer att ta upp eller absorbera vatten, smuts och även biologisk påväxt. Principen för provning är att en torkad provkropp vägs och därefter sänks ned i vatten, först delvis och sedan helt. Vanligen efter ca 24 timmar kan man väga provkroppen. Skillnaden i vikt mellan torr och våt är den vattenmängd som absorberats/sugits upp [27]. Själva provningsförfarandet är mer komplicerat men detta beskriver huvuddragen. Låga värden är att föredra även om porositet och permeabiliteten är nog så avgörande för att kunna göra en säkrare bedömning av frostbeständigheten.4.9 Densitet (SSEN 1936)
Densitet [28] erhålls ofta i samband med provning av vattenabsorptionen (se nedan) och berättar mest om bergarten är ovittrad eller ej. Något som bättre kan detekteras genom en petrografisk analys. Densiteten används ibland för att beräkna volymen och vikten hos stenprodukter som skall transporteras. Även för dimensionering av t ex fasadstensplattor behövs densiteten för att beräkna egenlasten.4.9 Missfärgning (FprEN 16140)
Den vanligaste typen av missfärgning är att olika komponenter i stenen rostar (figur 4.13). Vi räknar inte in missfärgning på grund av dålig konstruktion eller hantverk. Inte heller räknar vi in missfärgning genom att smuts, som sot, alger mm fäster på stenytan. Här handlar det enbart om stenens inbyggda mineralers reaktion med omvärlden. På våra bilar ser vi att salt accelererar uppkomsten av rost. Vid provning av sten kan man därför titta på eventuella bieffekter i samband med provning av salt‐ frostbeständigheten och saltkristallisationstest (SS‐EN 12370), [29]. Det finns dock bättre metoder som accelererar oxidationen av känsliga mineral genom att prova åldringsbeständigheten med värmechock (FprEN 16140), [30]. Provkroppar värms upp till 105 °C och kyls ned i vatten. Detta upprepas 20 gånger och mineral i ytan som har en benägenhet att rosta gör vanligtvis detta i samband med denna provning. Ursprungligen togs denna provningsmetod fram för att simulera den värmechock som en fasadstensplatta kan utsättas för [31]. Den mekaniska styrkan jämfördes före och efter provningen genom att bestämma resonansfrekvens och räkna om till E‐modul. En inte helt pålitlig metod, vilket Sverige påpekade i samband med en nationell remiss med följden att metoden nu revideras kraftigt. I praktiken har den delats upp i två metoder, en med en relevant maximal temperatur om ca 75 °C för fasadmaterial och en metod för missfärgning (se ovan). Provning av motståndsförmåga mot värmechock har även visat sig kunna indikera färgförändringar i vanliga mineral som t ex plagioklas. En del stensorter som har större porer i ytan behandlas ofta med något fyllnadsmedel. Om inte detta är värmebeständigt, kan det både krympa och ändra färg när det åldras, något som upptäckts i samband med provning enligt denna metod. Figur 4.13. Missfärgning av granitmur och granithällar i Köpenhamn (foto Bent Grelk).För att prova om det är risk för att en marmor kommer att uppvisa de näst intill klassiska, ljusbruna slöjorna (figur 4.14) kan ett modifierat värmechockstest användas. Istället för vatten använder man då 1M NaHCO3 och en lägre temperatur om 55 °C. Figur 4.14. Oxidering av järn (sannolikt ifrån finkornig pyrit) i marmor har gett upphov till brunfärgade slöjor.
4.10 Fläckkänslighet
Det saknas en standardiserad provningsmetod för fläcktestning av natursten. Däremot finns det en nordisk metod som i skrivande stund håller på att modifieras till en europeisk standard (figur 4.15 ‐ 4.17). Den nordiska metoden har beteckningen NT BUILD 514 och beskriver hur känslig stenen är för olika ämnen som kan ge fläckar såsom vin, matolja, kaffe, blod, kolsyrade drycker och ketchup. Metoden har Europaanpassats inom MinBaS II och är i skrivande stund ute på omröstning för att bli en Europeisk standard. Figur 4.15. ”Tvättmaskin”. Efter att olika fläckar applicerats på stenprovets yta och har fått verka i angiven tid, tvättas ytan av maskinen. En våt wettexduk med såpa som enda rengöringsmedel motsvarar vanlig städning. OBS! Detta skall inte jämföras med fläckborttagning!pH Handelsnamn
Huvudsakliga sura komponent
1,5 Perstorp Ättika Ren attiksyra, 24 %
1,5 i ECO Lime Lime fukt koncentrat
2 Coca cola Fosforsyra
2 - 2,5 Citron Pressad citron
3 ZETA Vitvinsvinäger 6 % vinäger
4 Ketchup Tomater 85% Figur 4.16. Exempel på fläckar som återstår efter rengöring. Kvarstående fläckar klassas i grupperna marginell, tydlig och kraftig. Längst till vänster ses referensprovet som inte är nedfläckat. Figur 4.17. Kvarstående fläckar kan även vara resultat av frätskador. Vanliga hushållskemikalier och livsmedel kan därför också ingå i provningen. Detta är speciellt viktigt för t ex köksbänkskivor.
4.11 Nötningsmotstånd (SSEN 14157)
Egenskapen nötningsmotstånd [32] används för att bedöma slitagebeständighet hos stensorten för användning till golv‐ eller markbeläggning. Det bör noteras att de flesta stensorter har utmärkt nötningsmotstånd och att det i de flesta fall är mer intressant att känna till hur stenen förändrar sitt estetiska uttryck vid användning. Detta beror även på mikrostruktur och sammansättning. Något som vi starkt rekommenderar är att utvärdera nötningsmotståndet tillsammans med halkmotståndet. Hos en stensort med lågt nötningsmotstånd kommer t ex effekten av krysshamring eller flamning att försvinna snabbare än hos en med högt nötningsmotstånd. I Sverige har man, tidigare, mestadels använt sig av den s k Bauschingermetoden [33], en stor järnskiva som roterar. Provkroppen (en platta med ytan 20*20 mm) hålls still och belastas med en tyngd samt utsätts för nötning av slipmedel som tillförs skivan. Detta utförs i både torrt och vått tillstånd. Parallellt med detta har den tyska Böhmemetoden (DIN 52 108) [34] använts (figur 4.18). Principen för denna är samma som för Bauschinger men formatet på provkroppen och pålagd tyngd är de mest väsentliga skillnaderna. Sambandet mellan resultaten erhållna med Bauschinger och Böhme finns tidigare utrett av SP [35] . Korrelationen är mycket god eftersom provningsprincipen är likvärdig. Ju lägre värden desto bättre slitstyrka har stenen. Provning enligt Böhme utförs i torrt tillstånd. För nötning så har vi i Sverige haft riktvärden för användning inom‐ respektive utomhus. Dessa riktvärden baseras på svensk standard och en SP‐metod. Med värden framtagna med Böhmeutrustning finns dock en mycket god korrelation. Därför kan man räkna om resultat mellan de båda metoderna med följande formel: Böhme = B, Svenska värden = S B = 0,03*S + 4,5Så motsvarar t ex ett Böhmevärde på 27 (cm3/50cm2) ett svenskt på 750 (cm3/m2) och ett svenskt värde på 1125 motsvarar ett Böhmevärde på ca 38. Osäkerheten är dock större för högre värden! 750 och 1125 är de gamla rekommendationerna enligt SFI från 1980. I mitten av 90‐talet genomfördes ett mindre, europeiskt forskningsprojekt (BCR‐Europaprojekt 1994‐ 1995) med syfte att ta fram en ny metod för bestämning av nötningsmotstånd. Man kom fram till en variant av den s k Caponmetoden som redan användes för tegel och klinkerplattor (figur 4.19). Ett 1 cm brett ”slithjul” breddades till 7 cm och så var man i princip ”färdig”. 7 cm är ungefär det mått man använder på provkroppen i Böhmemetoden (DIN 52108), därav den nya bredden på sliphjulet. SP deltog perifert i projektet och kom fram till att den nya metoden endast kunde användas till ett mycket begränsat antal stensorter, de av medelgod kvalitet. Metoden infördes inledningsvis för att kunna skilja mellan de stensorter som endast är lämpade för användning som trädgårdsplattor och de som har bättre slitstyrka och därför kan användas i offentliga miljöer. För detta ändamål fungerar metoden som dock senare kommit att bli referensmetod för all slitagemätning. Böhme är dock en tillåten alternativ metod och ett betydligt bättre val. Detsamma kan sägas om den belgiska Amsler metoden (figur 4.20).
Figur 4.18. Provning av nötningsmotstånd med Böhmemaskin (Metod B). Figur 4.19. Provning av nötningsmotstånd med Wide wheel (Metod A). Figur 4.20. provning av nötningsmotstånd med Amsler (Metod C). Ej använd i detta projekt.
4.12 Halkmotstånd (SS EN 14231)
En stenyta skall ha tillräckligt hög friktion för att bland annat gående inte skall riskera att halka och detta oavsett om ytan är torr eller våt. Är det hög risk, skall varningskoner utplaceras. Därför provas friktionen mellan stenyta och en gummikloss monterad på en pendel i en standardiserad utrustning (figur 4.21). Provningen utförs på både torr och våt yta. Halkmotstånd skall provas enligt s k pendelmetoden [36]. Metoden är inte helt tillförlitlig men det minst dåliga vi har just nu. En samordningsgrupp på europanivå går just nu igenom olika metoder och undersöker möjligheten att komma fram till en eller ett par som täcker alla produkter. Figur 4.21. Provning av halkmotstånd med pendelmetod. En riktigt grov yta är inte lämplig att prova med denna metod. Då avses vanligen krysshamrad eller huggen yta. En grov yta har mycket god friktion men på grund av den lilla anläggningsytan som blir resultatet mellan gummiklossen på pendeln och stenen så kan en sådan yta t o m ge sämre resultat (lägre värden). Ytbearbetningar som kan vara meningsfulla att prova är, slipad, polerad, borstad och möjligen flammad (ex i figur 4.22). Skillnaden i friktionstal mellan t ex en slipad och en borstad yta är mycket tydlig. Några exempel på halkmotstånd hos olika ytbearbetningar och stensorter redovisas i tabell 4.1. Ett rekommenderat minimivärde på halkmotståndet diskuteras i olika kommittéer, men ligger sannolikt kring 35 (jämför tabell 5.3). Ett intressant och viktigt resultat som åskådliggörs i tabellen är att en polerad granityta inte nödvändigtvis är halare än en slipad (se Uggleboda). Tydlig är dock att polerade och finslipade ytor är mycket hala när de är blöta och bör därför undvikas i sådana miljöer, t ex entréer, bad‐ och duschrum. Olika typer av ytbehandling påverkar halksäkerheten som kan bli bättre eller sämre. Detta avser huvudsakligen slipade och polerade ytor. All sådan ytbehandling bör provas med denna metod. Halkmotståndet ändras dessutom sannolikt så fort ett golv städas, beroende på vilken städkemikalie och städrondell (innehåller ju slipmedel) som används. För ansvarsfrågan är det dock viktigt att känna till produktens halkmotstånd vid tiden då den avlämnas.Viktigt är också att känna till hur länge en grovt bearbetad yta behåller sin friktion. Det har med nötningsmotståndet att göra, alltså bör dessa båda egenskaper bedömas tillsammans.
Tabell 4.1. Provningsresultat för några stensorter med olika ytbearbetningar
Bergart Stensort och ytbearbetning Torr Våt
Kalksten Hors (normalslipad) 52 34
Hors (borstad) 69 46
Gråbrun Borghamnskalksten (slipad) 49 12
- "- (hyvlad) 64 56
Granit Uggleboda (finslipad) 51 15
Uggleboda (flammad) 80 57
Uggleboda (krysshamrad) 88 71
Uggleboda (polerad) 60 6
Granit 1 (Sågad) 50 -
Granit 1 (Slipad med 100 korn) 46 -
Granit 1 (Slipad med 500 korn) 28 56
Granit 2 (Slipad med 100 korn) 47 -
Granit 2 (Slipad med 500 korn) 25 45
Figur 4.22. Provning av halkmotstånd hos Hors, på slipad yta till vänster och borstad till höger.
4.13 Övriga egenskaper
Endast ett fåtal andra tekniska egenskaper kan behöva deklareras i undantagsfall, såsom brandrisk, permeabilitet av vattenånga och kapillaritet. Det finns dock egenskaper som har avgörande betydelse för hur en sten kan eller bör användas men som ändå inte finns med i det stora paketet av standarder. En sådan egenskap är något vi kan kalla kemisk resistens. Till viss del hanteras detta med en metod som heter fläckkänslighet ( se även 6.5). Här provas om stensorten är känslig för olika starka syror, i form av hushållskemikalier och sura livsmedel. Kalkstenar och till viss del marmor, speciellt kalcitmarmor, är av naturliga skäl mer känsliga för syror än de silikatbundna graniterna och diabaser. En dolomitmarmor är mer motståndskraftig mot syror än kalcitmarmor. Geologer har ofta med sig 10 % HCl (Saltsyra) för att snabbt kunna avgöra om det finns kalk/karbonat i en sten. Det fungerar dock inte på dolomitmarmor där man måste värma saltsyran först för att göra den mer aggressiv. Det gäller även att vara uppmärksam på om en sandsten har silikat eller karbonat mellan de runda sand och fältspatkornen. De silikatbundna sandstenarna har överlägsen beständighet, både mot vittring/klimatbelastning och påverkan av syror. Salt är en annan ”kemikalie” som flera stensorter är känsliga mot. Ofta är det lerslag i kalkstenar och delvis vittrad glimmer där saltet kan gå in och byta joner och svälla i närvaron av vatten. När man talar om salt är det inte bara tösalter utan även alla de salter som används som konsistensmedel i t ex duschkräm, flytande tvål mm.5 Vad betyder egenskaperna
Det är inte alltid lätt att tolka en provningsrapport eller att förstå om ett värde är bättre om det är högt eller lågt. Detta kapitel är tänkt att tjäna som inledande vägledning. Delar av kapitlet är en uppdatering av tidigare MinBaS rapport [37].5.1 Högt eller lågt
Det är inte alltid som ett högre värde är bättre än ett lågt (tabell 5.1). Det är ofta viktigare att veta att ett värde ligger inom ett rimligt intervall för den aktuella stensorten. Det faktiska värdet kan därefter användas i samband med t ex dimensionering eller kvalitetskontroll. Det senare för att säkerställa att kvaliteten i produktionen är jämn. Tabell 5.1. Tabellen visar om högt eller lågt värde är bra eller ”dåligt”. OBS! Tabellen avser inte att visa vilka egenskaper som är viktiga att prova utan redovisar de vanligaste standardiserade egenskaperna.Egenskap
Högt eller lågt samt e.v. kommentar
Petrografisk sammansättning Här finns inga direkta värden att gå på utan man bör kräva ett utlåtande som indikerar om stenen är lämplig för sitt ändamål. Vissa mikrostrukturer går dock att kvantifiera och ställa krav på. Se bl a kapitel 4.1 Böjhållfasthet Högre värden betyder starkare sten. Utspjälkningshållfasthet Högre värden betyder starkare sten. Slaghållfasthet Högre värden betyder starkare sten. Tryckhållfasthet Högre värden betyder starkare sten. Sten är normalt så starkt att värdet i sig saknar betydelse. Endast onormalt låga värden bör man se extra på. En granit bör nog inte ha en tryckhållfasthet under 150 MPa som exempel. Frostbeständighet Man jämför oftast någon styrkeegenskap före och efter frostprovning, vanligen böjhållfasthet. Ju mindre skillnad desto Vattenabsorption En låg vattenabsorption är bäst ur frostsynpunkt. Kan det inte komma in mkt vatten i stenen så kan den heller inte frysa sönder. För graniter och marmor är det vanligt med < 0,2 vikt %. En hög vattenabsorption medför ökad risk för nedsmutsning och biologisk påväxt Densitet Här är det inte heller bra eller dåligt med högt eller lågt värde. Men, onormalt låga värden bör man se extra på. Om en granit endast har en densitet på 2500 kg/m3 så är den sannolikt vittrad. Nötningsmotstånd Ju lägre värde desto bättre, se tabell 5.2 Halkmotstånd Ju högre värde desto bättre friktion. Ett vanligt förekommande lägre gränsvärde för riskfri yta är 35.
5.2 Vanligt intervall för olika stentyper
Det finns flera databaser runt om i världen som sammanfattar olika stentypers normala variationsområden för de vanligaste egenskaperna. Friedrich Müllers INSK [38]är kanske det mest omfattande stenkartotek idag. Tabell 5.2. Sammanfattande tabell med generella egenskaper enligt Müller
.
Tryckhåll-fasthet Böjhåll-fasthet Nötnings-motstånd Vatten-absorption Densitet Utspjälknings-hållfasthet Slaghåll-fasthet(MPa) (MPa) (cm3/50cm2) (vikt %) (kg/m3) (N) (J)
Granit 150-240 10-20 5-8 0,2-0,5 2500-2800
Gabbro 170-300 10-22 3-9 0,2-0,4 2700-3000
Sur vulkanit, porfyr 180-300 15-20 5-8 0,2-0,7 2500-2800
Basisk vulkanit, basalt 200-400 15-25 4-9 0,1-0,5 2700-3000
Tät kalksten, marmor 80-180 5-15 15-40 0,2-0,6 2600-2800 Skiffer, kristallin 100-200 10-35 4-15 0,2-0,5 2600-2900 Sandsten 30-150 3-15 7-15 0,5-8,0 2400-2700 Gnejs (granitoid) 150-270 10-25 4-10 0,1-0,6 2500-2900 Stentyp
Tabell 5.3. De svenska stentyperna har väl så goda egenskaper Tryckhåll-fasthet Böjhåll-fasthet Nötnings-motstånd Vatten-absorption Densitet Utspjälkningsh ållfasthet Slaghåll-fasthet (MPa) (MPa) (cm3/50cm2) (vikt %) (kg/m3) (N) (J)
Kvartsit 190 25,4 5 0,1 2650 Sandsten 120 5,7 22 4,5 2250 Skiffer 300 42,1 12 0,1 2730 4350 7 Syenit 230 27,2 7 <0,1 3090 4550 Diabas 190-280 21-37,1 5-6 0,1 2760-3010 3550-4700 2-5 Granit/Gnejs 160-240 13-20,4 4-7 0,1-0,2 2620-2690 2300-4350 3-7 Kalksten 80-210 9,3-20,4 14-32 0,2-1,4 2610-2710 1650-2500 2-4 Marmor 130-180 9,7-23,5 9-21 <0,1-0,2 2620-2860 2050-3600 2-3 Stentyp För halkmotstånd finns en skala (tabell 5.4) framtagen av BRE (Building Research Institute) i England och ger god vägledning [39]. Den är baserad på användning av likadant friktionsgummi som SP använt vid provning för Stenkartoteket. Tabell 5.4. Tabell med rekommenderade kategorier för halkrisk kopplat till provning av friktion. SRV värde (torr) Risk för att halka < 25 Hög 25 – 35 Medel 35 – 65 Liten > 65 Extremt liten
