Nr 369 - 1983 Statens väg- och trafikinstitut (VT!) : 58101 Linköping ISSN 0347-6049 Swedish Road and Traffic Research Institute - 5-58101 Linköping - Sweden
Svagt grusmaterial till bärlager
3 69
Resultat av undersökningar
av Curt Wichmann
Nr 369 : 1983 Statens väg- och trafikinstitut (VT!) : 58101 Linköping ISSN 0347-6049 Swedish Road and Traffic Research institute - S-58101 Linköping : Sweden
Svagt grusmaterial till bärlager
3 69
Resultat av undersökningar
av Curt Wichmann
FÖRORD
Föreliggande meddelande utgör redovisning av gjorda undersökningar på svagt grusmaterial för använd-ning till främst bärlager. Uppdragsgivare har varit Vägverket.
Målet för undersökningen har varit att karakter i-sera grusmaterialets typ av svaghet och försök till kvantifiering av densamma. Vidare har några enkla försök gjorts i syfte att förbättra mate-rialet till ett prima bärlagermaterial.
Morgårdshammar har i försäljningssyfte erbjudit oss och utfört en undersökning av två bärlager-grus. Detta skedde efter det att uppsatsen skrivits varför denna metod har fått en egen särbehandling.
Linköping i september 1983
I N N E H Å L L S F Ö R T E C K N I N G sid ABSTRACTS SAMMANFATTNING I SUMMARY V 1 INLEDNING 1 2 TIDIGARE ARBETEN L 2.1 Planetomrörare 2 2 . 2 Frys-töväxlingsförsök 3 2,3 Sprödhetstal 4 2 , 4 ing 4 2 , 5 Andra metoder 5 2 . 6 Fältförsök 6 3 FÖRSÖKSUPPLÄGGNING 7 4 PROVADE MATERIAL 7
4 , 1 Svaga grusmaterial med främst
mjukskiffer 8
4 . 2 Svaga grusmaterial med främst
hårdskiffer 8
4 . 3 Svaga grusmaterial med främst
vittrat urberg 9
4 . 4 Primagrus 9
4 , 5 Mycket svagt bergmaterial 9
4 . 5 Svagt bergmaterial 9
4 . 7 Prima bergmaterial 10
5 RESULTAT 1 2
5 . l Undersökning av kornformens och
grader ingens betydelse 12 5 . 2 Undersökning av petrografins
be-tydelse 16
5.2.1 Malning i laboratoriekvarn 21 5 . 3 Modifiering av svagt grusmaterial
med inblandning av emulsion i låga
halter 23
5.3. l Hydrofobiering av svag grus 23 8.3.2 Bär ighetsundersökning av
vatten-mättat svagt grus genom CBR-test 25
6 DISKUSSION 27
7 SLUTSATS 39
ABSTRACTS
The report summarizes earlier experiences of methods for investigated weak gravel: Planetary-type mixer for wear tests, freeze-thaw for weathering tests, impact value for degradation tests.
Gravel from different types of weak materials have been tested: Shisty and shaly glacifuvial gravel, weathered gravel and different types of crushed rock
(e.g. shale, limestone, granite). The aggregates
have been tested with the above mentioned test methods. The planetary-type mixer reproduces well the content of weak materials in the samples and the result can be transformed into what happens coarse base gravel in the building stage of a road.
All wearing happens in wet conditions, so trials
have been carried out to make the aggregate hydrofobe by adding low content (2-3%) of bituminous emulsion. The increase of grain-size less than 0.074 mm has decreased from 11% to 3-4% trough wearing.
Svagt grusmaterial till bärlager Resultat av undersökningar
av Curt Wichmann
Statens väg- och trafikinstitut (VTI) 581 01 LINKÖPING
SAMMANFATTNING
Meddelandets första del sammanfattar tidigare erfaren-heter av metoder för undersökning av svagt grus:
Planetomrörarförsöket orsakar nötning av samtliga korn och resultatet anges i förhöjningen av halt mindre än 0 ,074 mm i fraktionen 00-16 mm. Resultaten från försöken har visat på god överensstämmelse med nednötning av svagt grus i provvägar.
Frystöväxling återspeglar materialets vittringsegen-skaper. Metoden fungerar bra på sedimentära kalk-stenar. Resultatet anges i neddelning av större korn (12-16 mm) till mindre än 8 mm.
Sprödhetstal återspeglar materialets slagmotstånd. Genom att först vattenlagra provet och därefter utsätta det för 10 slag i hammaren erhålls ett modifierat sprödhetstal. Mycket svaga grusmaterial bryts snabbt ner och dämpar slagverkan. Resultatet anges i neddelning av större korn (8-11,2 mm) till mindre än 5,6 mm.
Fältförsök har gjorts vid Tystbega 1975, Fjugesta-Lanna 1974 samt Hällekis 1970. Följande samband konstaterades bl a:
be-II
läggningen var hel och tät.
=- Vatten var den nedbrytande komponenten.
=» God korrelation mellan nedbrytningen av bärlager-material under vägbyggnadsskedet och resultatet
från planetomrörarförsöket.
I föreliggande undersökning har provats grus-och bergmaterial med följande kvalitetsmässiga uppdel-ning:
AL Svaga grusmaterial med främst mjukskiffer (låg-metamorfa skiffrar), t ex alunskiffer, lerig
kalksten
A 2 Svaga grusmaterial med främst hårdskiffer (meta-morfa skiffrar) t ex fyllit eller kalksten
A3 Övriga svaga grusmaterial, t ex vittrat urberg och andra sedimentära bergarter
A 4 Prima grus, t ex urbergsgrus
Bl Mycket svagt bergmaterial (bergtyp 3), t ex märgel-kalksten, alunskiffer
B2 Svagt bergmaterial (bergtyp 2), t ex glimmerrik gnejs, kalksten
B3 Prima bergmaterial (bergtyp 1), t ex granit, diabas
I II
En mindre inledande undersökning visar att packningen av prov är svårare i finare fraktioner främst bero-ende på större flisighet i dessa fraktioner. Vidare har välrundat naturgrus lägre skrymdensitet än
bergkross i samtliga fraktionsintervall. Skillnaden blir mindre i finare fraktioner p g a att naturgruset är kantigare i dessa fraktioner. Ju mer välgraderat ett material är desto minder blir skillnaden i skrym-densitet mellan bergkross och naturgrus vid samma kornsammansättning.
Av försöken framgår att planetomröraren väl åter-ger materialets innehåll av svaga bergarter.
Undan-tag kan gälla för vittrande bergarter (främst kalksten) där svagheten bäst återges med frys-töväxlingsmetoden. Resultatet från modifierade sprödhetstalet är starkt beroende av flisigheten hos materialet.
Planetomrörarförsöket kan inte ersätta
frys-töväxlingsförsöket utan kompletterar detta. Meto-derna ger utslag för olika egenskaper hos materialet. Prima grus eller berg kan få missvisande resultat vid provning med någon av metoderna, varför det material som provas med någon av de ovan uppräknade metoderna alltid ska okulärt bedömas utifrån deras petrografiska innehåll innan man väljer metod och kan klassificera materialet.
Genom att mala ett svagt och ett starkt bärlager-grus i laboratoriekvarn erhölls en nedmalning som i vissa delar liknar nednötningen från planetomrör a-ren. Malningen utfördes med stålstänger i 5, 10 och 20 min, vilket är alltför destruktivt. Andra malkroppar bör provas.
LV
I ett försök att förbättra de svaga grusmater ia-lens vattenkänslighet tillsattes låga halter (2-3%) av bitumenemulsion. Prov utfördes i planetomröraren varvid konstaterades avsevärd minskning av finmate-rialbildningen. Finmaterialet hade agglomererat och efter extraktion kunde man konstatera att ökningen av halt = 0,074 mm bara hade blivit 3-4 % av de prov-ade materialen (Loke och Storung) mot ungefär 11 % ökning utan emulsionsinblandning. Någon bär ighets-förbättring Med CBR-testet kunde inte konstateras genom emulsionsinblandning. Troligtvis har emul-sionen smörjande effekt på grusmaterialet, varför CBR-värdet blev sämre efter inblandning. Slutligen föreslås ett fortsatt program för normering och undersökning av svaga bärlagermaterial.
SUMMARY
The first part of this report summarizes earlier
experiences of methods for investigating weak gravel.
Planetary-type mixer test causes wearing of all par-ticles and the result is expressed as an increase of amount less than 0.074 mm in grain-size distribution 0-16 mm. The testresult has showed good correlation with wearing of weak gravel in test roads.
Freeze-thaw test expresses the weathering of materials. The test works well on sedimenary limestones. The
result is expressed as the degradation of coarser particles (12-16 mm) into less than 8 mm ones.
Impact value expresses the blow resistance of the material. By first waterstoraging the sample and thereafter blowing it 10 times by a hammer the modi-fied impact vaslue is given. Very weak gravel materials is quickly degradated and moderates the chock. The
test result is expressed as the degradation of coarse graines (8-11.2 mm) into less than 5.5 mm ones.
Field tests have been done at Tystberga 1975, Fjugesta-Lanna 1974 and Hällekis 1970. The following result
has been pointed out:
= No degradation of base coarse aggregates as long as the surface is undamaged and tight.
- Water is the degradating component.
=- Good correlation between degradation of base coarse aggregates as the road was built and the result from the planetary-type mixer.
VI
In this report tested gravel- and rockmaterials have been divided into the following groups of quality:
Al Weak gravel with especially soft shale ( Low metamorf ic shale), e.g. slate, shale, clayish limestone.
A 2 Weak gravel with especially hard shale (metamorfic shale) e.g. phyllit,
l imestome .
A 3 Other weak gravels, e.g. weathered rock and other sedimentary rock.
A 4 Good gravel. e.g. precambrian rock. Bl Very weak rock (rocktype 3) e.g. slate,
mar l-limestone.
B 2 Weak rock (rocktype 2) e.g. mica rich gneiss, limestone.
B3 Good rock (rocktype 1) e.g. granite, diabase.
A minor opening trial showes that the packing of samples is harder in fine grain-size due to higher flakeness. Futher more well rounded floodgravel has less loose density than crushed rock in all gra in-sizes. The difference becomes less in finer grain-sizes due to floodgravel is more angular. The more wellgrained materials are the less becomes the
difference in loose density between crushed rock and floodgravel in the same grain-size distribution.
From the tests one can see that the planetary- type mixer reproduces the content well of weak materials
in the sample. Exceptions are weathered rocks
(especially limestone) where the weakness is better showed by freeze-thaw test. The result from modified Swedish impact value is strongly dependent of the flakeness of the aggregates.
VI I
The planetary-type mixer can not compensate freeze-thaw tests, but supplement it. The methods expresses different characteristics with the materials. Good gravel or rock can get misleading results by testing with one of this methods, why the sample that has been tested by one of these methods always must be occulary judged by the petrographical content before you chose method to classify the material.
Through grinding of a weak and a good base course material in a laboratory mill wearing looked like degradation from the planetary-type mixer. The grin-ding was made by steel rods in 5, 10 and 20 minutes, which is too destructive. Other kind of materials ought to be tested.
In an attempt to make weak gravels less
watersensible, low content (2-3%) of bituminous emulsion was added. Tests were made in the
planetary- type mixer where considerable decrease of the fine grain-size content was noticed. The fine grain-size content agglomerated and after extraction one could notice increase by the grade of grain-size less than 0.074 mm of only 3-4% (Loke and Storung) in comparison with 11% increase without emulsion added.,
Any increase in bearing through CBR-tests due to emulsion added was not noticed. Most likely emulsion has the effect of lubricant to the gravel material, why the CBR-value became worse after the addition. Finaly a continuing program is recommended to get a standard test for base coarse materials.
L INLEDNING
Syftet med undersökningen har varit att karaktär i-sera svagt grusmaterial utifrån dess nöt-, slag-och vikttringsmotstånd. Grusmaterialen har i huvudsak prövats genom våtnötning i planetomrörarapparaten utarbetad av P Höbeda. Tidigare undersökningar
finns redovisade i VTI rapport 140 och föreliggande meddelande utgör en fortsättning av densamma.
2 TIDIGARE ARBETEN
Egenskaper hos svagt grus eller bergmaterial har undersökts av VTI under många år. Främst är det Peet Höbeda som studerat svaga materials sönderfall vid olika typer av situationer. Han har behandlat nednötningen från byggnadstrafiken, (VTI rapport 140, Meddelande 126, 165, Intern rapport 80 och 210) fuktens betydelse, (VTI rapport 42) frystöväxlingens sönder sprängningsförmåga, dels med saltlösning
och dels med vatten (Meddelande 244).
Nedbrytningen får dels betydelse då den ideala bär-lagerkurvans kornsammansättning förändras och
vägen inte kan hålla samma bärighet; dels orsakar nedbrytningen att finandelen ökar i materialet, varvid dräneringsförmågan uteblir. Ofta samlar sig finandelen i ett övre skikt som också kan skapa ett vattentätt spärrskikt mot beläggningen. Detta
orsakas av - vid sidan av krossning - att vatten med finandelen pumpas upp till ytan vid vältning. Vid provväg i Hällekis (Meddelande 164) och samman-ställning av tidigare undersökningar i Jämtland
(Meddelande 164) förmodar Höbeda att finandelen i öppet, hålrumsrikt bärlagergrus efter nednötning
av byggnadstrafik och senare tung trafik, vandrar nedåt i bär- och förstärkningslager. Han finner till och med en förhöjning av finandelen i bärlag-rets undre del i vissa vägar i Jämtland.
Genom ingående litteraturundersökningar och egna försök visar Höbeda att nedbrytning av svaga bärlagermaterial så gott som enbart sker i vått tillstånd (Rapport nr 42). Vid provväg i Hällekis
(Meddelande 164) kunde man konstatera att ingenting hände med det mineralogiskt svaga bärlagermater ia-let (lerkalksten) så länge det var förhållandevis torrt under tät beläggning. När sedan beläggningen började läcka p g a sönderbrytning ökade nedbryt-ningen och vägkroppen deformerades. Det plastiska finmaterialet förorsakade dålig bärighet. De under-sökningsmetoder som tidigare studerats tar alla
fasta på att svagt grusmaterial skall provas i fuktigt tillstånd. Här följer en beskrivning av metoder
och erfarenheter av dessa som använts vid VTI.
2 . L Planetomrörare
Planetomrörarförsöket finns redovisat i Rapport 140. Genom jämförelse med metoder för nötning av svaga stenmaterial i fuktigt tillstånd och vad som händer bärlager vid vägbyggnad fann man att planet-omrörarförsöket i jämförelse med andra metoder
bäst återger nedbrytningen av
byggnadstrafikén. I
planetomrörarapparaten tvingas varje korn att
bear-betas genom nötning partiklar emellan. Svaga stenar
nöts ned av starkare och resultatet blir bl a en
förhöjning av fraktionen 40 ,074 mm, vilket också
definieras som svagheten hos det provade
stenmaterialet.
2 . 2 Frys- töväxlingsför sök
Frys-töväxlingsförsök tillhör en grupp av meto-der som testar stenmaterials vittringsegenskaper . Materialet ligger passivt och utsätts för antingen
sprängning genom frys-töväxlingar eller saltspräng-ning (eng. "soundness test"). I VTI Meddelande 244 redovisar Höbeda frys-töväxlingsförsöket be-tat efter mönster från både USA (AASHTO T103), Tysk-land (DIW 4226, blad 3) och Frankrike (NF P 18-592). För betong används frys-töväxling för att
kont-rollera frostbeständigheten (SIS 137212).
Det är främst bergarter med högre porositet och som är mer lättvittrade (främst sedimentära kalk-stenar) som ger utslag för den här metoden. Metoden bygger på att vatten sugs upp i porerna och spränger stenen vid frysning. Om en svag saltlösning till-sätts (1% blir effekten starkare, vilket också efterliknar saltning av vintervägar.
Försöket användes i en större undersökning av
skifferrikt stenmaterial till Graddisvägen i Norr-botten (Meddelande 126). Vägen visade på stora ska-dor i beläggning och bärlager. Härvid kom man
fram till att bärlagermaterialet var "tämligen litet sönderfallsbenäget" med denna metod, men
skadorna i vägen hade "åstadkommits genom en kombi-nation av frysning och mekanisk påkänning". Det var främst skifferfragmenten som hade spaltat upp sig i mindre och tunnare blad.
Vid ett annat större arbete undersöktes gotländsk kalksten/märgelsten (lerig kalksten). I de fall bergarten bestod av lerfyllda sprickor föll stenen sönder utefter dessa och då lerhalten var hög
föll stenen sönder helt.
2 . 3 Sprödhetstal
Sprödhetstal anger stenmaterialets slagmotstånd. Metoden lämpar sig bra för normalt bra svenska
bergarter, men om material av svagare kvalitet provas uppträder andra fenomen.De svaga korn som bryts ned uppträder dämpande vid slaget, varför krossningen avtar med fler slag (s k "packningseffekt"). SHERGOLD
(1963) prövar i en engelsk metod (BS nr 812) att
variera antal slag, och han fann att man kunde minska antalen slag vid svaga grusmaterial, men resultatet multiplicerades med kvoten mellan 20 slag och antal utförda slag. Han undvek därmed effekten av de
flisiga kornens dämpande inverkan.
Nedbrytningen av svagt grus sker i vått tillstånd i vägar. Därför lagras provet i vatten i 24 timmar varefter provet dropptorkas innan det prövas i fall-hammare (modifierad sprödhetstest). Svaga grusmate-rial bryts hårdare ned av ett sådant försök
(Höbeda 1981) varför försöket utförs med 10 slag.
2 . 4 Instampning
Enligt Höbeda (1974, 1977) kan instampning med tung (s k proctorapparat AASHO mod) på material med bärlagerkurvas kornstorleksför-delning i fuktigt tillstånd ge ett mått på svaga grusmaterials krossning. Metoden lämpar sig bra vid undersökning av svaga grusmaterial där det visar sig att överensstämmelsen är god med verkligheten vad gäller nedkrossning av de grövre stenarna. Denna metod lämpar sig dock inte för att undersöka den finare delen (40 ,074 mm) efter nedkrossningen i
väg. Vid försöket krossas bara materialet och det blir mycket lite finmaterial vid instampningen under det att nötningen i väg producerar också ett plas-tiskt finmaterial vilket erhålls vid planetom-rörarförsöket. Genom jämförelser i bl a Österrike har det visat sig att denna typ av instampning över-ensstämmer med vad som händer i överytan av bär-lager vid vältning.
2 , 5 Andra metoder
Andra metoder som anger ett stenmaterials nötnings-motstånd är t ex sliptalsmetoden, Los Angeles, franska Micro-Deval-metoden och malning i laborator
Dessa metoder anger bättre eller sämre den våtnöt-ningstekniska egenskapen. Micro-Deval-metoden är en vå tnötningsmetod som används bl a i Frankrike och målning i är allmänt använd inom mineralindustrin. Metoderna har inte prövats vid
VTI. Micro-Deval-metoden har provats på svenskt sten-material i Frankrike, bl a några svaga bärlagergrus. Finmaterialets egenskaper har undersökts med sandek-vivalentmätning, blåvärde m m.
2 . 6 Fältförsök
Fältförsök har utförts vid VTI på olika typer av nedbrytning av svagt bärlagergrus. Ett omfattande försök utfördes vid Tystberga (Höbeda 1976).
Där undersöktes bl a nedbrytningen av bärlagergrus vid byggandet, åtgärder som begränsar kvalitetsför-sämr ingen samt undersökningsmetoder för att bedöma nedbrytningsbenägenheten hos bärlagergruset.
Av de material som provades var vissa prima berggrus (Tuninge), andra glimmerrika (Töva) och åter andra bestod av kalksten, (Brunflo) och skifferrikt natur-grus, (Brunflo). Höbeda (1977) visar att planetom-rörarförsöket stämmer bäst överens med nedbryt-ningen i provvägar av främst svaga grusmaterial. Vid försöksytorna Fjugesta-Lanna 1974 (VTI
Meddel-ande 162), grusvägar i Jämtland (VTI Meddelande 165) och försöksvägen vid Hällekis 1970 (VTI
Meddel-ande 164) konstaterades följande gemensamma samband:
=- Ingen nedbrytning av bärlagret så länge belägg-ningen var hel.
om Vatten var den nedbrytande komponenten.
- Finmaterialandelen som bildades under belägg-ningen skapades troligtvis i vägens övre del och vandrade sedan nedåt i vägkroppen.
-- Svaga bärlagermaterials nötning i vått till-stånd visas bra med planetomrörarförsöket.
3 FÖRSÖKSUPPLÄGGNING
25 prover från hela landet har provats med anspråk på nötmotstånd i vått tillstånd. Därav har 12 under-sökts mer ingående vad gäller petrografisk samman-sättning, slagmotstånd samt vittringsförmåga.
Följande metoder har använts:
== Planetomrörare
== Petrografisk sammansättning - Frys- töväxling
os Sprödhetstal, vattenlagrat och med reducerat slagantal
- Flisighet
= Malning i laboratoriekvarn.
Vidare har kornkurvans och kornformens betydelse studerats genom Particle Indexmätning.
4 PROVADE MATERIAL
De material som provats i denna undersökning är främst grus- och bergmaterial som är svaga p g a
svaga ingående bergarter (kalksten, skiffer) dessutom vittrade bergarter (gnejser, diabaser, skiffer) samt glimmerrika bergarter (gnejs). Resultaten har jäm-förts med resultatet från provning med bra bär lager-material (urberg).
Här följer en förteckning på provade material.
4 . 1 Svaga grusmaterial med främst "mjukskiffer" (lågmetamorf skiffer)
1. Loke, Öster
2 . Rödön, Östersundsområdet 3. Svennevad, Närke
Den mjuka skiffern består av vittrande alunskiffer med något svavelkisinnehåll. Skiffermaterialets grövre stenar är ofta bladiga och faller lätt
sönder till hårdare, mindre skifferpartiklar. Skiffer-materialet är ofta också kalkigt.
Materialet härstammar från områden med oomvandlade sedimentbergarter från Kambro-silurtiden.
4 , 2 Svaga grusmaterial med främst "hårdskiffer" (metamorf skiffer) 4 , Enafors, Jämtland 2 . Fannberget, Jämtland 6 . Landö, Jämtland 7 Handoqg, Jämtland 8 . Gisselås, Jämtland 9 , Joesjö, Tärnabyområdet 10. Forsmark, Tärnabyområdet 11. Vinberg, Östergötland
Flera av materialen innehåller "mjukskiftfer" (20 -25%) främst Gisselås och Forsmark, men hårdskiffern dominerar. Denna typ av skiffer består av en kvartsrik förskiffrad bergart med rikligt med små glimmernålar.
4 , 3 Övriga svaga grusmaterial 12. Dalum, Västergötland 13. Snårestad, SÖ Skåne 14. Bjärsjöholm, SÖ Skåne 15. Rörum, SÖ Skåne 16. Skurup, SÖ Skåne 17. Frostkåge, Västerbotten 18. Kråkered, Västergötland
Naturgruset består av urbergsmaterial, sedimentära bergarter (kalksten, skiffer samt sandsten) och vitt-rat urberg, vilket faller sönder vid minsta behand-ling. Fenomenet påstås uppträda i täkternas övre
del; Vittrat urberg är inte sällan glimmerrikt
eller innehåller svavelkis.
4 . 4
Prima grus
19.
Borensberg, Östergötland
20.
Göksvalla, Värmland
4 , 5
Mycket svagt bergmaterial (berg typ 3)
21.
Hejdeby, märglig kalksten, Gotland
22.
Storung, märglig kalksten, Gotland
4 . 6
Svagt bergmaterial (berg typ 2)
23.
Västerås, gnejs, glimmerr ik
24.
Glan, marmor, Östergötland
Materialen har genom tidigare erfarenheter visat sig
svaga och bryts lätt ned i vägkonstruktioner.
10
4 , 7 Prima bergmaterial (berg typ 1)
25 . Skärlunda, granit, Östergötland 26 . Vargön, diabas, Västergötland
Dessa har tagits med som referensmaterial. Graniten utgörs av en finkornig bergart, kubiskt styckefall
(f = 1,22) samt god både slag- och nöthållfasthet (sliptal -" 94). Diabas från Vargön har motsvarande goda vägtekniska egenskaper.
i . P e t r o g r a f i s k s a m m a n s ä t t n i n g a v s v a g -g r u s . > 1 6 H å r d s k i f f e r 8 -1 1 , 2 4 -5 ,6 > 1 6 B E R G A R T E R % i M j u k s k i ff e r 8 1 ] -' 2 4 -5 , 6 f r a k t i o n e r K a l k s t e n o c h s a n ds t e n > 1 6 8 -1 1 , 2 4 5 ' 6 > 1 6 U r b e r g 8 -1 1 , 2 4 -5 , 6 u s u k s k i f f e r g r u s k e 4 d ö n 1 1 e n n e v a d 0 r d s k i f f e r g r u s a f o r s 3 1 n n b e r ge t 6 6 n d ö 6 3 n d o g 5 0 s s e l å s 6 5 e s ; j ö 5 3 r s m a r k 5 9 n b e r g e t r i g t s v a g t g r u s l h e m å r e s t a d ä r s j ö h o l m r u m u r u p 2 1 1 6 4 7 6 7 6 6 6 2 5 5 5 4 5 1 t > -m 4 2 6 2 5 3 7 4 6 7 5 4 4 3 5 2 8 6 3 3 1 2 2 8 2 1 2 5 I © M io S 6 7 7 6 3 8 L 1 2 2 1 8 1 7 2 2 m © T* - © 8 3 8 8 3 8 © - -m N N 3 3 CO - © © + N O O > L 20 38 56 25 6 3 rm4 Lin © co in in N & CN L) 28 4 1 4 1 2 4 5 8 CQ md > m N -m m m O © 93% md CA 18 32 27 15 37 1 1 3 7 5 4 1 5 2 3 2 4 1 6 4 7 7 5 6 2 4 1 6 9 2 5 CO M) 4 6 1 8 1 2 1 0 2 1 2 4 25 45 59 59 55 75 4 2 1 0 5 4 3 9 2 8 2 0 1 0 2 3 2 6 2 1 5 2 7 2 6 7 7 0 8 3 6 1 F r o s t k å k e , K r å k e r e d , B o r e n s b e r g o c h G ö k s v a l l a b e s t år a v e n b a r t u r b e r g s m a t e r i al . G n e j s f r å n V ä s t e r å s b e s t å r a v u n g e f ä r 3 0 % g l i m m e r . 11
12
5 RESULTAT
I begreppet "svagt grusmaterial" döljer sig olika egenskaper hos stenmaterialet. Gemensamt för alla stenmaterial är att de bryts ned i fuktigt tillstånd främst i byggnadsskedet men också under vägens
övriga livslängd.
Svagt grusmaterial har i denna undersökning delats upp i olika grupper beroende på den dominerande be-ståndsdelen hos varje material som förorsakar ned-brytningen. Vidare bör man skilja mellan naturgrus och krossat bergmaterial. Naturgrus har oftast väl avrundade hörn och har utsatts för viss vittring
(t ex fältspater, kalksten o d). Krossat bergmaterial består vanligtvis av kantigt material men med lägre vittringsgrad. Ett krossat bergmaterial har fler antal skarpa kanter som dels motverkar packning och dels går sönder när materialet bearbetas. Finmate-rialbildningen är i regel låg. Detta är i sig inget större problem men om bergarten består av svaga och vittrande mineral förstärks denna effekt och
finma-ter kan bli för hög.
5 . l Undersökning av kornformens och grader ingens betydelse
Som ett inledande försök jämfördes konformens
betydelse hos ett naturgrus med ett bergkrossmaterial, bägge med varierande kornkurva (figur 1). Materialen
packades enligt metoden för Particle Index (ASTM D 3398), varvid hålrumsprocent och Particle Index blev enligt
tabell 2. Particle Index är definierad för ensartade fraktioner och återger både hålrumshalt och packnings-förmåga. I denna jämförande undersökning torde
försöket vara relevant.
VTI MEDDELANDE 369 tabell 2
urva på
Figur 1. Kornk 0 vilken PI bestämts enligt
0,074 0,125 0,25 0,5 1,0 4 5,6 8 (11,3 16 20 32 50 64 O -od Q Pa ss er an de mä ng d, vi kt pr oc en t N O och == = om ses den ee -m S On O O Hit 1 44 TÅG] H I I I H K T [[ IT II Il li ll ll l T F H IT TT ll ll l FE T] TT TT LE VE ] 12 82 9 02 28 ) II II II TI a VV ] T T T [ T f n e a L & -Y T F ] T E D a a l -] T T T . _ L _ --F E D [ T T T san s sam s No s a om E T T E Å so m sa rb s r sd 15 82 9 01 28 / ä äs h ö r n S r - 4 LB ll l! !! I [ + EV II II II I I I S I I T T I I I I I T TT ] TT TT 92 83 r u t t v 4 Tå 4 u tt a . L . -19 8 11 ]
"R
s
18283
121
8
_ _ L _ _ / . u t i p r t t _ _ L -_ l _ _ L c q t i n y _ _ | _ _ T T T T ] T T T a A 44F714 F 4 E Y T T ] [ T Å 1 2 8 2 0 2 2 8 : u p a n y t t v 5 | ! l e LV ll ll ll ll l l l l l I ITI l I II II TI II & 4 1 ] TI II II II I I I I I I I I I I L I I I I I I I I I VT t TT T 1 1 1 l e d 1 E Å / 1 TV ] E T A 1 T T T ] T T T S 1 l l l l l l l l l + å I 4 1 F T T T T L L -J ti pt tt t T H d , _ _ x TTT T] TT o_ L --FET T]V G] " > _ _ | -L -O l F E T ] T A + -d L T T ] E T E T a / , T V TT R V L T E E T ] E E T & R : ; : 4 $ i! 1 1 i | | | ' | ' , T l l l l l l i. .-.. .-__ _-E C T ] E F T v l lll l l l T l // E T / I I F T I Tll I H t /| N te nn lill 4 II TI II IY ! le ss as hr äs a -e l l l l I I l l ! O _ o L u I I l T l l l l l a -J ll ll ll il l öö sä No om ) FE TT ] T E N s a L - -nu ti yp ru at -k . J II II II II T som ; sma S se ed _ _ | -U _ T F H ] T E R _ _ | -_ _ II ll ll ll l . a L - se nd b] 4 4004 l 1 i l l fll l i l l -= Ho -= I F T Y I III I E T E F C T ] ll ll ll ll l F C K ] Il ll ll ll l FY TF H] T E R T F H EF A sned sn med 0,06 0,2 0,6Grovmo Mellansand Grovsand Fingrus Grovgrus
1 4
Försöket går så till att man packar materialet i en stålcylinder (5 1) i tre lager med en stålstav. Staven får fritt falla 10 respektive 50 gånger per lager, varvid man mäter skrymdensiteten av matter ia-let i burken. Genom att beräkna hålrumshalten vid 10 respektive 50 slag (Vig respektive V5Q) kan Par-ticle Index bestämmas för materialet. Stålstaven orsakar ingen uppkrossning av materialet vid denna milda stötbehandling.
PI = 1,25 +V59-0,25©V10- 32,0
I ett första försök undersöktes PI för varje
fraktion av Skärlundagranit (bergkross) och Vinberg (naturgrus). Enligt tabell 2A är PI och V5g9 högst för de mindre fraktionerna och avtar sedan asympto-tiskt vid högre fraktioner. Den troligaste förkla-ringen är att de mindre fraktionerna är mycket f£lisigare än de större. Under 0,5 mm uppträder också glimmer som egna korn.
Tabell 2A PI och V59 för Skärlundagranit och Vinbergsgrus i olika fraktioner.
Fraktion (mm) Skärlunda Vinberg
V 50 PI V 50 PI 0 , 074- 0 , 125 50 , 4 20 , 73 48 , 8 (19,05) * 0 ,125-0 , 25 49 , 6 19 , 55 47 , 5 14,38 0 , 25-0 , 5 49 , 2 18,67 4 2 . 0 11,00 0 , 5-1 50,1 19,82 4 2 ,7 11,58 1- 2 48 , 5 18,26 0000 41,4 10,53 2- 4
'
46 , 9
16 , 79
39 , 9
9 , 65
4-5 . 6
46 . 0
16 . 40
39 . 2
8.83
5 ,6- 8
43 , 3
13.70
38 , 4
9,03
8- 12
41 . 2
11,83
39,0
8,88
12-16
41 . 4
12.30
40 , 5
10,00
*provet delvis krossat
15
Tabell 2B. Jämförelse av kornkurvans och materials kornforms betydelse för hålrumshalt
Kurva/Prov DegQ/Di0 Skärlundagranit Vinberg naturgrus API enl figur 1 V1i0 V59 PI V10 V59 PI VI 1 , 25 43,3 41,2 11,83 40,5 39,0 8,88 2 , 95 III 4 0 30,8 28,0 -0,50 30,5 28,3 -0,95 0 , 45 IV 9,0 37,3 35,6 5,73 31,6 30,2 _0,05 5,78 II 41 , 7 28,9 26,2 -2,43 28,2 26,5 -3,38 0 ; 95 I 16 , 2 32,7 29 ,6 1,48 31,2 29,4 -0 ,35 1 , 83 V 3 , 4 41,0 38 , 8 9,68 36,8 35,2 5,20 4 ,; 48
Resultatet från PI-bestämningar på sammansatta kurvor
framgår av tabell 2B. Man kan konstatera att
skillna-(V509 )
välrundade och kantiga stenar i ensartade fraktioner
den i hålrum efter 50 slag är 2-5 % mellan
(kurva IV, V och VI), medan skillnaden för
välgrade-rade kurvor är liten (kurva I, II och III).
PI som både återger hålrumshalt och packningsbarhet
hos materialet är alltid högre hos bergkross än
hos naturgrus. Skillnaden i värdet mellan dessa
återger något av vad kornkurvans sammansättning har
för betydelse för materialet. Denna skillnad är
störst för de ensartade materialen och avtar till
nästan noll för de välgraderade materialen.
Med detta som bakgrund har man antytt att kornformen
har stor betydelse för ensartade stenmaterial, men
effekten minskar kraftigt om kornkurvan hos matter
ia-let får en mer välgraderad sammansättning. Svaga
grusmaterial bör i första hand ha en korrekt
16
5 . 2 Undersökning av petrografins betydelse
De undersökta grusbärlagrens petrografiska samman-sättning framgår av tabell 1. Ju mjukare en bergart är desto kortare sträcka har den tålt att transpor-teras av inlandsisen. De mjuka skiffrarna uppträder med andra ord lokalt i Sverige i anslutning till Kambrosilur-förekomster utanför fjällkedjan.
Skiffrar från området omedelbart öster om bergsked-jan är vanligtvis utsatta för viss omvandling,
varför de får något bättre nötmotstånd än mjuk-skiffrar. De kallas därför hårdmjuk-skiffrar.
Övriga bergarter som ingår i svagt grus är kalksten, sandsten, vittrat berg samt glimmerrika bergarter.
Svagheten hos stenarna består antingen i att ingå-ende mineral har lågt nötmotstånd eller att de faller sönder utefter svaghetszoner. De under
der som har använts tar sikte på tre egenskaper som kännetecknar svagt grus nämligen lågt nötmotstånd, lågt slagmotstånd samt låg frostbeständighet (se kap 2) .
Redovisning av försöksresultaten sker fortsättnings-vis i nedanstående mineralogiska undergrupper. Resul-tatet framgår av tabell 3:
3 R e s u l t a t a v p l a n e t o m r ö r a r f ö r s ö k , m o d s p r ö d h e t s t a l -b e s t ä m n i n g , f l i s i g h e t s a m t f r y s -t ö v ä x l i n g s f ö r s ö k . P l a n e t -B e s t ä m m i n g a v F l i s i g -F r y s -B e r g a r t s f ö r d e l n o m rö r a r e s p r ö d h e t s t a l h e t s -t ö -v ä x I 83 -1 1, 2 m m O k ni n g ta l T y p ch 0 , 0 7 4 V ä r d e 4 5 , 6 © 2 ,0 £ 0 ,0 7 4 1 8 © 2 © 0 , 0 7 4 K a l k -S ki f -U r -s v a gt s t e n f e r b e r g m t r 1 % % % 4 83 8 8 6 9 2 3 19 3 8 4 3 0 , 7 5 3 4 6 5 7 8 18 0 8 8 12 8 6 2 10
5
73
21
5 2 3
P
sk
-g
ru
s
23
n
_!
!.
0
,
ne
va
d
_!
!-0
or
s
_!
!.
0 0 0
1,
48
1,
65
1,
36
1,
34
1,
40
1,
48
1,
33
1,
42
1,
43
1,
35
1,
28
#
&
o
&
&
&
gemsng nand
OV CO -=
UN US (CX
had
en
*
A
e
&
&
Lad
(A VD 00 © - O G 40 L Al
QN Å 99 VD -= AN QX +F 10 L
be
rg
et
-"
-ö
-!
!-og
-!
!-12
,6
e
lå
s
-!
!-7
,9
jö
-!
!-2,
9
e
&
*
e
(N
hn
&
&
&
n
&
&
had
&
ha
&
Lad
#
&
7]
24
73
25
&
&
&
&
CV th OL m mm O Ms W
+F OD NO GN AV + VD 00 dv rå
UV US CN m- MV CA -- AV PA AV
CQ
0
CQ
7 n a r k -!! -9 e r g e t -" -0 e m Ö v r i g t 0 e s t a d s v a g t s j ö h o l m g r u s m -!! -u p -!! -e b y K a l k s t e n 8 , 7 l u n d a G r a n i t 0 e r å s G n e j s 7 , 4 on & en © (N 4 6 CQ NO = oQ l - AN M OV MN OV + F N --© SA CU LO RN - Rn V 40 10 - O gant 3 1 3 5 9 0 5 9 4 4 5 5 2 4 1 7 5 0 0 0 0 # e & & e en e abc d_ genmd # & & r må © LO RN nm LVD L 4D +4D 10 d LD fu MN m © -NO NO sf v © 2 & & kd i 2 0 1 0 0 1 0 0 en & # Q Om m &+ &+ +- O m m dv 10 99 © MV v AV MMOXOMMOOFW Oo ON ONOVNO -- - N N O O 0 0 0 O 0 O O -= O 9 4& _im ove 1 , 2 8 1 , 2 3 1 , 4 0 CQ 1 0 0 & & & 00 AV -F få få © VDO MN LD RN 009 © 09 09 N m dv AV + NO -F VD LX 00 00 © Gt L VD VD -- S- A LD © 00 © --Nn - © O © --- 00 ON WO f PN UN Q spend Q (N (N CM PN -= mm XQ MY © On © e s s u t o m h a r p l a n e t o m r ö r a r f ö r s ö k e t t i l l ä m p a t s p å f ö l j a n d e m a t e r i a l : t k å k e V i t t r a t 0 , 3 2 , 5 0 , 9 0 , 4 0 r e d g r u s n s b e r g p r i m a g r u s 0 1 , 4 v a l l a o 0 u n g K a l k s t e n 3 , 1 n D i a b a s 3 , 9 K a l k s t e n 9 , 4 0 , 7 0 , 2 0 6 1 , 0 1718
Al Mjukskiffergrus
Kännetecknas av hög halt av mjuk s k alunskiffer, inte sällan med inslag av svavelkis. Resultatsiffror-na från planetomrörar- och frys-töväxlingsför
sö-ken samt sprödhetstalen är höga för Loke och
Rödön. Halten mjukskiffer är lägre för Svennevads-materialet, vilket också återspeglas i det låga pla-netomrörarvärdet (2,4 % =0,074 mm). Både resultatet från frys-töväxling och sprödhetsbestämning an-tyder dock att materialet är sämre än många andra material.
A 2 Hårdskiffergrus
Kännetecknas av innehåll av skiffer som omvandlats i varierande grad. Omvandlingsgradens variation vid olika täkter är svåruppskattad, varför variationen i resutatet från planetomrörarförsöken bl a torde dölja sig bakom denna skillnad. Gemensamt för alla dessa hårdskiffergrus är högt värde för nednöt-ning i planetomrörare. Halten ökar i fraktionen = 0 ,074 mm med > 6 procentenheter. Landö är till och med jämförbar med resultatet från mjukskiffer-grus. Halten av skiffer (mjuk + hård) är också lika
i jämförelse med Landö och t ex Rödön, varför
man kan misstänka att omvandlingen av skiffermate-rialet från Landö är låg.
Vinberget har en halt av 53 % kalksten och 3 % skiffer i fraktionen 8-11,2 mm. Resultatet från planetomrörar-försöket överensstämmer bra med resutatet från
Svennevad. Geografiskt ligger dessa lokaler inte långt från varandra och materialen är utgörs av liknande.
19
Resultatet från frys-töväxlingsförsöken antyder att halten © 2 mm är högre hos Vinberg än hos flera andra, vilket torde hänga samman med halten av porös kalksten. Skifferrika bergarter som Lando, Fannberget, Gisselås och Forsmark har höga värden på det modifierade sprödhetstalet (38 - 46). Även Joesjö har ett högt värde (51,1), men detta kan förklaras av det motsvarande höga flisighetstalet. Det råder ett starkt samband mellan flisighets- och sprödhetstalet i hela undersökningen (jämför
värdena för Loke och Rödön i figur 8).
A 3 Övrigt svagt grus
Kännetecknas av vittrat urbergsmaterial, sandsten, skiffer eller halt av kalksten. I vissa av täkterna förekommer också flinta (Snårestad, Bjärsjöholm, Rörum och Skurup). Vittringen kan eventuellt bero på svavelinnehåll i urberget (Frostkåge). Varken vittrat urberg eller kalkhalten ger nämnvärt utslag genom planetomrörarförsöket.
A 4 Prima grus
Består enbart av urbergsmaterial. Planetomrörar
för-söket visar att halten © 0,074 mm blir låg (Borensberg 1,4 och Göksvalla 3,0) och det är sen tidigare känt
att materialen har goda vägtekniska egenskaper.
B Bergkross
Kan i detta försök delas in i tre grupper; bergtyp 3 som består av mycket svagt bergmaterial (kalksten från Hejdeby, Storung och Glan), bergtyp 2 som består av svagt bergmaterial (glimmerrik gnejs från Västerås) och bergtyp l som består av bra bergmaterial (diabas
20
från Vargön och granit från Skärlunda). Hejdeby
och Storung består av leriga kalkstenar (märgelsten) och är så svaga att de faller sönder såväl vid
nötning i planetomrörare (11,2 respektive 11,3% 40 mm) som vid frys-töväxlingsförsök (Hejdeby 38,9% * 8 mm).
Kalksten från Glan har sprödhetstal 61 och resultat från planetomrörarförsöket anger också ett lätt-nött material. Storung och Hejdeby har sedan tidiga-re undersökningar visat sig vara svaga material
för vägbyggnad. Man kan härav dra slutsatsen att planetomrörarförsöket är relevant för kalksten från bergtäkt.
Vid tidigare undersökningar (Höbeda 1977) har kalk-stenar från Brunflo efter planetomrörarförsök
fått en förhöjning av halten © 0,074 mm på 4,7 % och värdet för kalksten från Hällekis var 8,8 %. Dessa värden överensstämmer med värden från prov-vägar. Dessa kalkstenar tillhör bergtyp 2, då de saknar märgelstenens höga ler innehåll.
Förhöjningen av finmaterialhalten efter planetom-rörarförsök för glimmerrik gnejs blev 5,1 %.
Vattenlagrat prov för sprödhetstalsbestämning antyder att materialet är vattenkänsligt men det sönderdelas inte vid frys-töväxling. Det är med andra ord planetomrörarmetoden som bäst anvisar hur lämpligt ett glimmerrikt material är som bär-lagermaterial.
Bra bergmaterial, bestående av en kvartsrik bergart (granit) och en kvartsfri bergart (diabas), gav något oväntade resultat. Graniten som utgörs av en finkor-nig bergart med kubiska stenar (flisighetstal 1,23) gav efter fyra planetomrörarförsök ett högt medel-värde 6,7 % (enskilda värden 5,9, 7,0; 6,9, och
21
7,4 %) förhöjning av halt © 0,074 mm. Resultatet kan eventuellt förklaras med att materialet är så kantigt att planetomrörarförsöket mer tjänar
till att krossa bort kanterna på stenarna. PI-bestäm-ningen av Skärlunda-graniten antyder att kornformen
i de mindre fraktionerna är mer flisig (tabell 2A). Samma effekt torde delvis ligga bakom det mycket höga värdet för kalksten från Glan. Av största
betydelse i sammanhanget är det bildade finmateria-lets karaktär, dvs om det är lerigt, plastiskt
samt vattenkänsligt.
De prima bergmaterialen utsätts inte för någon nedbrytning vid frys-töväxlingsförsök .
5.2. l Malning i laborator
I syfte att pröva nya metoder och ideer för att värdera bärlagergrus skickades två prover till
Centro-Morgårdshammar AB för att testa deras labora-toriekvarn: 300x600 mm.
Malningen utfördes som våt satsmalning med stålcharge 45 kg (man kan välja på bara stenprovet, med stålku-lor, stänger eller tillförsel av speciell malsten). Stålcharge bestod av stänger med diameter 25-38 mm.
Kvarnens varvtal var 47 v/min vilket motsvarar 62% av kritiska varvtalet. 3.7 kg (2.5 1) sten och 2.5 1 vatten användes. Effektförbrukning kontrollerades och siktning utfördes efter 5, 10 och 20 min. Resul-tat framgår av tabell 4 samt fig 2.
2 2
Tabell 4 Nedmalning av bärlagergrus i laborator ie-kvarn.
Prov Tid Effekt- KsQq andel =©0,074 mm
min förbr .
kWh / ton mm före efter sk i ll-nad 12 , 7 7 -; 0 26 , 7 21 , 2 50 , 3 4 4 , 8 Skärlunda 5 * n O O 99 Lu *e -J QW 01 Q *» [08] vs 19 18 91 91 * 91 89 18 91 15 , 0 12 , 1 3 1 , 0 28 , L 58,0 55 ; l Loke l * |. .. ) O -O V L sa s £ 0 N V L J [e m] "e NM -N M I V f "n L D L D D *»
Grovmo ; Mellansand ; Grovsand _; Fingrus | Grovgrus
0,06 0,2 0,6 2 6 20 60 r 18 J 4 _. k) 10 La U 190 _ - has T å 10 EC - 1 z, :,: kx - - Vt id I/ :[:ITEEIH i E -. g 4. H . - - - / a 3 / - u E. 100 F - I E r 1 - m 2 t E F 4 fo FE - &L/ = # å . Er F / a - f R 4 E
r pe hom * ag vem ee ' e S- ' me smed i por
p E k åf - > / E 2 E 5 _; % E 3 kr
L E- - - /. F ä -- -- - -. - a .
Fo E E */ E å - E Å/F i i / F u 2
i __E N 1 F/ E, __E i - - 4/2 E S , E u E
f - - H >- i L. ho Id bov i jon 4 J00 P jan:
i F m i ?Q Å E 3 i E d - i F I Ro a K
L E- :_/ al ös / - 23 fel 1:./ -- J -- - J
F-1) F rd i Er - d Es K - 1 - oc ] m
10 FE Z i /t:. 4 Ro 4 - a E i m I E r
E K- j b- t ee 4 >- f >= han b- 4 == sen 1 rem
1 E - i F R 4 br /: må ] Fr - 4 K i
i -
: / t
-
JJ Y
-
- -
R
- / 4
Z
F=
E 7 tl
en
& 1
V-
E
-i
L/ k / F 3 - / - - i F | -0 ; E fy i - 4 - F 1 % F g E d. 5/ dl - no l & d- - - JS I:. - J m po F E /. E |(,) / E F E i - 2 a 2 i få , - K 04 2 t a - i /4 F 1 H 1 E - // i E F | 2! - E E i/' E E | F i E. % g) E E),, -. F E, E., - g E. 1 FE S = ; Ai - - . - E 9 -10 F LF 10 F 2 1 E - - då J - F _ ET jas hän 1 g 9 T hs har 1 4 hav ha 4 jo»
1 FE / 100 F o P P f 1 T r F
l f oss å l - Sei - &. -) - - H
i EÅ / E t 4/0 E 7 - - k i - Fo 3 F
o r t 1 £ / E a E E F F i E F : 2
oo == F- Y Z - -T Pt su "Z F 7 F "3
F-1 7 2 E+ R 1 - Ö ks E 1 - E 4
-4. :( Es a 4E- - 2 2 ri! EL/ o e = - 3 .
i E - Å E E : KDS 2 Tp Er i - k 1 k 0 = p" gt | - - 1 S - om _ V- Ex i Er k 1 -4 ad söm. I pe ee U . pre. hns 6 pe m= i %&] 180 E :z'll/ - s - i - F g E Lt e = n Es __ J e 5 - . di H. F a -. 0 = r 1 - & d t - 1 m F
-1 E' R 1 Å Lat? om" - [EQK/w: z E 1 E E :
-1 e
g/rr
5
$
-
F
-l.
1 f
©" (__
a
Ko E
a
E u
t 22
sl
-
-
s
-.
-
t
1
Es
-
. M
F a
l
-[ =
to f fr Ht AA FTV ud
K
1 R
i 1 f 4
R 4
i t 10 4 t td
E
-
4 T 1
F
,
F
Foght pg FE g i på
?]?l 1 ITITIII IH] f i TO 1 i il
0,074 0,125 0,25 0,5 1,0 2 4 5,6 8 11,3 16 20 32 50 64
Figur 2 Malningsförsök på bärlagergrus från
Skärlunda och Loke. Malningstider 5, 10
och 20 min.
2 3
5 . 3 Modifiering av svagt grusmaterial genom inblandning av emulsion vid frys-töväx-lingsför sök
Genom att blanda in katjonemulsion BE6O0S i låga halter (2 och 3 %) undersöktes möjligheten att:
A . Göra stenmaterialet mindre vattenkänsligt
B . Stabilisera stenmaterialet
5.3.1 Hydrofobiering_av svaggrus
Emulsionen handblandades in i stenmaterialen för att undvika onödig nötning. Vid optimal vattenkvot
(5 %) undersöktes om nednötningen i planetomröra-ren minskat. Resultatet framgår av tabell 5.
Tabell 5. Resultat från planetomrörarförsök på bitumeninblandade svaga grusprover
Material Bitu- Före försök Efter försök Ökning
me n- $ K3 l halt efter extra-her ing 4 ,074 44 -O , 0 74 ©0,074 4 =0,074 mm mm mm mm mm mm mm mm Loke, 2 46 , 6 7 , 4 10,9 10,9 3,5 skiffer- 3 46 ; 6 7,4 50 , 5 1;5 58,1 10,5 11,5 3,1 grus i Storrung, 2 34,2 13,2 45,5 17,0 11,3 3 , 8 kalksten 3 34,2 13,2 27,8 0,4 44,6 17,3 10,4 4 , l
Materialet som planetomrörts fick en finhalt
(© 0 ,074 mm) på 1,5 respektive 0,4 %. Genom mikro-skoper ing framgår (foto 1) att materialet har agglo-mererats. Efter extraktion framgår finandelen enligt
2 4
tabell 5. Förhöjningen för de båda provade mate-rialen är liten (3-4 %). Halten © 0 ,074 mm efter planetomrörning och extraktion är ung 10 % för Loke och ung 17 % för Storung.
Foto l Agglomerer ing av finkornigt material
genom
inblandning av emulsion.
25
5.3.2 Bärighetsundersökningar av_vattenmättat svagt grusgenom_CBR-test
Vattenlagrade svaggrusmaterial med bärlagerkurvans sammansättning undersöktes med avseende på bär het med CBR-test.
Proverna packades vid optimal vattenkvot enligt tung instampning och vattenlagrades därefter i fyra dygn. Därefter gjordes bär ighetsmätning enligt
CBR-metoden. Kraften för att pressa in stämpeln 2,54 respektive 5,08 cm registrerades och resultatet jämfördes med ett standardmaterial (krossad kalk-sten) som har CBR-värde 100. CBR-värden > 80 anses utomlands behövliga för bärlagergrus.
För att också undersöka bärlagermaterialens CBR-värden efter våtnötning i planetomrörare utfördes testet också på detta material.
För att även undersöka om små halter av emulsion kunde stabilisera materialet gjordes också CBR-test på emulsionsblandat material.
26
Tabell 6 Resultat från bär (CBR) efter inblandning med bitumenemulsion i svaga grusprover. Värdet inom parentes anger CBR-värdet vid 5.08 cm insjunkning.
Material Behandling Skrymdensitet Slutlig CBR- värde
vatten-våt torr % abs halt vatten Loke, obearbetat 2,33 2,20 1, 0 7 , 0 57 (( 72) skiffer- planetomr 2,35 2,20 1 6 ; 8 72 (( 88) grus 2% bitumen 2,30 2,17 2 6 ; 2 73 (( 81) - "- 3% bitumen 2,19 2,07 2 7 , 4 41 ( 45) Hejdeby, obearbetat 2,32 2,19 0 ; 6 6 »; 5 96 (123) kalksten 22% bitumen 2,19 2,07 2 6 ; 0 65 ( 73) Storrung, planetomr 2,45 2,31 0 ; 3 $ » 7 18 (( 15) kalksten 22% bitumen 2,32 2,19 0 , L 6 , 6 5 (( 8) CBR A 100+ 90 2 # 80 + / u H P 0 0 D -/ // -60+ / -/ [/
&
7
Z
C
7
"-
12
//
4
%
.
40 +
?
/
&
/)
& --V, å
+-[/
'g/
få
/)
/ äl" 15
-Big
s |/ += (/ -/
/
o/
&
o
V %/
5/7 2/1
/ V
S
X
294
& sV)
s*]
07 CA &
%
7
0
SV SVH 27 z 2
#
ot
* stå s) sti #11 #1) 2_
2
s SV s 37 * *)
Å
/ /z / d'5
mFigur 3. CBR-värdet för olika svaggrus efter
inblandning av emulsion
27
Av försöksresultaten framgår att CBR-värdet för vattenlagrade prov är >40 för de flesta provade materialen med undantag för Storung. CBR-försöket är en statisk test, men svagheten hos de provade stenmaterialen karakteriseras av att de utmattas och bryts ned efter upprepad belastning (dynamisk), vil-ket inte visas med denna metod.
Efter planetomrörning och vattenlagring ökar CBR-värdet för Loke-materialet. Troligtvis har kurvan blivit mer välgraderad, vilket också visas av den något förhöjda våta skrymdensiteten och att den slutliga vattenhalten var lägre än värdena för det obearbetade materialet. Efter inblandning av låga halter av emulsion sjunker CBR-värdet i samt-liga fall (med undantag för Loke +2% bitumen). Man kan fråga sig om sjunkningen beror på bitumenemul-sionens smörjande förmåga, eller den lägre skrym-densiteten orsakad av sämre packningsbarhet.
Kalksten från Storung utgörs av ett synnerligen lerrikt material och materialet är ytterst lätt-nött vid planetomrörarförsök. Densiteten i vått tillstånd är 2.45.
6 DISKUSSION
Det framgår av tabell 3 att svaga grusmaterial ger höga (dåliga) värden med någon av de metoder som prövats. Genom att avsätta halt av svagt grusmate-rial (skiffer, kalksten, sandsten) mot ökning av halt © 0,074 mm efter våtnötning i planetomrörare erhålls figur 4. Med ökande andel svagt material
28
ökar också nednötningen. Undantag gäller för urbergsmaterialen diabas och skärlundagranit som båda saknar sedimentärt svagt berginnehåll. Diabas är enligt
sliptalsmeåoden påvisat något
nötkäns-lig. Granit från Skärlunda saknar lerfraktion
(©0,02 mm) och har en ogynnsam kornform i de mindre
fraktionerna, vilket kan förklara den höga
nednöt-ningen med denna metod. Senare undersökning av andra
graniter (Styvinge, Östergötland) ger liknande
avvikande resultat med planetomrörarmetoden.
% svagt mtrl
8 - 11,2 mm
%
'
Kalksten
Kalksten
-.
.
OK
9
x
Handog
Rödön
90 -
X
Lok?
x
Fannberget
Landö
7
Joesjö
*
X
å
Gisselås
70 -
Forsmark
-
9
ävennevad v
ånufors
50 -
Vinberget
Björsjöholm
"
*)Jåisferås
30 -
Rorum
x
10 -
0
Diabas
[Sxkurlunda
6
1
1
1
TO
1
3
x 1 i i 1 1 J j J 1 ot 1 3 5U7
9
11
13
15
-
% =0,074& mm
Figur 4.
Finmaterialökning efter
planetomrörar-försök beroende av halt svagt material i
grus
29
Halt svagt grusmaterial avsatt mot resultat från frys-töväxlingsförsöket finns redovisat i
figur 5. % svagt grus 8 -11,2 mm A 100 - & 9 X 1 I x 80 - X 60 - © %. X XX ol & J x 20 -
©
10
20
30
Q
50
60
%=8 mm
Figur 5.
Nedbrytningen av svagt grusmaterial genom
frys-töväxlingsförsök avsatt mot halt
av svagt grus
30
Av figur 5 framgår att ju mer svagt grus (porösa sedimentära bergarter) desto mer faller materialet sönder vid frys-töväxling. I figuren är material med övervägande andel kalksten inringade. Dessa är något mer förskjutna åt höger i figuren än övriga med samma halt svagt grus. Dock finns en grupp som har hög halt av svagt grusmaterial men med måttligt sönderfall genom frys-töväxlingsför-sök (markerad med I i figuren). Dessa representeras av grus med något omvandlade skifferbergarter.
Genom att avsätta resultat i figur 4 mot resultat i figur 5 får man en uppfattning hur dessa bägge prov-ningsmetoder överensstämmer (figur 6).
% =0,074 mm planetomr. A 14 12 -10 7 X O * fe jig 1 1 T 1 1 J sot 20 40 60 80 % =©8 mm
Figur 6. Jämförelse mellan resultat från
planet-omrörarförsök (% mm) och
frys-töväxlingsförsök (% 48 mm)
31
Av figuren framgår att mycket höga planetomrörar-värden (>10 %) ger högt utslag med frys-töväxlings-försöket. Därutöver finns det ingen enkel korrela-tion mellan metoderna. Med andra ord ger inte enbart planetomrörar-eller frys-töväxlingsförsöket
utslag för svaga grusmaterial. Planetomrörarför-söket ger en mer allsidig bild av nötmotståndet
medans frys-töväxlingsförsöket främst dömer ut
_
olika typer av kalkstenar (vilket inte alltid
planet-omrörarförsöket gör).
Figur 7 beskriver nedkrossningen genom det
modifiera-de sprödhetsförsöket. Grusmaterial som består av
högre halt av svaga bergarter kan (men behöver
inte) utsättas för nedbrytning (% © 5,6 mm) med
denna metod. Figur 8 beskriver korrelationen mellan
mod. sprödhetstalet och flisigheten, varvid man kan
konstatera att det modifierade sprödhetstalet mer
återger materialens kornform. Resultatet från
planet-omrörarförsökets i relation till flisigheten visas
i figur 9. Vanligtvis är skiffrigt material mer
flisigt, varför man inte får tolka figurerna så att
bestämningen av flisigheten (eller annan
kornforms-bestämning) kan ersätta någon av dessa metoder.
32 % svagt mtrl A 100 - x x/ 80 -
lä X
%
-/
60 -
/
LQ -
/
20 -
a
[
198
laggt"
lål t t 1 1 4 10 20 30 40 50 60 % =©5,6 mmFigur 7. Nedkrossning vid mod
sprödhetstalsbestäm-ning (% 45,6 mm) i förhållande till halt
svagt material
Bergkrossmaterialen ger svårtolkade utslag med
planet-omröraren. Skärlundagranit, Glankalksten samt
Hejdeby-kalksten har troligtvis en ogynnsam
finmaterialbild-ning. Dels är kornformen flisig dels är lerfraktionen
låg efter krossning. Vidare består naturgrusens
fin-fraktioner (41 mm) oftast av ren kvarts, medan
berg-kross har samma mineralfördelning i hela
inter-vallet (0-16 mm). Kornform och kornkurva är två
begrepp som delvis kan ersätta varandra och är av
vikt för svaga grusmaterial. Med en lämplig
korn-gradering kan ett svagt grusmaterial uppträda med
god bärighet i väg även efter statisk belastning.
33
Ett flisigt material blir oftast sprödare (figur 8), men denna faktor kan korrigeras med krosstekniken. Om lerfraktionen saknas efter krossning fylls inte
strukturen i materialet ut. Denna effekt är troligt-vis mycket betydelsefull vid planetomrörarförsöket.
Figur 8. _ Figur 9. A 1,8 -x 1,6 7 bod X x 1,4 -
Qx
x
%x
12 -
*
1,0
v
v
t
v
y
y
t
f
20
LQ
60
80 % =©5,6 mm
Det mod sprödhetstalets beroende av
flisig-heten hos svagt grusmaterial
'
x
1,6
-nå
xx % 1,4 - x x * x X yr X xX x 1,2 1 1,0 U L V U 4 0 2 04 -6 -B8 10 12 14 16 % =©0,074 mm Resultat från planetomrörarförsöket i34
Genom att avsätta ökningen av halten 4+0.074 mm och Kg mot malningstiden vid malningsförsöket i labo-ratoriekvarnen erhålles kurvorna enligt figur 10 B. Man kan därvid konstatera att målning med stänger ger tydlig skillnad i nednötning av de två matter ia-len. Kgg betyder den fraktion där 80% av materialet är mindre än Kgq-fraktionen.
I detta enkla försök råder ett linjärt samband
mellan ökning av fraktionshalten 40.074 mm och mal-ningstiden. Tyvärr har användandet av stålstänger varit för destruktiv, då redan efter något mer än 5 minuter försvinner skillnaden i Kg, medan ändå skillnaden i ökning av finkornhalten hos de båda mineralen är 5, 7 resp 10% efter 5, 10 resp 20 min. Skillnaden i nednötning med planetomröraren mellan Loke och ett bra bärlagergrus är ungefär
5-7%-enheter, varför 5 minuters malning med laborator ie-kvarn verkar realistiskt.
Ytterligare försök borde göras med malkulor, mal-sten eller liknande. Metoden är enkel och lätt att standardisera.
35 Tid (min) A 20 10 7 5 L U J 1 1 1 1 1 1 4 1 T 1 & T > 0 1,0 2,0 3,0 (mm) Figur _
10a Nedmalning i laboratoriekvarn av bär lager
uttryckt som Kg efter varierande tid.
Tid (min) A 20 7 10 7 5 -0 10 20 30 0 50 60 Ökning av halt ©0.074 mm
Figur 10b Nedmalning i laboratoriekvarn av bärlager
uttryckt som ökning av halt 40.074 mm
36
Genom en första petrografisk bedömning av ett bärlagergrus kan man skaffa sig en uppfattning om rimligheten hos ett eventuellt senare resultat från planetomrörar försök.
Man bör alltså först bedöma materialet utifrån
innehåll av svaga beståndsdelar och därefter använ-då den eller de metoder som både bekräftar misstanken och ger ett mätvärde på hur svagt vägmaterialet
är .
Planetomrörarapparaten består av en stålbytta i
vilken materialet tvingas runt med en visp som består av flera böjda pianotrådar (2 mm i diameter), vilka ofta går av. Problem har uppstått när trådarna inte når ned i botten på stålbyttan. Apparaten ger rele-vanta resultat så länge personalen är uppmärksam på svagheterna. Stålvispen kommer förr eller senare att behöva ersättas då den slits. Visparna är
slut hos tillverkaren och att konstruera nya till varje tillfälle då de går sönder kräver noggrann kontroll av den nya vispen. Det vore önskvärt att kunna använda en stabilare apparat och som finns på marknaden, så att garantier finns för att man kan
få tag på reservdelar eller ny maskin.
Försöken med emulsionsblandning är bara gjorda i liten skala men resultatet visar att:
- svagt grusmaterial möts mindre vid våtnötning i planetomrörare p g a hydrofobiering av materialet.
37
- finmaterialbildningen minskar p g a agglomerer ing till större korn.
- en tendens till bär ighetsnedsättning (kan miss-tänkas bero på statisk belastning vid CBR-test).
Denna bär ighetsnedsättning har inte observerats i fält varför effekten troligen beror på lägre skrym-densitet med emulsion än utan. CBR-testet går så till att en stämpel trycks ned i det packade mate-rialet. Hamnar stämpeln direkt över en större
sten (4 16 mm) kan CBR-värdet bli missvisande. Det svaga grusmaterialet utmärks i verkligheten av att nötas ned efter upprepad belastning i vått tillstånd, varför pulserande belastning under kontrollerat
sidotryck borde vara mer relevant.
Vid undersökningen har svagt grusmaterial från olika delar av Sverige provats, varför ytterligare provning
verkar onödig. Vi har fått en bra modell med vilken
vi kan bedöma svagt grusmaterial. Tabell 7 utgör
en sammanställning av tidigare värden från prov
med planetomrörarapparaten.
Tabell 7 Resultat från tidigare planetomrörar för-38
sök
Lokal Län Typ* Materialtyp Ökning av halt Anmärkning £ 4 , 0
Brunflo Z A 1 naturgrus 22 , 8 VTI Rap. 140 Brunflo VÅ B 2 kalksten 0 ; 9 -
"-Bällinga L B 1 granit 2 ,5 -
"-Linköping E B 1 granit, fin- 7 ; 0 jämförbar med
kornig Skärlunda
Styvinge E B 1 granit, grov-kornig
Töva Y B 2 gnejs, 1 , 4 4 , 1 VTI Rap. 140 gl immer
Hällekis P B 2 kalksten 16 , l 8 , 8 - "-Tärnaby AC A 2 skiffergrus 8 , 3 7 ; L o ""-År bol P A 3 vittrat grus 12,8 6 ,; 9 - !! Sunne S B 2 gnejs, 18 , 7 5 »; 1l o-
"-gl immer
Dalby P B 1 gnejs 1,8 5 , 3 o Fo
Turinge B B 2 vittrat berg 8 , 4 4 , 9 - #-Steninge N B 1 amfilobit 3 ;2 2 , 0 _
"-Tjaktjajaure BD A 2 skifferberg 7 6 ; 5 VTI Med.165 Kuolletes-jaure BD A 2 skiffergrus 15 6 , 2 - "-Rörberg Z A 4 grus 3 , 9 Arvid 1 , 6 Mörsil 2 A 1 skiffergrus 10 , 0 Vougaätjolme BD A 3 skifferberg 7 ; 0 Varvisjaure AC A 2 = != 7 . 0 Kåparp E A 3 naturgrus 4 8 . 0
Tyr sbo E A 4 granitgrus 4 , 2
* Indelning av kapitel 5:2
39
7 SLUTSATS
Föreliggande undersökning har visat att hittills prövade metoder (planetomrörare, frys-töväxling, mod. sprödhetstal samt flisighetsbestämning) inte var och en för sig kan ge ett svar på frågan om grusmaterials svaghet. Facit till svagheten har
tyvärr hittills varit innehåll av sedimentära och vittrande bergarter, varför bättre erfarenheter av nedbrytningen i vägen är önskvärt. Vid val av
metod för bestämning av materialets ev. nedbrytning i väg krävs en första geologisk bedömning av
materialet.
Följande principiella erfarenheter har framkommit av undersökningen:
1. Planetomrörarförsöket är en bra värdemätare för de flesta sedimentära bergartsgrus. Dock kan metoden ge missvisande resultat för mycket bra material. Apparatens tekniska utförande har flera brister.
2. Frys-töväxlingsförsök ger utslag för mycket
porösa och svaga material samt leriga kalkstenar. Metoden är ett bra komplement till
planetomrörar-försöket.
3. Mod. sprödhetstalet är starkt beroende av flisig-heten varför metoden måste användas med försik-tighet.
4. Kornkurvans utseende har mycket stor betydelse för hur resultatet ska bli vid planetomrörar-försöket.
4 0
5. Inledande försök med att göra materialet vatten-avstötande med hjälp av bitumenemulsion visar att nednötningen i planetomröraren minskar kraftigt.
6 . Nedsjunkningen av en stämpel i svagt grusmaterial blir snabbare vid bitumenemulsionsblandning än utan. Inblandningen orsakar smörjning av stenarna.
7. Malning i laboratoriekvarn är en metod värd att utveckla.
8 VIDARE UNDERSÖKNING
En alternativ utrustning till planetomröraren borde undersökas. Laboratoriekvarnar finns av flera fab-rikat där man både kan studera nedmalning i vått tillstånd efter viss tid och effektbehovet för ett visst malningsresultat. Ju svagare ett material är desto lättare går det att mala ned.
Olika typer av emulsionsinblandning minskar nednöt-ning och vattenhalt enligt dessa enkla försök.
Ytterligare försök borde göras för att bekräfta detta. Vidare bör andra typer av emulsioner prövas.
Svagt grusmaterial utmärker sig i vägen genom att i vått tillstånd låta sig nötas ned till ett finkor-nigt plastiskt material som är vattenkänsligt.
Denna nednötning kan simuleras genom pulserande belastningsprov (utrustning finns hos VTI).
Vidare bör undersökning göras av vägskador i
områden där svagt grusmaterial förekommer (Jämtland, fjällranden, Skåne eller Gotland)]. Undersökningen syftar till att ge normer och anvisningar för
4 1
ring av svagt grusmaterial. Materialet måste ses som en resurs och inte som ett överskottsmaterial.
4 2
2 REFERENSER
Hosking, Tubey. Research on Low-Grade and Unsound Aggregates. RRL report LR 293 (1969)
Höbeda, P, Fuktighetens verkan på stenmaterials
hållfasthet och nötningsegenskaper. VTI Rapport nr 42 ( 1974 )
Höbeda, P, Provningar av svaga stenmaterial på vägars bär- och förstärkningslager genom våt-nötningsförsök. VTI Internrapport nr 80 (1972)
Höbeda, P, Stenmaterials tryck- och slaghållfasthet - en jämförande undersökning. VTI Rapport nr 39
(1973 )
Höbeda, P, Byggnadsrapport för provbanan vid Tystberga och provsträckor i väg 204. Fjugesta-Lanna. VTI Internrapport nr 189 (1974)
Höbeda, P, Nedbrytning av stenmaterial i ostabili-serade bärlager genom byggnadsprocesser och trafik - en litteraturstudie. VTI Internrapport nr 210
(1975) .
Höbeda, P, Nedbrytningen av bärlagergrus genom byggnadstrafikundersökningar på provbana år 1974. VTI Internrapport nr 260 (1976)
Höbeda, P, Rosengren, Å, Stenmaterialkvalitetens inflytande på de slitage dubbade personbilsdäck åsamkar väg asfaltbetong HAB 16. VTI Rapport nr 125 (1977)
4 3
bärlagergrus - resultat från VTI Rapport 140 (1977)
Höbeda, P, Bänsow, L, Runeborg, Å. Skiffermaterial i olje- och bärlagergrus. Undersökningar av väg-skador på Graddisvägen, resultat av provtagning och laboratorieförsök .VTI Meddelande nr 126 (1978)
Höbeda, P, Buinsow, L, Viman, L, Försöksytor
Fjugesta-Lanna 1974. Undersökning av bärlagergrus med olika petrografisk beskaffenhet. VTI Medde-lande nr 162 (1979)
Höbeda, P. Försöksväg Hällekis 1970. Undersök-ningar av "Ileversten" som överbyggnadsmaterial. VTI Meddelande nr 164 (1979)
Höbeda, P, Undersökning av nedbrytningen av grus-material från Jämtlands kambrosilurområde. VTI Med-delande nr 165 (1979)
Höbeda, P, Jacobsson, T, Frystöväxlingsförsök
på stenmaterial med svaga lösningar av kalkbekämp-ningsmedel. VTI Meddelande 244 (1981)
Höbeda, P, Stenmaterials hållfasthet. En värdering av sprödhetstalet. VTI Meddelande nr 260 (1981)
Marshall, T R, The Washington Degradation Test. A Status Report. Washington Department of Highways, Materials Division, Rep. No. 103, 1967
Shergold, Hosking, Investigation of Test Procedures for Argillaceous and Gritty Rocks in Relation to Breakdown under Traffic. Roads and Road
Construc-tion 4 (492) 1963
