Kornformens betydelse för ytbehandlingar

V Tfnotat

Nummer: V 69 Datum: 1988-08-05

Titel: Kornformens betydelse för ytbehandlingar

Författare: Peet Höbeda

Avdelning: Vägavdelningen (Materialsektionen) Projektnummer: 42356-6

Projektnamn: Stenmaterial till beläggningar Uppdragsgivare: Vägverket

Distribution: fri / begränsad /

o e een

. vi Väg-och

Trafik-Institutet

Besök: Olaus Magnus väg37 Linköping

Statens väg- och trafikinstitut

Pa: 58101 Linköping. Tel. 013-115200. Telex 50125 VTISGI S

KORNFORMENS BETYDELSE FÖR YTBEHANDLINGAR

Funktionen hos enkel ytbehandling

Stenmaterial till ytbehandlingar har tidigare bl a behandlats i bilaga 1 till VTI Meddelande 274 (Backman m fl, 1984). Intressant är den ändring av slitagemönster men även betydelse av kornform som inträtt efter

dubbdäckens införande på 60-talet och som också framkommer vid

jämförelse av "äldre" och "nya" provvägar.

En även efter internationell måttstock stort upplagd provväg utfördes i slutet på 1930-talet I Stockholm för att studera relationen mellan prov-ningsresultat och stenmaterialens lämplighet i praktiken. (Hjelmér och

Matern 1943). Ett trettiotal olika stenmaterial transporterades till

provvägen från olika delar av Sverige och lades ut som enkel ytbehand-ling. Fraktionsstorleken var dock mycket varierande, från 3-7 mm till 10-17 mm, något som försvårar jämförelser av stenkvaliteter. Många av stenmaterialen var dessutom extremt flisiga, vilket återspeglar dåti-dens bristfälliga krossningsteknik.

Provvägen följdes upp genom okulär bedömning av provytornas tillstånd

samt försiktig lossbränning och losskrapning av stenprov. Krossningen, som uppstått på vägen, bestämdes därefter genom siktning på samma sätt som vid sprödhetstalsanalys. Förändringen av flisighetstalet hos stenmaterialen genom nedkrossningen i vägen studerades. Gould (1957) och Grönhaug (1964) har båda bearbetat resultaten från Åkeshovsprov-vägen och den senare anser att om en del av proven utesluts p g a läget i gatukors eller alltför liten stenstorlek, erhålls ett rätlinjigt samband mellan sprödhetstal och nedkrossning i vägen (figur 1). Nedkrossningen beror såväl på stenmaterialets petrografiska sammansättning som fli-sighetstalet. Det konstaterades vidare att flisighetstalet hos sten-materialen minskade under trafik Och tydligen krossades flisiga

partik-lar till allt mer kubiska sådana (figur 2). Nevitt (1951) anser också att

livslängden hos enkel ytbehandling är avhängig av stenmaterialhållfast-heten (Los Angelestestet) vid sidan av faktorer som kornstorleksför-delning mm.

Med ledning av flisighets- och sprödhetstal samt bedömd lämplighet i vägen, konstruerades figur 3. Sprödhetstalet 50 och flisighetstalet 1,40 ansågs skilja de lämpliga stenmaterialen från de mindre lämpliga. Vissa av de senare hade sannolikt fått en annan bedömning om de undersökts vid mer jämförbara fraktioner och flisighetstal.

En undersökning av ytbehandlingssten gjordes på Tyresövägen i samar-bete mellan AB Nynäs Petroleum och Stockholms stads gatukontor (Frostman 1972). Stenmaterialet losstogs med jämna mellanrum och flisighetstalets förändring under trafik studerades, på samma sätt som tidigare gjorts vid Åkeshovsprovvägen. Det framkom att stenmaterialet, till skillnad från vad som var fallet vid tidigare provväg, blev allt flisigare genom trafikslitaget (figur 4). Kvartsit hade dock ett oregelbundet förlopp, sannolikt beroende på viss nedkrossning av det sprickiga, men hårda materialet. Slitaget av dubbarna är tydligen helt annorlunda än den tidigare påkänningen av hästhovar, järnhjul och massivgummidäck.

Försök med provytor på E4 vid Stavsjö (Backman m fl, 1984) bekräftade resultaten från Tyresöprovvägen. Genom mätningar av

texturdjupsför-ändring som funktion av tid under trafik, men också bestämning av flisighetstal hos upptagna stenprov, konstaterades att stenarna av trafiken slets ner till allt tunnare "flisor" (jfr figurer 5 och 6). Funktionen hos stenmaterialen berodde _d_e_l§ på stenmaterialets sliptal (slipvärde), dels på flisighetstalet. Stenmaterial med lågt flisighetstal gav större "bygghöjd" och därmed också större livslängd. En annan iakttagelse var att stenmaterialen vid förprovningen hade olika stäng-lighet, men upptagna prov från vägen hade ganska likartade värden, sannolikt pga den nedkrossning som skett av trafiken (figur 7). Dubbdäcksslitaget i Sverige gör att stenmaterial med så ringa flisighetstal som möjligt hör väljas till ytbehandlingar "Kubish" sten kräver exta bindemedel för god förankring i vägytan (Nevitt 1951). Kornformsbestämningar för ytbehandlingar (YlB)

Kornformen är en komplex egenskap, bestående av "flera parametrar.

parametrar, men den är samtidigt också mest svårmätt.

En mängd olika kornformsbestämningar förekommer internationellt. Viss specialutveckling har dock skett på ytbehandlingssidan, bl a görs direkta mätningar av hålrum (och därmed bindemedelsbehov) hos ett utstrött lager sten eller också direkt mätning av den minsta partikel-diametern ALD ("aggregate least dimension") i provet.

Kearly (1953) föreslår en metod att proportionera halter sten och bindemedel samt anser att vid "normal" kornform kan genomsnittlig

' partikeldiameter, framtagen från siktningsanalys, användas i ett

fram-taget nomogram. Vid flisiga och stängliga partiklar måste däremot en speciell mätning av stenhalt göras, varvid stenarna placeras i ett lager på en skiva med känd yta och stenvikten bestäms.

Gould (1957) påpekar att sega och hårda bergarter som basalt vid

krossning ger flisiga partiklar som inte uppfyller normer for kornform. Man hänvisar till svenskt flisighetstal och resultat från Åkeshovsprov-vägen där vissa flisiga stenmaterial givit god funktion. Den brittiska "flakiness index" ger inte fördelningen av kornformer inom en viss sortering och anses otillfredsställande för ytbehandlingsändamål. Man föreslår en mätmetod där hela kornfördelningen bestäms genom harp-siktning (närmast motsvarande den västtyska metoden enligt Pös). Exempel på kornstorleksfördelningen i två stenprov ges i figur 8.

Sauer och Herrin (1965) har bestämt hålrummet i stenmaterial, utbrett

på en platta, försedd med kanter så att vatten kunnat påhällas för bestämning av hålrummet mellan stenarna. Man fann att rundade partiklar hade mindre hålrum än krossade och grövre fraktioner mindre än finare (troligen var dock de fina fraktionerna flisigast och stängli-gast) Till stabilaste lägen orienterade partiklar fick som väntat mindre hålrum än de slumpmässigt orienterade.

Hålrummet relaterade inte rätlinjigt till vattendjupet som varierades

vid försöken. Anmärkningsvärt är också att hålrummen för stenen lagd i ett enda lager inte stod i samband med particle index (ASTM D3398),

mät-cylinder antingen vid löst eller packat tillstånd. Ganska få försök gjordes dock.

Marek (1971) har gått ett steg vidare genom att vid likartade

labora-torieförsök använt sig av en bottenplatta, bestående av asfaltmassa av varierande hårdhet. Man mätte hårdheten genom att trycka in en kula i underlaget och mäta motståndet. Även inverkan av olika vältning på stenens nedträngning i underlaget studerades. Man har dock inte när-mare studerat kornformens betydelse. Ett dimensioneringssystem för enkel ytbehandling föreslås.

Den metod för provning av ytbehandlingssten, som internationellt verkar vara mest accepterad, är "aggregate. least dimension" (ALD) som framtogs av Hanson i Nya Zealand redan år 1935. Man mäter därvid partiklarnas minsta dimension på olika sätt; i australiensisk norm (AS 1141.20, 1982) kan man således använda sig av ensats harpsiktar, skjutmått eller också en speciell utrustning, som framtagits i Sydafrika

(figur 7) och beskrivs av CSIR (1966). Enligt fransk norm NF P 18-562

(1981) föreskrivs en sats harpsiktar för framtagning av ALD. I England

används ett nomogram där man, med kännedom av dels medeldiameter för sorteringen enligt siktanalys dels flakiness index (BS 812), får fram ALD-värdet (Elborn, Hesslop och Pooley, 1984). Det är även lätt att få fram ALD från svenskt flisighetstal genom att kombinera detta med analysfraktionen på motsvarande sätt.

REFERENSER

Backman, Chr., Höbeda, P., Jacobson, T., Simonsson, B. Stenmaterial till enkel ytbehandling. Små provytor utförda på väg E4 vid Stavsjö 1979. VTI Rapport 274, 1984.

CSIR Council for Scientific and Industrial Research, Aggregate Measu-ring Device, Technical Information for Industry 4.4, 1966.

Elborn, MJ., Hesslop, M.F.W., Pooley, G.R. Aspects of surface dressing technology, Asphalt Technology No 34, Jan. 1984.

Frostman, P. Provväg med ytbehandling på motorvägen Tyresö-Sköndal,

Stockholm. FEB-Meddelande nr 1/1972.

Gould, B.W. Flaky aggregates for use in bituminous seal coats.

Com-monwealth Engineer, April, 1957.

Grönhaug, A. Steinmaterialers brukbarhet til vegbyggning. Prövning og bedömmelse. Statens Vegvesen. Meddelelse nr 19, 1964.

Kearly, CLP. Tests and theories on penetration surfaces. Highway

Research Board Proceedings, 1953.

Marek, C.R. Voids in compacted surface treatment aggregate layers.

Proc.,' Asph. Pav. Techn. 1971.

'

Matern, N. von, Hjelmér, A. Försök med pågrus. Statens Väginstitut, Meddelande 65, 1943.

Nevitt, H.G., Aggregate for real coating. Proc., Asph. Pav. Techn., 1951.

Sauer, SLL., Herrin, M. Voids in one-size surface treatment aggregates. Highway Research Record 104, 1965.

i Nodlnusmng

00.

,04

Figurl Nedkrossning »av pågrus på Åkeshovsprovvägen efter 3 år

som funktion av sprödhetstal. Materialen i trekanterna är

antingen extremt flisiga eller har legat i gatukors (bearbet-ning av Grdnhaug, 1964). 2 , n g 3 .. z --.- MINA. §1- ---- Futuna . .g h - - Gooo. ' --. Bao.

3

1..

ä

g

l-ä

i g' .. \ 4 a- v . 4

Figur 2 Flisighetstalets förändring under trafik. Bearbetning av resultat från Åkeshovsprovvägen av Gould (1957).

(I

o'&

abçbe/:lc/d I

a.. ul . . . . . da r-q

i*.

.

-:.:

---°

as

-. c . . . . -c -i . . . .. .u-.. .4 .. . .. ._ .

_'

1

7

*

§9

n

-. . -A L -o

a

J

'

a

.. 0 -0 -0 -0 . . . wa -un . _ -o -I -I -up -_ n -.n ot -G . -H ' °§u __ _ _ n _ __ W Y H Q . . . I i.. g \ -§_ . . . . . . -å. . . f . -0 puh -n -'h In* 8 * s'

-_

..

...-..

.a

ja

x

..

q-.

4,

.

L...

0 .: L 0 , s -. . -. . . . _ : 4 y. . . . _ . ! ' : : _ _ _ _ 5 b y i i! I i 0 O i

*"*°"

I

é'

F''I

**

[ A A A A . A A A l ue r A ÅA L 4 1 4 ; A l l A A A : . I l l 4 . : . : ul j g l u. . A g A g . -. l uu A . . . n a a a a n i :71 I vo r/W II av ' M o n / M W ? .-0

keshov (Hjelmer och Matern,

Samband mellan sprödhets-Ã och flisighetstal och bedömd lämplighet i'provväg vid

1943).

Gnejs, Farsta ___..

FLISIGHETSTAL

___-»-""'

1,90

lf

1,80

1,70

1,50

I

I 1I I

1,50

/

,I . .K'zarzsim sings-.a

1,40

1,30

1,20

ENL SVl-MEUDELANDE 65, SID 3.7

0

i

å

ä

MILJ ÖVERFARTER

Figur 4 Flisighetstalets förändring som funktion av trafikmängden för ytbehandlingssten, Tyresöprcvvägen. Genomsnittsvärde

Korrelofionskoefficienf = 0,79 Te xt urdj up ,m m, okto be r 19 79 -U 'l \ I I I I I I I I I '

1,0

1,5

2,'0

Flisighetsfol ijuni 1979

Figur 5 Samband mellan flisighetstal hos oslitna stenmaterial och . makrotexturdjup (laserprofilometer) i oktober, 1979. Tre

stenmaterial har harpsiktats till avvikande kornform.

Åk ' . 200« a'1;

-E

_{Q' -4} 2 i: -1 1,504 ' Korrelafionskoefficienf:0,93 .4 1,00 1 I I F ; 50 100 150 200 Slupfal

Figur 6 Samband mellan sliptal och flisighetstal för stenmaterial,

10 2,0" 0 o o o .-0 . E ₀ .1: { X

.9

ä

-.LG 'LE 1,0-0 ursprungliga sfenmnferiql

x slitna sfenmaferinl från vägen .

Ä

1 a I I I I 1 1 I I i

50

150

S'r'dngl ighet °/o

Figur 7 Samband mellan stänglighet och flisighetstal hos ursprung-liga stenmaterial och nedslitna stenmaterial från provytor-na.

Figur 8 11 N 17 a .-'3

I

l

UI

nun

na

n

'o

r

"

l

ug

n

o ' å! 1-0

THOCKNESI -WID'I'H sumo

, VH .) __ 0 y r. . v '4 r» " ' i: -* 5' ', 1_- i: rn' ' ' I _. 4 «< » r * E4 4 't F7 ° rn . -' .A .5- wa

. i'\'' 7.. h Y 4,- L L i.

, _ ._i 4 'i v ,.45 "urin- x* « var* 4 L , r- « 41.. - -- '

1 t - .pl . (v 3. 'i k t P' ri* ;Puhyf'e't'ä han, ,_i. 15: 7.41.24. 4112:157. * 6. , i _< l .drink

J,- ; < ;,

« . »mannens-mm' MTIQ..- , - »

§3; ' ' " " ' ' »i ' ' 19'?" i 357

1 V . , 1' :G .ai r ; a 3.5:71 .> 1, ,-. .3 om 1 . »140,374 4 "uti . ., '

U; 'x

Exempel på fördelningen av kom med olika flisigheter i två

12

I/'R

\3'

\_ø

(4

I] U : <: 'A' (SD-U - _- \5: ._\L

FJ

- ' - > .Fyr/*å

f*

Q A n n a n n n n n n n n n n n n U V I vvvvvvvvvvvv'

A n un n n un un uul u '7 vuvvvvvvn vvvn vvv ü

Figur 9 Utrustning för mätning av ALD hos stenprov (3). Enligt CSIR 1966.