Bestämning av organisk halt i grovkorniga material (bärlager)

VT I notat

Nummer: V 84 Datum: 198 9”03—07

Titel: Bestämning av organisk halt i grovkorniga material

(bärlager)

Författare: Lars Bäckman

Avdelning: Vägavdelningen (D-sektionen)

Projektnummer: 4 2 3 0 6 0 5 - 0

Projektnamn: Bär- och förstärkningslager - Bestämning av

organisk halt Uppdragsgivare: Vägverket Distribution: -feer/begränsad ¥ i l ¥

Väg-och transport­

forskningsinstitutet

Bakgrund

I vägverkets byggnadstekniska anvisningar (BYA) utnyttjas organisk halt för klassificering av jord- och stenmaterial som skall användas som vägbyggnadsmaterial. Orsaken till detta är att organiskt material anses försämra de vägtekniska egenskaperna och då framför allt stabiliteten. Någon syste­ matisk utvärdering av vad organiskt material har för betyd­ else verkar dock inte ha gjorts. Snarare förefaller det vara Ekströms klassificering av åkerjordar som överförts till BYA. Vägbyggnadsmaterial av typ bärlager och förstärkningslager avviker ju väsentligt från "normala åkerjordar" och man kan därför ifrågasätta relevansen i de krav som ställs i BYA vad gäller organiskt innehåll.

Det har också saknats någon enkel och tillförlitlig metod för bestämning av organisk halt. Den vanligaste metoden har hit­ tills varit glödgning, d v s organisk halt beräknas som vikt­ förlusten som uppkommer när ett material upphettas till 800-1000°C. Denna metod är dock behäftad med flera felkällor, beroende bl a på att karbonat sönderfaller och kristallvatten bortgår vid glödgning.

En metod som börjat användas alltmer för bestämning av organisk halt är kolorimetermätning. Med denna metod bestäms organisk halt i jord genom våtförbränning och efterföljande färgintensitetsmätning i kolorimeter (1).

I föreliggande rapport redovisas bestämningar av organisk halt på bärlagermaterial som tillsats organiskt material. Organisk halt har bestämts dels med kolorimetermetoden, dels genom glödgning. För att utröna hur organisk halt påverkar de vägtekniska egenskaperna har E-modul och kapillaritet bestämts på materialen.

Syfte

1. Att fastställa hur organiskt innehåll påverkar grov­ korniga jord- och stenmaterials vägbyggnadstekniska egenskaper.

2. Att jämföra bestämningar av organisk halt utförda dels med kolorimetermetoden, dels genom glödgning.

Metod

För försöken användes tre bärlagermaterial från Kallax, Kramfors och Styvinge. Dessa material är framställda av krossmaterial och innehåller alltså inget organiskt material. Till bärlagren tillsattes olika mängder av organiskt material dels i form av torv, dels gyttja.

Provmaterialen framställdes i flera omgångar och allteftersom nya erfarenheter gjordes modifierades förfaringssättet något. I stort sett följdes dock följande rutin:

Utgångsmaterialet utgjordes av en relativt stor mängd 0-50 mm bärlager (100-200 kg) . Material större än 16 mm siktades bort och vägdes. Materialet mindre än 16 mm delades sedan ned till poster om 40-50 kg och kornfördelningen bestämdes (på varje post). Till en av posterna tillsattes torkad torv alternativt torkad och mald gyttja. Materialen blandades först för hand och sedan 25 varv i LA-trumma (trumma som används för att bestämma Los Angeles-tal). Därefter gjordes nya kornkurvor och proctorinstampning för att bestämma optimal vattenkvot. Detta material användes sedan för E-modulbestämningar. För framställning av provmaterial till de andra bestämningarna bortsiktades material större än 2 mm innan det organiska materialet tillsattes.

På provmaterialen gjordes följande undersökningar:

- Bestämning av kornfördelning på utgångsmaterialen (fig. 1). - Bestämning av E-modul enligt SEB-metoden (2).

Bestämningarna utfördes på material mindre än 16 mm.

- Bestämning av kapillaritet på material mindre än 2 mm (3). - Bestämning av glödgningsförlust på material mindre än 2 mm

(4). Glödgningen utfördes vid 800°C och inga korrektioner gjordes.

- Bestämning av organisk halt med kolorimetermetoden på material mindre än 2 mm (1). Bestämningarna utfördes av SGI.

Resultat

Samtliga försöksresultat har sammanställts i tabellerna 1-3. I figur 1 redovisas kornfördelningskurvor för de bärlager som användes vid försöken. De redovisade kurvorna utgör endast exempel på bärlagrens kornfördelning eftersom smärre varia­ tioner förekom i de olika materialposterna.

Figur 2 visar sambandet mellan glödgningsförlust (utan korrektion) och organisk halt bestämd med kolorimetermetoden. Figurerna 3-12 åskådliggör dels vissa samband mellan olika sätt att beräkna organisk halt, dels hur kapillaritet och E-modul påverkas av organiskt innehåll.

Kommentarer

Någon direkt jämförelse mellan de riktiga organiska halterna och de värden som erhållits med kolorimetermetoden och vid glödgning har inte kunnat göras. Detta beror på att torven och gyttjan som använts vid försöken bara till en del består av organiskt material. Glödgningsförlusten för torven är sålunda 88 % och för gyttjan 55 %. Problemet är att det inte finns någon möjlighet att exakt bestämma det organiska

innehållet.

I fig 3-6 har mängderna organiskt material beräknats genom att de iblandade mängderna torv och gyttja reducerats i förhållande till glödgningsförlusterna. Erfarenhetsmässigt vet man dock att glödgningsförluster ger något för höga värden varför man med stor sannolikhet kan anta att de riktiga organiska halterna ligger något under de halter som anges i figur 3-6.

Under beaktande av detta bedöms kolorimetermetoden ge rimliga värden på organisk halt. Det finns dock en tendens att av­ vikelserna ökar vid ökande organisk halt. Överensstämmelsen är bäst vid låga halter, 3 % eller mindre (beräknat på material mindre än 2 m m ) .

Glödgningsförlusterna i tab. 1-4 och fig. 2-6 har alla ut­ förts vid en temperatur av 800°C och redovisas utan några korrektioner. Jämfört med kolorimetermetoden har glödgning gett något för höga värden. Avvikelserna är dock förhållande­ vis små och sambandet mellan glödgningsförlust och organisk halt bestämd enligt kolorimetermetoden är mycket bra (fig 2). En förutsättning för att glödgning skall ge acceptabla värden är dock att materialen inte innehåller kalk.

Såväl E-modul som kapillaritet påverkas tydligt av organisk halt (fig 7-12) . När det gäller kapillaritet förefaller det som om torv ger en större påverkan jämfört med gyttja. För E-modul gäller det motsatta förhållandet. Gyttja påverkar alltså E-modul mera än torv. En organisk halt på 1,5 % (räknat på material mindre än 2 mm) påverkar dock inte E-modul och kapillaritet nämnvärt. BYA's krav på att A-material inte får innehålla mer än 2 % organiskt material verkar därför rimligt. (En förutsättning är dock att organisk halt beräknas på material mindre än 2 mm.)

BYA's krav på organisk halt i övriga materialgrupper är svårare att bedöma. Försöken visar dock att 6 % organiskt material försämrar E-modulen kraftigt. Man kan därför ifråga­

sätta om det är rimligt att tillåta så mycket organiskt material i B-material.

Kraven på C- och D-material kan man egentligen inte bedöma eftersom det saknas någon egentlig kravspecifikation. Hur stor reduktion i E-modul kan man tillåta i C- och D-material? Man kan dock konstatera att de organiska halter som tillåts i C- och D-material är förhållandevis höga (10 resp 20 %). Med tanke på den kraftiga påverkan som relativt små mängder av organiskt material (2-6 %) visat sig ha i denna undersökning är de halter som tillåts i C- och D-material sannolikt för höga.

Slutsatser

Kolorimetermetoden ger acceptabla värden på organisk halt och bör användas framförallt i områden med kalk i berggrund och

grusavlagringar. Glödgningsförlust (utan korrektion) ger något för höga värden men har i övrigt visat ett bra samband med kolorimetermetoden. Med tanke på att metoden är enkel att använda bedöms den vara användbar i områden där man vet att materialen inte innehåller kalk. I och med att metoden genom­ gående ger något för höga värden behöver man inte befara att material klassas i en för bra materialgrupp. En ev felklass- ning kommer att betyda att materialen "klassas ned".

Organisk halt bör beräknas på material mindre än 2 mm.

BYA's krav på organisk halt verkar rimligt vad gäller A-material (0-2 %). För B-material föreslås att kraven ändras från 0-6 % till 0-2 %. Kraven på C- och D-material är svårare att bedöma men sannolikt behöver även dessa skärpas till något.

Referenser

1. R. Larsson, G. Nilsson och J. Rogbeck. Bestämning av organisk halt, karborathalt och sulfidhalt i jord. Statens Geotekniska Institut. Rapport No 27. Linköping 1985.

2. S. Engman. Bestämning i E-modulapparat av jordmaterials bärighetsegenskaper enligt SEB-metoden. Statens väg- och trafikinstitut. Rapport Nr 31. Stockholm 1973.

3. W Metodbeskrivning 24:1976. Jordmaterial. Bestämning av kapillaritet. Vägverket 1987.

4. W Metodbeskrivning 34: 1984. Jordmaterial. Glödgningsförlust. Vägverket 1987.

Inblandad mängd torv Glödgnings­ Organisk halt Kapillaritet E-modul beräknad på material förlust enligt

kolori-meterbestämning <2 mm (%) <16 mm (%) _{(%) (%)} (cm) (MPa) 0 0 0,9 0,1 91 51,9 1,5 0,6 1,9 1,2 81 51,9 3,0 _1,1 3,0 2,2 78 50,5 6,0 1,9 4,7 4,0 66 40,8 11,0 4,8 6,6 6,6 60 43,5 17,0 8,8 13,5 11,7 56 39,2 Ta be ll 1 S a m m a n s tä ll ni n g av fö rs ök me d b ä r l a g e r fr ån Kra mfo rs bl an da t me d t o r v . (G l öd gn in gs fö r lu st , to rv : 88 %)

Inblandad r beräknad pi <2 mm (%) Hängd gyttja k material <16 mm (%) Glödgnings­ förlust (%) Organisk halt enligt kolori- meterbestämning (%) Kapillaritet (cm) E-modul (MPa) 0 0 0,9 0,1 91 51,9 1/5 0,7 1/5 0,9 91 51,9 3,0 1,5 2,2 1/6 80 35,5 6,0 2,2 4,0 2,5 82 23,2 I Ta be ll 2 S a m m a n s t ä l l n i n g av fö rs ök , me d b ä r l a g e r fr ån Kra m fo rs bl an da t me d gy ttj a. ( G l ö d g n i n gs fö r lu st , g y t t j a : 55 %)

Inblandad mänc beräknad på nu <2 mm (%) jd torv/gyttja iterial <16 mm (%) Glödgnings­ förlust (%) Organisk halt enligt kolori- meterbestämning (%) Kapillaritet (cm) E-modul (MPa) 0 0 1,3 0,1 324 119,2 3 1,3 2,8 1,7 197 85,9 gyttja gyttja 3 1,4 3,5 2,4 129 88,7 torv torv Ta be ll 3 S a m m a n s t ä l l n i n g av fö rs ök me d b ä r l a g e r fr ån K a l l a x bl an da t me d gy tt ja el le r t o r v .

Inblandad mäi beräknad på n <2 mm (%) lgd torv/gyttja naterial <16 mm (%) Glödnings-förlust (%) Organisk halt enligt kolori- meterbestämning (%) Kapillaritet (cm) E-modul (MPa) 0 0 0,9 0,1 248 103,8 3 1,4 2,5 1,7 170 78,8 gyttja gyttja 3 _1,1 3,5 2,4 167 95,0 torv torv Ta be ll 4 S am m a n s t ä l l n i n g av fö rs ök me d b ä r l a g e r f rå n St y v i n g e bl an da t me d gy tt ja el le r t o r v .

Le r F in s ilt M e lla n s ilt G ro v si If F in s a n d M e lla n sa n d G ro v s a n d F in g r u s M e lla n g ru s G ro v g ru s j M ella n sten Le r F in m jä la G ro v m jä la Finmo G rovm o M eltansand G r o v s a n d F in g r u s G r o v g r u s S te n

Le r | F in s ilt M e lla n s ilt G ro v si It F in s a n d M e lla n sa n d G ro v s a n d F in g r u s M e lla n g ru s i G ro v q ru s j M e lla n ste n [ L e r j F in m jä la G ro v m jä la | Finmo G rovm o M ella n san d G ro v s a n d F in g r u s G r o v g r u s S te n

K o r n s t o r le k , mm

. Le,- | F in s ilt M e lla n s ilt G r o v s ilt F in s a n d | M e lla n sa n d j G ro v s a n d F in g r u s j M e lla n g ru s G rc v a ru s ! M e lla n ste n L e r F in m jä la G ro v m jä la Finmo G rovm o j M e lla n san d | G r o v s a n d F in g r u s G r o v g r u s S te n

K o r n s t o r le k , mm

r T T T fn rf i f i f i t } i [ f -i

1,2 16 20 25 32 5 0 6 0 100

6 U Figur 1 Kornfördelningskurvor för de bärlager som använts som

0 r a o m i\k. W X r C c/0) PwlTg-v k © l c m « A < = H ^ r r -

VU ^-rocfc '5-vV.

Figur 2 Samband mellan organisk halt bestämd med kolorimeter­ metoden och bestämd med glödgningsförlust

ORGANISK HALT

K r a m f o r s + Torv

Kramfors

K"fors*3T

K 'fo rs+1.5

K_fo rs+GT

Ibl (2

Clodgf

HKolorim

Mtrl

ORGANISK HALT

K r a m f o r s + G y ttja

K ra m fo rs

ors+3C

K‘ fo r s + 1 .5

K ~ f o r s +BC

Mtrl

Ibl (2

Clodgf

H K o l o r i m

ORGANISK HALT

K a lla x + Org m t r l

11

*

Ibl (2

Glodgf

HKolorim

Mtrl

ORGANISK HALT

S t y v in g e + Org m t r l

I l b l <2

I C l o d g f

Kolorim

Mtrl

KAPILLARITET

K r a m f o r s + Torv

20

,

0 0

-0

,

Kramfors

H o r s + 3 1 H o r s + l l T

K_fors+1.5 K_fors+6T K“f o r s +17T

Mtrl

KAPILLARITET

K r a m f o r s + G y ttja

100,00 -7

--- ——

K ra m fo rs

K 'fo r s * 3 C

K ' f o r s +1.5

ors+GG

Mtrl

KAPILLARITET

K a l l a x & S t y v in g e + Org

350.00

300.00

250.00

200.00

150.00

100.00

50,00

0,00

Kallax

Kx+3T

Sfyvinge

Sfy+3I

M

Sty+3C

E-MODUL

K r a m f o r s + Torv

Kramfors

K“fors+31 K"fors+111

K-fors+1.5 K_fors+GI K'fors+171

m

o

d

u

l

M

P

A

I

w

E-MODUL

K r a m f o r s + G y ttja

Kramfors

K-fors*3C

K‘ fors+1.5

ors+GG

Mtrl

E-MODUL

K a l l a x & S t y v in g e + Org

1 2 0 ,1

Kollox

K xO I

Sfyvinge

Sty+31

Kx*3C

Sfy+3C

Forskar för ett liv i rörelse.

Statens

väg- och transportforskningsinstitut

har

kompetens och laboratorier för kvalificerade forsknings­

uppdrag inom transporter och samhällsekonomi,

trafiksäkerhet, fordon, miljö samt för byggande, drift och

underhåll av vägar och järnvägar.

Adress Telefon Fax Telex

581 95 Linköping 013 - 20 40 00 013 - 14 14 36 50 125 VTISGI S