STATENS VÄG- OCH TRAFIKINSTITUT
National Swedish Road and Traffic Research InstituteINVERKAN AV GLIMMER PÅ
PACKNINGS-OCH BÄRIGHETSEGENSKAPER HOS BERGGRUS
av
Peet Höbeda och Lars Bünsow
RAPPORT Nr 55
STATENS VÄG- OCH TRAFIKINSTITUT
National Swedish Road and Traffic Research Institute
INVERKAN AV GLIMMER PÅ
PACKNINGS-OCH BÄRIGHETSEGENSKAPER HOS BERGGRUS
av
Peet Höbeda och Lars Bünsow
RAPPORT Nr 55
1; N N E_H Å L L st4ö R T E-ç K N I N G
10. 11a. . 11h. VTI Rapport nr 55 'INLEDNING ERFARENHETER AV GLIMMERRIKA'VÄGMATEEIAL ENLIGT LITTERATURSTUDIEPROVMATERIAL OCH PROVBEREDNING PACKNINGSEGENSKAPER
BÄRIGHETSEGENSKAPER
BÄRIGHETSEGENSKAPER PÅ PROV SOM FÖRST NÖTTS NER I LOS ANGELESTRUMMA
VATTENGENOMSLÄPPLIGHET SANDEKVIVALENTVÄRDE
I KVANTITATIV BESTÄMMNING AV GLIMEERHALTEN
I VÄGMATERIAL
SLUTSATSER'
ENGLISH-SUMMARY
ENGLISH TEXT TO FIGURES
REFERENSER TABELLBILAGA FIGURBILAGA
FOTOBILAGA
Sid »1 16 18 21 241. .
INLEDNIEE
Glimmer utgör en tämligen vanlig beståndsdel i bergarter och i vissa fall kan mineralet förekomma i tämligen riklig halt. Dess negativa inverkan på vägmaterials egenskaper har tidigare framkommit vid undersökningar både vid VTI och utomlands.
Beläggningssten som innehåller hög halt av glimmar kan enligt tidi" gare undersökningar ha god hållfastbet (styrkegrad eller Los Angeles-tal) men oaktat detta vara föga slitstark vid trafik med dubbaoe
däck. Lättavnötta stenmaterial kan dock numera urskiljas genom slipw talsprovning (Höbeda 1971, 1973, 1974a). En annan viktig sak som framkommit är att glimmerrika stenmaterials hållfasthetsr oeh nöt* ningsegenskaper försämras patagligt i närvaro av fuktighet (Höbeda
1974a).
Mindre väl utrett har varit i vilken grad förekomst av glimmerkorn
' o .. o n ., ' 0 O
1 stenmjol av ostabiliserat overbyggnadsmaterial paverkar dess paekw O
ni gsw och bärighetsege skaper. Utländska erfarenheter? som dock
., o
ycer paL?
m
-K
huvudsakligen gjorts på finkorniga undergrundsmaterialg
A'
att glimmerns negativa inverkan kan vara väsentlig (mom t).
Preliminära undersökningar av berggrus (Höbeda och Bünsow 19?2) har visat att glimmerrika material kan ha speciella egenskaper, Vi sa
Vägskador har även kunnat konstateras när glimme rika material an vänta i högt läge i vägöverbyggnad. Orsaken kan dels vara glimmar*
kornens direkt negativa inverkan på bärighet vid normerad
bärlager-1
?3-4 '....J F1'
gradering, dels mineralets förmåga att 1ätt sönderdelas till
J
O
F1
' Su\.
mindre delar under trafikpåkänningar, varvid bärlagermateriale småningom blir alltför finkornhaltigt. ?öreliggande undersöknings
huvudvitt har ägnats den förstnämnda faktorn.
En specialundersökning av glimmerminerals inverkan på berggrus har därför ansetts motiverad inom projektet "stenmaterial till ostabiliw serade lager" som bekostas av Statens vägverk. Laboratorieförsöken
a. .. -C2-._J_ .2 5,3.: 1,_ ___ *Y °1^\°°_ v lt '_ vw T .076 m
VTI
2. ERFARENHETER AV GLIMMERRIKA VÄGMATERIAL ENLIGT LITTERATURSTUDIE
Problem.med glimmerrika, finkorniga-vittringsjordar som undergrundswl material kan förekomma i länder med varmt klimat* Det är i regel fråga om vittringsjordar av glimmerrika bergarter. Ljus glimmar hör nämligen till de mest vittringsresistenta mineralen. Sådana jordarter
kan vara svårpackade och kompressibla enligt undersökningar som gjorts i USA:s sydliga stater (ex Tate och Larew 1963, Mc Garthy och Leonard 1963, Rostron 1964, Chu och Humpries 1965, Moore 1971),.i
Afrika (Bulman 1954s Weinert 1968, Crafthohnson m.fl 1969) och
Indien (Gruner 1953). Nämnas kan att enligt US Bureau of Roads jord*
artsklassifikation hänföras glimmerrika jordar till särskilda grupper. Rengmark (1947) har undersökt orsaken till dålig bärighet i fuktigt
tillstånd hos en grusväg i Gävletrakten och funnit anledningen vara
den höga glimmerhalten i finmaterialet. Det fjälliga mineralet anses ha förmåga att binda vatten till sina ytor. AV betydelse i samman* hanget kan även vara att det påvisats att friktionen mellan glimmar"
korn (liksom andra skiktmineral) nedsättes mer av fuktighet än frik"
tionen mellan mineral med "kompakt" kristalluppbyggnad (Horn och Deere 1962). Vissa Vägskador som inträffade efter byggandet av motor*
leden till Arlanda har även tillskrivits hög halt av glimmerskiffer i vägöverbyggnaden (Rengmark 1968).
Glimmer utgör vidare en skadlig beståndsdel i betongballast och ned sätter den hårdnande betongens hållfasthet (Kallauner och Kanelir
1955, Hoon och Sharma 1961). Mineralet anses även ha skadlig inverkan
i asfaltmassor (Weber 1968). Hyyppä (1964) har framhävt glimmer-mineralets förmåga att binda asfaltbindemedel till sina ytor. Enligt
författaren har asfaltmassor, framställda av glimmerrikt stenmaterial?
ingen blödningsbenägenhet.
Undersökningar har som nämnts huvudsakligen gjorts på finkorniga jordaru Hager (1950) och Bulman (1954) framhåller att glimmerrika jordars vägtekniska egenskaper icke utan vidare kan bedömas enligt
konventionella jordartsanalyser. Anomala Atterbergsgränser kan t ex erhållasu Tubey (1961) och Crafthohnson (1969) har funnit att ökad
skrymdensitet icke alltid leder till bättre bärighet (mätt genom CBR-metoden) som normalt är att förvänta. Enligt den senare fjädrar Rapport nr 55
Vidare ett belastat prov till ursprunglig volym Såvida spänningarna icke är så stora att partikelomlagring sker. Cbu och Humpries (1965) har utfört treaxialförsök bl a på glimmerrika jordar och har funnit
att sådana prov kan ha tämligen hög skjuvhållfasthet, men modul-värdena (bestämda vid ett visst, likartat sidotryck) tenderar att bli lågao Författarna anser på grundval av fältiakttagelser att
modulvärdet ger den mest rättvisande indikationen av glimmerrika
undergrundsmaterials bärighetsegenskaper. Enligt Barksdale (1972) är utmattningsskador tämligen vanliga vid flexibla vägöverbyggnader9
, byggda på glimmerrika jordar.8ådana undergrundsmaterial är sviktande
oberoende av vattenhalt, till skillnad från ex lera som är styv vid
låg vattenhalt.
Tate och Larew (1963) har studerat laboratoriepackningen av
glimmar-rika jordar. Statisk packning genom kompression visade sig ge upp-hov till speciellt fjädrande material med väl parallellorienterade glimmerfjäll, medan dynamisk packning gav bärigare material med
sämre mineralorientering. Vidare erhölls tendens till maximal
glimmar-orientering när packningen skedde vid optimal vattenhalt.
Fårfots-vält har befunnits vara speciellt lämplig i USA (Anonymus 1949) för packning av glimmerrikt undergrundsmaterial. Det framhållas att glimmerrika jordars konsistens ändrar sig snabbt med vattenhalten
(de blir först spröda och "pulverliknande" samt sedan flytbenägna vid
högre vattenhalt). Sambanden mellan optimal vattenhalt och
skrym-densitet kan representeras av flacka kurvor vid
laboratorieinstamp-ning (Gruner 19539 jfr även mom 3). Denne författare har även kunnat
observera bildningen av nära horisontella skjuvzoner ("slickenslides ) med parallellorienterade glimmerfjäll på bankar byggda av glimmerrika
jordar och som utsatts för tung trafik. Dylika zoner kan även studeras
i naturen i glimmerrika bergarter som utsatts för skjuvpäkänningara Tubey (1961) har blandat kommersiell glimmar i några glimmerfria jordarter för laboratorieförsök och funnit rätlinjiga samband mellan
mineralets halt och nedsättningen av torr skrymdensitet samt CBR-värde. Materialens egenskaper kunde förbättras avsevärt genom
cement-stabilisering men glimrets negativa inverkan var fortfarande märkbar.
Tubey har även undersökt ett sandigt grus, som är av särskilt
in-tresse i samband med Vles projekt, varför resultatet återges i
SelmerWOlsen (1971) har undersökt konstgjorda blandningar av kvartsm sand och glimmar med avseende på kapillaritet och porositet, närmast
för att bedöma blandningarnas tjälfarligheto Vid inblandning av
fin glimmar ökar kapillariteten något, vid grov glimmer minskar den
däremot. Porositeten ökar dock i båda fallen, varvid grov glimmer
ger upphov till den största effekten. Nämnas kan att det även visats genom direkta tjällyftningsförsök att ljus glimmar hör till det allra mest tjälfarligaste mineralet (Lambe m fl 1969).
I vissa fall har gränser för tolerabel glimmerhalt föreslagits. Dessa varierar från 10 Z (Tubey 1961, halten räknas på prov <0,5 mm) till
50 ZS det senare för finkorniga jordarter (Mc Garthy och Leonard 1963).
Enligt den förre har grovkornig glimmar större negativ effekt än finkornig, den senare har påvisat motsatt förhållande. Skillnaden torde bero på olika graderingar för de undersökta proven och Skild
försöksmetodik. Jordartens betydelse har framhävts av Moore (1971)
som nämner att ett innehåll av blott 5 2 glimmar fördubblar sands
kompressibilitet medan silt knappast påverkas av mineralet. Rostron (1964) har funnit samband mellan deflektionen i fält av
flexibla vägkonstruktioner och glimmerhalten (jfr mom 9) i under* grundsmaterialet. Något gränsvärde för tolerabel halt av mineralet anges dock ickec Förslag till dimensionering på glimmerrika under* grundsmaterial gives.
I sammanhanget kan även nämnas att glimmerrika bergarter är ofta
besvärliga ur borrningsw och sprängningssynpunkt (Lien 1971 resp Bergh-Christensen 1971). Glimmermineralens energiabsorberande verkan bör vara huvudsaken. Nüneralets negativa inverkan är vidare
mest markant vid hög anisotropigrad då parallellorienterade glimmar"
skikt ger riktningsberoende egenskaper.
3. PROVMA.ERIAL OCH PROVBEREDNING
Det berggrus som använts som basmaterial för glimmerinblandning härstammar från stenbrott vid Äskekärr, beläget ca 2 mil sydväst om Mariestad. Bergarten ingår i den västsvenska gnejsformationen
men krossprodukten är ej så extremt spröd som många andra prov
från berggrundsformationen. Styrkegraden är 2 och Los Angelestalet 28 (gradering B). Bergarten är tämligen finkornig och har även
"förstärkta" genom viss deformation av mikrostrukturen. Den inne*
håller viss halt av glimmer vid sidan av dominerande hornblände och det torde vara mycket besvärligt att finna bergmaterial (hortu
sett från viss kvartsit, kalksten m m) som är helt fritt från
mineraler. Det eftersträvades dock att berggruset skulle vara ett
tämligen "normalt" vägmateriala Halten av primär glimmar försummas
i detta sammanhang då det är mkaet svårt att kvantitativt bestämma
dess halt och gradering i stenmjölet (jfr mom 9).
Den undersökta graderingen för basmaterialet framgår av fig.3. På grund av laboratorieutrustningens klena-dimensioner fick berggruset "nermodelleras" till Orlö mmi något som försvårar överförandet av laboratoriedata till fältförhållanden, då material med övre partikel*
Storlek mellan 25 och 50 mm användes i det senare fallet. Proven sammansattes av delfraktioner Orá, 4 8, 8*12 och 12 16 mm. Den er*
iållna graderingen innehåller dock något för litet grova partiklar i jämförelse med den "idealparabel" som anses ge tätaste packning. Den glimmer som använts för inblandning består av kommersiell
muskovit (ljus glimmer) av den finaste gradering (fig. 2) som kunde erhållas. Muskoviten bildar bladiga korn som lätt låter sig spaltas
till än mindre fjäll. Kompaktdensiteten är 2380 g/cm3 och den
rela-tiva hårdheten enligt Mohs skala 2-2,5. Glimmer är ett lättavnött men samtidigt mycket elastiskt mineral.
Några bilders tagna i svepelektronmikroskop vid hög förstoring,
illustrerar dels uppspruckna glimmerpackar bland andra mineral i brottytor av två bergarter (foto l), dels närbilder på korn av den
glimmar som blandats in i berggruset (foto 2).
Kornkurvan för erhållen glimmar jämföras med basmaterialets Grå nmx
i fig. 2 och mineralet visar sig vara alltför jämnkornigt. Det
ansågs dock önskvärt att graderingarna skulle vara bättre jämför"
bara vid undersökningen. Försök gjordes först att bryta ner glimmern
VTI
med ringa framgång. De bladiga kornen "svävar" sannolikt i maskinen och stålkulorna (som lyftes av en inre fläns) utövar ingen krossm ningseffekt p 8 a mineralets slagdämpande verkan.
Glimmern siktades därför upp i delfraktioner ner till 0,074 mm, så
gott som det bladiga mineralet låter sig rensiktass och prOportione* rades för att motsvara basmaterialets 0"4 mm i graderingshänseende. Avvikelserna i material <09074 mm är dock icke undersöktae Det
torde vara tämligen meningslöst att utföra sedimentationsanalyser på glimmerrika prov. Den bladiga kornformen ger maximal avvikelse
från Stokes lag (som förutsätter sfäriska korn) och glimmern HsvävarH vid sedimentation. \
De blandningar som undersökts innehåller 0, 2,52 5,0 och 10,0 viktWZ
glimmer, räknat på prov <4 mm, Betraktas prov.<16 mm skulle halterna
approximativt behöva halveras. Även vid den minsta glimmerinbland* ningen får provet ett "fett" utseendea En viss viktsmängd glimmar skulle vid motsvarande fraktion innehålla betydligt fler korn än
vad som är fallet vid mer kompakta mineral (ex fältspat3 kvarts, hornblände). Det fjälliga mineralets specifika yta är även avsevärt större; De vattenbindande egenskaperna beror sannolikt även på att
vatten i viss mån kan sugas in mellan bladen i glimmerpackarna (jfr foto 1 och 2).
Det är sannolikt att glimmermineralets inverkan kan vara mer markerad_
i de "konstgjorda" blandningarna än i "naturliga" glimmerrica berg"
grus. Glimmerkornen blir bl a tämligen stora i förhållande till de
grövsta partiklarna (16,0 mm) i proven i det första fallet. Det
kommersiella mineralet är även i och för sig tämligen grovt i för-hållande till den glimmar som frigöres vid krossning av de flesta glimmerrika bergarter.
4. PACKNINGSEGENSKAPER
Proven har instampats enligt AASHO mod (som nära motsvarar Svenska
Geotekniska Föreningens tunga laboratorieinstampning). Det kan kon-stateras (fig. 3) att en Viss nedkrossning av basmaterialet skett
genom packningen. Det har vid tidigare undersökning av annat berggrus
(Häbeda m fl 1974) kunnat påvisas att iaboratoriestampningen gav en nedkrossning som ungefärligen m0°svarade den som erhölls i fält
;a
av den kombinerade effekten av utbredningy packnin; genom vibrowi' \.
vält och byggnadstrafike (Fältstudierna gjordes vid motorvägsbyggst KodeuFt Höga)o Det framçom dock samtidigt att den relativa halten.;
-\ av ler och kolloider i finmaterialet blev större vid vägförhållanden,
ncgot som tyder på att nötningspåkänningarna under byggnadstrafiken arit större än vid laboratorieförsöken.
De glimmerhaltiga proven (fi . äro) har icke krossats mer vid pack*GQ
ning än basmaterialets möjligen kan t o m en avtagande tendens för"
märkas. Slutsatser är dock vanskliga n g a det begränsade försöks" materialet. Som nämnts i inledningen kan även prov av glimmerhaltiga
stenmaterialeraålla god styrkegrad ellerLos Angelestal genom att
t o 1 0,. . 1.. O
mineralet ger sophov tili fjadrande ocn slagoampa de egenskaper at
partiklarna i proveto
Resultat från packningsförsök redovisas i tabell 1, sambanden mellan
provens torra skrymdensitetS portal och packningsvattenhalt framgår vidare av fig. 7 och 8. För definitioner hänvisas tiil Svenska
Geotekniska Föreningens förslag (Byggforskningens informationsblad
B22l97l e Det framkommer att skrwmdensiteten avtaäer markant ochI ,
nära lineärt med ökande glimmerhalt (jfr fig. 9), dessutom verrar_
det som närvaron av mineralet gör att en tendens till optimal
vattenhalt blir allt mindre markerad. Glimmerfjällen har som
tidigare nämnts en stor specifik yta och dessutom förmaga att binda
.. -- ' - .. 4 få « , 11 1 1 ° ,q ,ar In T
4'-vatten till kornytorg nagot som kan vara av tetyoeise 1 samaannanget.
Gruner (1953) nämner aven att glimmerrika jordmaterial ger upphov till flacka packningskurvor.
q
0 o . o .M ..>
Den aktuella muskov1tglimmern har hogre kompaktdensitet (2g80 g/cmy) än basmaterialet (2,69 g/cm3), varför en viss glimmerinblandning ur den synpunkten icke försämrar skrymdensiteteng På grund av den bladiga kornformen får dock en samling glimmerkorn i lös lagring en
korthusstruktur med mycket högt hålrum. l blandning med andra mine"
ralkorn utövar glimmerfjällen en överbryggande och hålrumsskapande verkan. Mineralets fjädrande egenskaper motverkar även god packning
Försök har icLe gjorts vid olika packningsarbetei men det förefaller
T:få min.
osannolikt att Väsentliga förbättringar i torr skrymdensitet
0
erhållas ps grund av glimmerkornens fjädrande egenskaper. Vissa\ undersökare (Tubey 1961, Crafthohnsoo 1969) har även funnit ett
ökad skrymdensitet icke alltid resulterar i nämnvärd större hårig* het vid glimmerrika jordare Det är även möjligt att något annat
' c o .1 O . o
packnlngsrorfarando ex genom tryck erler knadnlng) kan ge nagot
0 0 0 . 4 . 0 a I ..
packnlng pa sadams gllmmerrrks materrelñ
[r--ml 0 g ul ra t, U; bättre resultat än fsllvh [2 " 1 E....J 3 ro.. ., p å 3...5 i ?_.J 1") ff),. 3-4 M H' 7*1 7"! U) rar m:7...* '-1;73.»4.,nu ( D 2"; H -a C 1 ?'â H b H ,..4 (3 .M- W 02 <1 (13små'i 'D QF'p..3 U] ...4 7.3' (D (3.: En :l- -.-..\ ,. -aH M" 0 :3: F?" C) (E) N :m H 9,.0 T:)
försök vid tidigare.s preliminyr undersökning av berggrus
med oliks petrogrsfisk sammansättning (Höheds och Bünsow, l872)ç Tubey (1961) har även kommit fram till likartade results, vid in
blandning av dels finns dels grovkoroig glimmar i några olika JOYÖ arterw Enligt fig. 1 a avtager skrymdensiteten lineärt med glimmar*
halterc
5. EÅRÃGHETSBGENSKAPER
*1 - ' ' . ° *v w .. V- 7 r - _ 1 \ °
ha undersosnlhg har gjorts enlrgt th metodeh (Engman ;973) ps prov
1om forst stemosts med packnrngserbete motsvarande AAbRO modaos: D . -1 . e0
L
större provoylinder (5 l volym) användes vid bärighetsmätningsrns
erhålles dock något högre skrymdensiteter än i normal instsmp" ningscylinder med 11 volym, Erhållna packningsdata framgår av tabelr
25
Provens överyta har belastats med cirkulär stämpel av 5,0 cm diam
meter och till en belasthingsintensitet av 5,0 kp/cmZ. Provytao utanför stämpeln har icke belastats, dels för att berggrusets be_ teende under ganska tunn beläggning är mest intressant, dels emedan -materialegenskaperna tydligast framträder vid valda försöksförn
C'
hållanden. Emmodulen har beräknats sommedeltalet av J sådana be"
lastningar enligt nedanstående formel:
varvid E = Emmodulen i kp/cm
195 2 konerant för oirkuIär p1atte a : cirku1ära plattans radie i cm 80 2 belastningsintensiteren i 'Rip/em2
0 a
r,
8 m elastieke återgangen som medeltal av 5 belastnlngar Provniugerna gjordes ti11 att börja med vid instempningsvattenha1terg
därefter vettenmättedee proven kapillärr och förnyade Emmodu1"
beetämniegar utfördes. Det visade dig dock arr de g1immerhe1tige
proven blev så inetabila genom "vattenmâttningen" att skjuvbrott
erhölls före avsedd beleetningsinrensiteta Detta skedde i de flesta
i?
H 0 n o . _l_ _. u ( _ H -_ I _ .. 4_ i,
fall aven Vid de lägsta glramerhelterna. Resuleat från vattenmetreme
provninger har därför ej kunnat medtagasz
Erhållne modulvärden framgår av tabe11 2. Det_må$te framhållas etr värden från 1aboratorieför3ök på berggrus icke kan användas som under1eg vid vägdimensioneringç Berggrrset har varit nermodellerat och spänningeförhållandena vid provningen är även odefiüieradei specie11r när det gäller inverkan av det sidotryck som fremkellas
av oven1iggende lager. Högre.eidorryck resulterar i bättre modul* värde (Barksdale 1972), även om förhållandena vid glimmerrika prov
icke verkar varanärmare undersökta.
Basmaterialet her egenskaper (figu 10 och 11) som liknar de för ett tämligen "norma1t" berggrus vid motsvarande provningsförhå11anden (Höbeda och Bünsow 1972, 1973 Höbeda m,f1 1§74b). Modulvärdene är tämligen höga vid låg vattenmättnedsgrad9 men med ökande instampw ningsvettenhalt förlorar proven i bärighet. En stor bärighetereduk" tion äger rum vid vattenmättnadsgrader >60 Z. Vissa undersökare (Haynes och Yoder 1963) har vid treaxie1försök tyckt sig finne att
en vattenmättnadsgrad på ca 80 X är "kritisk" vid berggrus, dvs efter detta värde sker det en stor bärighetsnedsättning. I princip motsvarande resultat har även erhållits vid SEBnprovning av annat material av våtmixtyp (Höbeda och Bünsow 1973). Att aktuellt prov
tappar bärigheten redan vid lägre vattenmättnadsgrad kan delvis
bero på en icke helt "ideal" gradering där de grova partiklarna_är
VTI
10 Vid inblandning av glimmar förändras berggrnsets bärighetsegenskaper
totalt (fig. 10 och 11); Modulvärdena blir låga oberoende a vatten*
mättnadsgrad. Överstiger denna 75 till 90 2 sker det dock en ytterm
ligare, mer eller mindre markant bärighetsreduktione De glimmar" haltiga proven måste bedömas som vattenkänslira och som tidigare nämnts uppträdde också skjuvbrott efter kapillär vattenmättning. De
bladiga kornens förmåga att binda vatten och det relativt stora
hålrummet i proven gör dock att en bärighetsnedsättning2 som sannom
likt beror på positivt porvattentryek vid belastningg framträder vid högre instampningsvattenhalter än för glimmerfattiga prov med motsvarande gradering.
Den stora effekten av redan den mindre glimmerhalten (2,5 vikt"Z) är överraskande. Verkan av 590 viktrz glimmar är tämligen likartad. Provet med 10,0 viktrZ glimmer karakteriseras av att modulvärdena är mycket låga redan vid ringa vattenmättnadsgrader och bärighetsw
kurvorna har blivit mycket flacka, utan att någon markerad bärigw
hetsreduktiOn skett vid hög vattenmättnadsgrad.
Moddlvärdena har avsatts som funktion av glimmerhalten vid samma instampningsvattenhalter i fig. 12. Redan en låg glimmerhalt kan
utöva mycket stor inverkan vid de lägre vattenhalterna, sannolikt genom att mineralets fjädrande egenskaper kan göra sig starkt gällande. Vid hög instampningsvattenhalt maskeras däremot denna
effekt genom vattenmättnadsgradens inverkan. Proven får även en
starkt ökad benägenhet till permanent deformation vid höga vatten"
mättnadsgrader.
Anmärkningsvärt är att en viss förbättring av modulvärdet inträffar
för glimmerinblandade prov vid medelmåttig vattenhalt resp vatten*
mättnadsgrad innan bärighetsreduktionen sker. Detta har skett vid samtliga glimmerhalter (jfr även mom 6)_varför det icke kan vara' fråga om en slumpmässig variation. Denna effekt är svårförklarlig»
Jämföres erhållna resultat med slutsatser från preliminär underw
sökning, (Höbeda och Bünsow 1972), bl a på primärt glimmerrikt
berggrus, framkommer en tämligen god överensstämmelse. Mineralets
vattenbindande egenskaper beaktades dock icke tillräckligt vid tidigare tillfälle och vattenmättnadsgraderna blev därmed tämligen
ll
låga. Det framkommer även av mom 2 att andra författare, som studer
rat glimmerrika jordarters bärighetsegenskaper vid laboratorieförr sök, kommit till i princip likartade resultat-beträffande mineralets inverkan. Olika uppfattningar råder dock angående tolerabel glimmar* halt. Tubey (1961) anser således att 10 vikt-Z kan tolereras i
väg-material, dock utan att närmare definiera läget i vägkroppen. Vid
grovkorniga jordarter räknas därvid halten på material <O,5 nmn
Me Garthy och Leonard (1963) nämner däremot så hög tolerabel glimmar*-halt som 50 vikt-Z. Det är sannölikt att tämligen höga glimmar*-halter kan tillåtas i finkorniga jordarter med redan dåliga vägtekniska egen* skaper. Därav följer att mineralets negativa inverkan bör vara speciellt stor vid sådana vägmaterial som vid ringa glimmerhalt har goda bärighetsegenskaper.
Enligt föreliggande undersökning kan redan en halt av 2,5 viktrz
(räknat på material <4,0 mm) föranleda en väsentlig kvalitetsför* sämring av underSökt bergrus, även om inverkan kan vara mindre för de i praktiken använda materialen som kan ha övre partikelstorlekar
upp till 50 mm. Det framkommer dock (jfr mom 6) att icke enbart
glimmerhalten, utan även mineralets gradering i berggruset är av
betydelse för bärighetsegenskaperna. Halten av grova glimmerfjäll I verkar vara speciellt viktig.
6.
BÄRIGHETSBESTÄMNINGAR PÅ PROV SOM FÖRST NÖTTS NER I Los
éNQELESTRUMMA
Försök har tidigare gjorts att i laboratoriet simulera den nedbryt-ning av berggrus som sker i vägen genom utbrednedbryt-ning, packnedbryt-ning och av byggnadstrafik. Detta utfördes med hjälp av en kombination av in-stampningsförsök och nötning i Los Angelestrumma, varvid den senare
kördes utan normerade, ca 0,4 kg tunga stålkulor (Höbeda m fl 1974).
Det kunde nämligen konstateras att den nedbrytning som erhölls vid enbart instampningsförsök (AASHO mod) eller också enbart Los Angelesr provning (med normerade stålkulor) icke helt motsvarade
fältpå-känningen i nötningshänseende, även om graderingarna kunde bli täm-ligen likartade. Detta framkom främst genom utförda sandekvivalent* bestämningar (mom 8). Större nötning verkade kunna ske i Vägen genom trafikpåkänningar vilket gav upphov till mer ler och kolloider i
finmaterialet. VTI. Rapport nr 55
En liknande undersökning ansågs vara av intresse även vid de glimmar" haltiga proven. Tidigare hade försök gjorts att bryta ner ren glimmar
i Los Angelestrumma, både med och utan stålkulor, men utan större
framgångç Det visade sig dock att nedbrytningen av de glimmerblandade
preven blev betydligt större, även vid behandling utan stålrnlor
(fig. 13"15). Sannolikt kan de hårdare kornen i basmaterialet verka
som ett otal tämligen små malkroppar och nöta ner de avsevärt mjukare
glimmerfjällen.
På grund av materialbrist fick undersökningen göras på de tidigare
testade, sparade proven. Tyvärr hade dock det först undersökta basw _
materialet icke blivit sparat. Proven har således varit instampade
en gång tidigareo De behandlades först utan stålkulor i Los Angelesw
maskin vid 500 varv. Den nedbrytning som därefter kunde konstateras efter ytterligare en instampningsprocedur i Emmodulcylinder var av en omfattning som väl kan tänkas ske av trafikpåkänningar inne i en vägkonstruktion (fig. 13 15). De packningsdata som erhölls framgår
av tabell 3,
Bärighetsbestämningar gjordes på de instampade proven i enlighet
med det föregående. Erhållna modulvärden framgår av tabell 3 samt
fig. 16 och 17. Det visar sig att nednötningsproceduren har väsent*
ligen förändrat provens egenskaper. De två proven med 2,5 och 5,0.
vikt-Z glimmer har mer kommit att likna basmaterialet i bärighetsr hänseende (jfr fig. 10 och 11). Speciellt gäller detta provet med den lägsta glimmerhalten.
Prev, innehållande 10,0 vikt-Z glimmer, har erhållit ett tämligen oregelbundet förknu>,liknande det för 5,0 Vikt-Z glimmar vid icke
' n
"glimmertendenserna
först nednött prov, och de tidigare konstaterade
finns påtagligt kvar. Den redan tidigare konstaterade tendensen till bärighetsförbättring före nedsättningen vid hög vattenmättnadsgrad
(jfr mom 5) framträder således speciellt tydligt.
Medulvärdena har avsatts som funktion av glimmerhalten i fig. 18 vid konstanta instampningsvattenhalter. Vid de två lägre vatten" halterna minskar bärigheten med ökande glimmerhalt, vid den högsta
13
vattenhalten överlagrar tydligen vattenmättnadsgradens inverkan
mineraleffekten. Detta konstaterades redan vid de tidigare, icke
i förväg nednötta blandningarna (fig. 12).
Finmaterialhalten i proven har ökat efter nednötningen i Los Angeles-trumma (jfr fig. 3-6 och fig. 13-15), vilket gör att jämförelser med föregående serie av själva glimmereffekten försvåras. Enligt
erfarenheter från tidigare försök, varvid finmaterialhalten varie* rats genom proportionering (Höbeda och Bünsow 1972 och 1973), ökar
dock berggrus vattenkänslighet med ökande finmaterialhalt, även om bärigheten vid låg vattenmättnadsgrad kan vara mycket god. Vissa för materialen karakteristiska bärighetsegenskaper, som bl a beror
på den petrografiska sammansättningen, bör dock vara märkbara trots olika finmaterialhalter.
Orsaken till de förändrade egenskaperna för nednötta prov, främst
.vid de två lägre glimmerhalterna, torde delvis få sökas i de efter
packning uppnådda högre skrymdensiteterna (jfr tabell 1 och 3).
Vidare bör en väsentlig nedbrytning av glimmerkornen ha ägt rum genom behandlingen i Los Angelestrumma, varvid de större kornen har sönderdelats. Bildade fina.fjäll har icke länge samma
över-bryggande och andra, mer kompakta mineralkorn åtskiljande samt hålrumsskapande verkan som de större, utan kan bättre inordna sig
i provets hålrum. Nedbrytningen verkar av kurvförloppen i fig. 16 och 18 (i jämförelse med basmaterialet i fig. 10 och 11) ha gått ganska långt vid 2,5 viktrz glimmar, men vid 10,0 vikt-Z kan fort*
farande ganska många grova glimmerkorn finnas kvar i provet. Vid
hög glimmerhalt kommer sannolikt äVen mycket fina korn att kunna utöva större negativ inverkan. De får nämligen icke länge plats i hålrummen i provet utan kommer även att hamna mellan andra mine*
ralkorn i större omfattning. Därvid bör även mineralets speciella egenskaper kunna göra sig mer gällande.
Det framgår av gjorda försök att kunskap måste finnas både om glimmerminerals halt och gradering i ett bergrusmaterial för att
en relevant bedömning av de vägtekniska egenskaperna skall kunna göras.
14
7. 'VATTENGENOMSLÄPPLIGHEZ
När undersökningarna av berggrus egenskaper påbörjades (Höbeda och
Bünsow 1972) ansågs det vara av vikt att undersöka instampade provs
permeabilitetsegenskaper. Vägskador, som skylls på olämpligt bär*
lagermaterial uppträder främst vid fuktiga perioder.(höst och vår). Föga vattengenomsläppligt bärlagermaterial kan bli sviktande vid
höga vattenmättnadsgrader, främst på grund genom uppkomsten av por_ vattentryck.
En speciell permeameter med variabel tryckhöjd inköptes för ända-målet. Tyvärr har hittills inga direkta samband mellan vattengenom*
släpplighet och bärighetsegenskaper kunnat konstateras.
Det ansågs dock av intresse att i viss mån studera hur glimmerhalten påverkar berggrus vattengenomsläpplighet då några andra undersök-ningar härav icke är kända. Proven instampades med motsvarande
pack-ningsarbete som AASHO mod i en särskild behållare med ca 1 l volym.
Packningen (jfr tabell 1 och 4) tenderar härvid att bli något sämre än i en "normal" instampningscylinder, sannolikt beroende på att cyw linderns bottenplatta kan fjädra något (ett metallnät har lagts över den porösa stenskivan).
Erhållna permeabilitetskoefficienter framgår av tabell 4 och fig 19. Glimmerinblandningen har tydligen mycket liten inverkan på provens vattengenomsläpplighet. Faktorer som ökande instampningsvattenhalt
roch därmed ökande skrymdensitet och minskande portal verkar däremot
hämmande på vattengenomsläppligheten.
Genom att hålrummet i provet växer påtagligt genom glimmerinbland* ning utan att samtidigt vattengenomsläppligheten vid en viss instamp"
ningsvattenhalt nämnvärt förändras (fig 20 och 21) kan mineralet än
-då sägas ha en permeabilitetshämmande effekt. Tydligen balanseras det större hålrummet i provet genom mineralets förmåga att till korn ytor binda vid vattenströmning icke verksamma vattenskikt.
En enda undersökning av vattengenomsläpplighet har gjorts på prov (5,0 vikt-Z glimmerinblandning)-som dessförinnan behandlats i Los
Angelestrumma. Det har erhållit markant mindre vattengenomsläpplig-.
het (fig'19). Orsaken torde främst kunna Sökas i det efter packning
uppnådda mindre hålrummet.
8. SANDEKVIVALENTVÄRDE
Den i USA nermerade metoden (ASTM D 2419) användes även i en del andra länderg bl a Danmark (Thagesen 1966). Sandekvivalentvärdet
egenskaper och vissa gränsvärden har därför uppställts (j r fig. 22).
anses stå i viss relation till överbyggnadsmaterials bärighets-f
Metodens-användbarhet har tidigare i någon mån studerats på svenska
bärlagermaterial (Höbeda och Bünsow 19723 19733 Höbeda m fl 1s743)a
Det har därvid framkommit att prov med låga sandekvivalentvärden även karakteriseras av stark vattenkänslighet i bärighetshänseende. Finmaterialet i sådana prov har plastiska egenskapers dvs förhållande* _Vis hög halt av ler och kolloider. Det framkom dock att glimmerrika
berggrus icke utan vidare kan värderas enligt sandekvivalentmetoden då prov med tämligen dåliga bärighetsegenskaper kan ge gynnsamma värden. Detta har ytterligare verifierats genom föreliggande under*
sökning.
Erhållna sandekvivalentvärden efter instampning enligt AASHO mod framgår av nedanstående sammanställning:
Sandekvivalent Sandekvivalent efter
' Los Angelesnötning
Basmaterial 63 (61-65) _ *
2,5 Z glimmerinblandning 62 (61*64) 44 (41*47
5,0 Z " 65 (63467) 42 (38*46)
10,0 2
"
58 (56-61)
43 (43-48)
Trots spridningen av försöksvärden föreligger det en klar tendens till att glimmerinblandningen icke nämnvärt förändrat basmaterialets sandekvivalentv'árdee Nednötningen i Los Angelestrumma har reducerat'
värdena men de är fortfarande? trots ganska hög finmaterialhalt9
på den godkända sidan enligt fig. 22. Det har tidigare framkommit att motsvarande nedsättning av sandekvivalentvärde sker vid lik-artad behandling även vid icke glimmerinblandat berggrus (Höbeda
16
Det kan därmed konstateras att glimmermineralets starkt bärighets*
nedsättande effekt icke framkommit genom sandekvivalentbestämningen
och särskilt gäller detta de prov som först icke utsatts för ned"
nötning i Los Angelestrumma. Nedbrytning genom ännu starkare nöt-ningSpåkänning kan dock så småningom komma att reducera sandekviva*
lentvärdena till oacceptabelt låga nivåer. Nötning i fuktigt till-stånd inne i en väg kan enligt tidigare erfarenheter också ge upphov till annat.2 mer lerigt och plastiskt finmaterial än torrnötning i Los Angelesmaskina Det har i annat sammanhang även kunnat konstateras för ett visst stenmaterial att fuktighet kan åstadkomma en nedbrytr ning till finare korn än motsvarande påkänning i torrt tillstånd
(Höbeda 1974b).
Efter nötnineen i Los Angelesmaskin har proven förlorat "glimmerr
» egenskaperna" i större eller mindre grad. Inverkan är störst vid de
lägre glimmerhalterna. Efter en stark nedbrytning av glimmern genom
nötningspåkänning kan ett prov sannolikt så småningom kunna jämföras i bärighetshänseende med prov som innehåller "primärt", plastiskt finmaterial. Indikationer föreligger att sådant starkt sönderfall av glimmern kan ske i vägens övre lager. Prov av glimmerrikt bärlagerw material, som ;agits från skadade vägpartier5 har således kunnat
erhålla ogynnsamma, låga sandekvivalentvärden, medan prov av samma
materüü_från upplagshög legat väl på den godkända sidan enligt fig.
22 (Höbeda och Bünsow 1972).
9. KYANTITATIV'BESTÄMNENG AV GLIMMERHALTEN I VÄGMATERléL
Då glimmerns skadliga inverkan blivit dokumenterad i olika samman-hang har försök ej saknats att utveckla metoder för kvantitativ bestämning av mineralhalten i vägmaterial. Tubey (1963) har gjort
en utredning av metoder som är tänkbara i vägsammanhanggnämligen: A. Analysmetoder
l. Petrografisk, mikroskopisk undersökning ' 2. Kemisk analys
3. Differentialtermisk.analy.
4. Röntgenanalys
17 . Separationsmetoder . Sedimentation . Flotation B 1 2
3. Avskiljning med tunga vätskor 4. Vibrationsavskiljning
5 . Dielektrisk avskiljning
Av nämnda metoder gjordes specialstudium av vibrationsavskiljning på lutande platta, varvid de fjälliga glimmermineralens benägenhet
att häfta vid plattan och de mera kompakta mineralens tendens att
rulla ner utnyttjades. Vidare undersöktes dielektrisk avskiljning, medan överiga metoder ansågs vara olämpliga för rutinanalyser. Glimmerseparation visade sig möjlig vid fyra provade jordar enligt nämnda två metoder om mineralet var i sand- eller siltfraktionen. Metodernalun veterligt ej senare kommit till rutinmässig användning. .Metoder som avskiljning genom tunga vätskor eller flotation är mer
omständiga, det kan även vara svårt att separera glimmar från andra
mineral med likartade egenskaper (kompaktdensitet resp ytegenskaper).
Nämnas kan även att förförsök gjorts att separera glimmer från betongsand i full skala med hjälp av en speciell, lutande platta
(Ramacciotti 1961). Ekonomiska aspekter förhindrade dock genomföran-det av projektet och nedsättningen av betonghållfasthet genom glimmern
kunde kompenseras genom högre cementhalt.
Rostron (1964) har använt glödgningsförlusten vid 10000 C på torkat material >0,074 mm som ett indirekt mått på glimmerhalten i under-grundsmaterial. Glimmer innehåller nämligen kemiskt bundet vatten som kan bortdrivas först vid höga temperaturer. Vissa andra mineral kan även innehålla kristallvatten, och då olika glimmervarianter dessutom gör detta i varierande grad,kan bestämning av glödgnings-förluster endast ge ett approximativt mått. Rostron har dock tyckt sig finna samband mellan glödgningsförlusten hosoundergrundsmaterial ?Och deflektionen av vägkonstruktioner vid mätning med Benkelmanbalk.
Erhållna resultat äger validitet vid de speciella förhållandena.i
18 Mikroskopisk analys av ca 0,03 mm tjocka slipprov utgör en tämligen billig och snabb metod för bestämning av glimmerhalten i bergarts"
material. Ett slipprov har dock en yta på ett fåtal cm2 och det främsta problemet blir därmed att framställa representativa
prov-preparat. Noggrann utvärdering av glimmerhalten i ett enda, slumpvis uttaget slipprov kan ofta leda till missvisande resultat. Glimmer-halten i uppsiktat jordprov kan även (i varje fall i fraktioner >0,074 mm) bestämmas genom mikroskopisk räkning, antingen av lösa
mineralkorn eller korn i slipprOV. I det senare fallet måste dock en plastingjutning först framställas.
Det måste konstateras att en verkligt säker rutinmetod för kvanti". tativ utvärdering av glimmerhalt saknas. De flesta metoder erfordrar'
tämligen omfattande specialkunskap och ofta även ganska komplicerad apparatur. Lyckligtvis behövs icke bestämning av glimmerhalten i beläggningsmaterial om sliptalsprovning utföres. Glimmerns negativa
effekt framkommer genom högt sliptalsvärde. Metoden kan även till*
gripas med omdöme vid bedömning av bergmaterial som avses att krossas till bärlager. Vissa mjuka bergarter som kalksten kan dock trots dåligt sliptal ofta med framgång användas till vägars bärlager.
10.
SLUTSATSER
Litteraturstudier har visat att glimmer kan ha väsentlig
negativ-in-verkan på vägmaterials packnings- och bärighetSegenskaper. Utländska
undersökningar har dock' i regel gjorts på finkorniga, glimmerrika undergrundsmaterial. Mineralets inverkan verkar vara störst vid sådana grövre jordarter som har goda vägtekniska egenskaper vid ringa glimmerhalt.
*örsök har gjorts på olika håll att utveckla rutinmetoder för kvan-titativ bestämning av glimmerhalt men någon säker metod har dock ännu icke framkommit.
Vid VTI:s undersökning har prov 0-16 mm blandats med kommersiell ljus glimmar i gradering som motsvarat den för stenmjöl Owá mm i
provmaterialet. Halterna har varit 2,5, 5,0 och 10,0'viktrz. Då det
19 "nedmodellerade" berggruset haft tämligen ringa övre partikelstorlek i förhållande till glimmerns kornstorlek kan mineralets inverkan ha blivit större än vad som kan vara fallet vid ett grövre berggrus
(ex 0*50 mm).
Packningsförsök har gjorts enligt AASHO mod. Nedkrossningen genom
packning påverkas föga av glimmerhalten. Uppnådd torr skrymdensitet
minskar däremot starkt och nära lineärt med ökande glimmerhalt.
Mineralet motverkar vidare tendensen till uppkomst av-optimal
vatten-halt. Packningskurvorna blir flacka, sannolikt p g a glimmerns vatten* bindande förmåga.
Bärighetsbestämningar har gjorts enligt SEBrmetoden vid en belast-ningsintensitet av 5,0 kp/cmz. Modulvärdena minskar med ökande
glimmerhalt och är låga redan vid ringa vattenmättnadsgrader, sanno_
likt tack vare mineralets fjädrande egenskaper. En viss ytterligare
bärighetsreduktion kan ske vid höga vattenmättnadsgrader (75"90 Z), sannolikt genom uppkomst av porvattentryck. Detta uppkommer vid
högre instampningsvattenhalt än vid glimmerfattiga prov med
mot-svarande gradering. Orsaken bör vara det högre hålrummet i glimmar"
haltiga prov och mineralets vattenbindande förmåga.
Den negativa inverkan av redan 2,5 vikt-Z inblandad glimmar är öVer-raskande stor och framträder särskilt väl vid låga vattenmättnads"
grader. Vid 10,0 vikt-Z är modulvärdena genomgående mycket låga
och tämligen oberoende av vattenmättnadsgraden.
Bärighetsbestämningar har även gjorts på prov som dessförinnan nötts ner i Los Angelestrumma för att i möjligaste mån simulera trafik"
nedbrytningen i vägen. Skrymdensiteten efter packning blir högre för dessa prov och modulvärdena även bättre vid låga vattenmättnadsm
grader. "Glimmereffekterna" blir mindre markerade vid 2,5 och 5,0
vikt % av mineralet, men-ärfullt nårkbara vid en halt av 10,0 viktrz
_ glimmar.
Tydligen har glimmerkornen brutits ner genom nötningsproceduren till mindre fjäll, som bättre än de stora kan inordna sig i provets hål*
20 10,0 vikt-Z glimmer verkar dock en del större korn fortfarande
finnas kvar i provet. Det förefaller således som det är de grova
glimmerkornen som utgör huvudorsaken till den dåliga packning och ringa bärighet, (den senare även vid låga vattenmättnads-grader) som konstaterats för dessförinnan icke nednötta prov. Mätning av vattengenomsläppligheten har även utförts varvid det framkommit likartade permeabilitetskoefficienter trots varierande glimmerhalt. Då värdena blivit likartade både för basmaterial och
prov med 10,0 vikt-Z glimmar, samt detta trots väsentligt olika
hålrum, måste dock glimmerfjällen anses utöva en vattengenomsläpp_ lighetsreducerande effekt. Föregående nednötning av samma prov i
Los Angelestrumma ger upphov till prov med lägre
permeabilitets-koefficienter. Samtidigt blir dock även finmaterialhalten högre.
.Sandekvivalentsbestämningar har utförtsy bl a för att spåra samband
med erhållna modulvärden. Några sådana har dock icke erhållits och analysmetoden är därmed icke lämpad för bedömning av glimmerrika bärlagermaterial. Sådana kan ha dålig bärighet trots godkända
sand-ekvivalentvärden.
21
»11.
ENGLESH_SUMMARY
THE INFLUENCE OF MICA ON THE COMPACTION AND BEARING PROPERTIES
OF BASE COURSE AGGREGArp
Studies of literature Show that mica has an essentially negative influence on the compaction and bearing properties of road materials. The foreign investigations were however usually made on fine-grained subgrade soils, often containing large proportions of mica. The in-fluence of this mineral appears greatest in the case of those coarser-grained soils which have favourable properties as road materials at
small mica contents.
Tests have been carried out by several investigators with the aim of develOping routine methods for the quantitative determination of mica'
content, but no reliable method has so far been found.
In the investigations performed by the National Road and Traffic Research Institute, samples of 0-16 mm particle size were.mixed with commercial I muscovite mica of.a grading similar to that of 0-4 mm rock flour in
the sample material. The mica contents were 2.5, 5.0 and 10.0% by weight. Since the "prepared" base course aggregate had a fairly small upper particle size Compared with the particle size of mica, the
in-fluence of the mineral may have been more pronounced than will be
'the case in a larger-grained base course material (e.g. 0-50 mm).
.Compaction tests Were performed according to the AASHO T-l80. The
extent of crushing by compaction is little affected by the mica con-tent. On the other hand, the dry bulk densities obtained decrease considerably and almost linearly with increasing mica content. The mineral also counteracts the tendenCy for the formation of an Optimum
moisture content and the compaction curves are quite flat.
Bearing tests were made according to the Swedish Earth Bearing.Method at a load-intensity of 5.0 kgf/cmz. The values of the modulus decrease as the mica content increases, but are low even at slight degrees of water-saturation, probably due to the resilience of the mineral. A further reduction in hearing strength may occur at high degrees of saturation (75-902), probably due to the presence of pore water VTI Rapport nr 55
pressure. This however occurs at higher moisture contents than in samples of similar grading with very low mica contents. The probable reason is the high voids content in the compacted.test sample and the capacity of the mineral to bind water. The negative influence-of as little as 2.5Z by weight influence-of mica admixture is surpriSingly large, and is particularly pronounced at low degrees of water satura-tion. At a Content of 10.0% by weight, the values of the modulus are consistently very low and fairly independent of the degree of saturation. Determinations of hearing strength were also made on samples which
had previously been worn in a Los Angeles abrasion machine without steel shots in order to simulate to the greatest possible extent the breakdown of base course material by traffic. The bulk densities after.
compaction are higher for these samples, and the module also better
at low degrees of saturation. The "mica effect" is less marked at 2.5 and 5.02 by weight mineral content, but is fully noticeable at
4 a mica Content_of 10.02 by-weight.
It is-evident that the particles of mica had been broken in the
-abrasion proCess into smaller flakes which can, better that the large particles, fill up the voids in the sample without any bridging
action creating further voids. At a mica content of 10.0% by Weight, however, same large particles still appear to be present in the sample. It would seem therefore that it is the large mica particles which are the main cauSe of inadeQuate compaction and low bearing strength, the latter also in the case of-low degrees of saturation as.found in samples which had not been sjubjected to prior abrasion in the Los Angeles machine.
Measurements of water permeability were alSo performed, and the coefficients of permeability found were similar in spite of variable mica contents- Since, however, the values were similar for base material ^and alSo samples containing 10,0% by weight ofmica, in spite of
substantially different voids contents, the mica flakes must be
considered to have the effect of reducing permeablility. Prior abrasion in the Los Angeles machine however produces samples with lower'
coefficients of permeability.
23' Sand-equivalent tests (ASTM D2419) were performed, one of the aims heing to see whether there was any relationship_with the values of modulus obtained. However, no relationship could be established, and this method of analysis is therefore unsuitable for the asseSS-ment of base course material which contains large quantities of
llb. Fig. 'Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. Fig. 'Fig. 10. 11. 12. 13. 14. _VTI Rapport nr 55_
ENGLISH TEXT TO FIGURES
Effect of admixture of fine and cOarse mica on a)-the dry
density and b) the CBR value for sandy gravel. According
to Tubey 1961.
Grading curve for muscovite and.the 0-4 mm.rock dust used.
The mica had been graded prior to admixture in order to have the same particle size distribution as the rock dust. Grading curve for 0-16 mm base course material before and after compaction, by the modified AASHO method, at diffe-rent water contents.
Grading curves for base course material + 2.5 Z by weight
of mica (counted in samples <4 mm) before and after
compaction, by the modified AASHO method, at different
water contents. .
Grading curves for base course material + 5.0 Z by weight of mica (counted in samples <4 mm) before and after compac" tiOn, by the modified AASHO method, at different water
'contents.
Grading curves for base course material + 10.0 Z by weight of mica (counted in samples <4 mm) before and after com-paction, by the modified AASHO method, at different water
c0ntents.
Relationship between dry density and water content for base course material with and without mica admixture.
Relationship between void ratio and water content on
com-paction for different mica admixtures.
Relationship between mica content and dry density, at different water contents.
Relationship between modulus of elasticity and water content on compaction for different mica admixtures.
Relationship between modulus of elasticity and degree of
saturation for different mica admixtures.
Modulus of elasticity_as a function of mica content for different-water contents on compaction.
Grading curves for base course material with 2.5 Z mica before and after 500-revolutions in the Los Angeles cylinder without steel balls, followed by compaction, by the modified
AASHO method, at different water contents.
Grading curVes for base course material with 5.0 Z mica
before and after 500 revolutions in the Los Angeles cylinder
without steel balls, followed by compaction, by the modified
kn
N
'
15. Grading curves for base course material with 16.0 Z mica Fig.
before and after 500 revolutions in the Los Angeles cylinder without steel balls, followed by compaction, by the modified AASHO method, at different water contents»
Iri'go 160
' compaction for samples with different mica contents, after abrasion in the Los Angeles cylinder.
1.7.
Modulus of elasticity as a function of degree of saturation for samples with different mica contents, after abrasion inthe Los Angeles cylinder.
18, Modulus of elasticity as a function of the mica content at different Water contents on compactions
19. Relationship between coefficient of permeability and water content on compaction for samples with different mica con" tents. One sample has also been abraded in the Los Angeles
cylinder prior to measurements.
Relationship between coefficient of permeability and the dry density for sampels with different miCa contents. One
sample has also been abraded in the Los Angeles cylinder
prior to measurements.
'Fig. 20.
Relationship between coefficient of permeability and porO* sity for samples with different mice contents. One sample has also been abraded in the Los Angeles cylinder prior to measurements.
Fig. 21.
Correlation between the sand equivalent value and plastici index and the proposed limiting-values for asphaltic conc and base course material (according to Pettitt 1971).
Fig, 22.
w.,
.i
Scanning electron microscope photographs of cleavage surfaces in a) micaceous gneiss and b) micaceous schistw
Showing broken and fissured mice. Magnifications of 6,6OOX
and 37,500):1 i
Photo 1.
Photographs taken in a scanning electron microscope of muscovite flakes (with adherent small particles) from a) the flat side and b) the edge. Note the cleavage into flakes of decreaSing thickness. Magnification approx. _75,OOOX. (Photographs by AB Analytics).
Photo 2.
43 ..
26
-12. REFERENSER
Anonymusz: Micaceous Soil, Chief problem at Atlanta Airport, Roads
and Streets, nr 7, 1949. '
Rarksdale, D.R.: Repeated load test evaluation of base course
'materials. School of Civil Engn. Georgia Institute of Technology,
1972.
gergh-ChriStensen, J.: Klassifisering med henblikk på sprengbarhet. Bergmekanikmötet i Oslo 1971.
Sulman, J.N.: The engineering properties of three micaceous soils
from Ghana, Road Research Laboratory, Lab. Note LN 559/JNB.
_ghu, T.Y:97Humpries, W.K.: The application and refinement of , triaxial tests on subgrade materials for the design of flexible
pavement structures. Dep..of Civil Engn. Univ. South Carolina, 1965. PB 172952.
graft-Johnson, J.W.S,, Bhatia, H.S., Gidasu, Drmj: The strength Characteristics of residual micaceous, soils and their application
to stability problems. Proc. 7th Int. Conf. Soil Mech. 1969.
Rager, W.L.: Bituminous pavement investigation in Utah and Colorado,
Highway Research Board, Proceedings 1950.'
Engman, S3: Bestämning i E-modulapparat av jordmaterials bärighetS* egenskaper enligt SEB-metoden, Statens väg- och trafikinstitut,'
Internrapport nr 32, 1971. '
Haynes, H.J., Yoder, E.J.: Efforts of repeated loading on gravel
and Crushed stone materials used in the AASHO road test. Highway
Research Record 39, 1963.
HOOH, RøC- Sharna, K.R.: The selection, processing and
specifica-Elbn bf aggregates for large dams. Effects.of employing micaceous
sand as fine aggregate fraction on the properties of cement mortar
and concrete. Septiême Congrês des Grands Barrages, Rome 1971. R. 14.
Horn, H.Ma, Deere, D.W.: Frictional Characteristics of minerals.
Geotechnique 12, 1962, s. 319.
v,...
upon the Optimum binder content of asphalt concrete pavements as V
determined by Hveem's CKE method. The State Institute for Technical
Research, Finland. Publication 88, 1964.
Hyyppä,_J.M.I.: The influence of the quality of mineral aggregates_
Höbeda, P.: DubbdäckSslitage på ytbehandlingssten, En undersökning
i provvägsmaskin. Statens väg- och trafikinstitut..Internrapport
nr 75, Stockholm 1972. ^
HäP?daa P , BünSOW, L.: Bärlagergrus egenskaper 4 en sammanfattning av påbörjade försök. Statens väg- och trafikinstitut. Internrapport
27 Höbeda, P.: Undersökningar av sliptalsmetoden. Statens väg- och
trafikinstitut. Internrapport nr 103? 1973.
HöbedaÄ R.: Fuktighetens inverkan på stenmaterials hållfasthets-och nötningsegenskaper. Statens väg- hållfasthets-och trafikinstitut. Rapport
nr 42, 1974a.
Höbeda, P., Johansson, G., Bünsow,_L;: Nedkrossningen av tätnings-material på bergöverbyggnad - resultat av fält- och laboratorier
försök vid företaget E6, Kode+St Höga. tatens väg- och trafik institut. Internrapport nr 147, 1974b. '
Lambe, T.legKap1ar, C.W, Lambie, T.J.: Effect of mineralogical
composition of fines on frost susceptibility of soils. Corps of Engineers US Army, Cold Regions Research and Engineering Labora*
tory, Techn. Rep. 207, 1969.
Lien, R.: Klassifisering av bergarter med henblikk på borbarhet.
Bergmekanikmötet i Oslo 1971.
Mc Garthy, D.F., Leonard, R.J.: Compaction and compressiön
Characteristics of micaceous fine sands and silts. Highway Research
Record nr-22, 1963.
Moore, p,A.: Effect of mica-an Ko compressibility of two soils
Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division Proc. Amer. Soc. Civil Engrs. SM 9, 1971.
Rettitt, A.R.: Rapid determination of plasticity index. Civil Engineering ASCE, maj 1971.
Ramacciotti, R.: Studies for removal of mice-biotite from sand'
obtained by chrushing tonalite rock. Septiême Congrês Grand
Barrages, Rome 1961, R. 112.
'Rengmark, F.: Om den mineralogiska sammansättningens betydelse
för Vägarnas bärighetsförhållanden. Svenska Vägföreningens Tid-.skrift nr 4, 1947.
Rengmark) F.: Ingenjörgeologiska problem i samband med vägbyggnadg Statens väginstitut. Speeialrapport nr 72, 1968.
Rostron, J.P.: New tests for measuring elasticity of micaceous
smbgrades and their application to flexible pavement design. .Highway Research Record nr 63, 1964.
Selmerjplsen, R4: Mineralogins betydning för kapillariteten.
Frost i jord, H. 2, 1971.
Tatet BzD., Larew3 H,G3: Effect of structure on resilient rebound
Characteristics of soils in the piedmont provinee of.Virginia. Highway Research Record nr 39, 1963.
'28 'lhagesen, B.: Sandekvivalent*ana1ysen. Dansk Vejtidskrift nr 2,
1966. I
Iubey_J L,w.: A laboratory investigation to determine the effect of mica on the properties of soils and stabilized soils. Road Research Note No RN/4077/LWT, 1961,
Tubey, L5W4: The determination of the mica content of soils.
Road Research Laboratory. Lab. Note LN/291/LWT, 1963.
Weber, gå; Anforderungen und Prüfungen üon Gesteinsmaterialien
für Strassen bauzwecke in der Schweiz. Natürliche und künstliche
Zuschlagstoffe im Strassenbau. Heft. 6. Mitteilungen des Lehr*
stuhls für Strassenwesen, Erd- und Tunnelban RheinichUWestfälische
Technische Hochschule. Aachen, 1968.
13. Tabellbilaga
Tab. 1 Resültat av instampningsförsök enligt AASHO mod. W=instampningsvattenhalt % ydztorr skrymdensitet g/cm3
n=porositet % e=portal Sr=vattenmättnadsgrad %
VTI Rapport nr 55 Basmaterial W *yd n e Sr 2,9 2,1h 20,3 0,25 31 h,7 2,18 19,1 0,2h 5h 6,5 2,20 18,2 0,22 79 7,7 2,19 18,5 0,23 90 2,5 % glimmer VW yd n e Sr 2,7 2,12 21,h 0,27 28 5,0 2,12 21,h 0,27 50 6,5 2,16 19,9 0,25 71 8,3 2,17 19,6 0,28 92 5 % glimmar W yd. n e Sr 2,8 2,0h 2h,3 0,32 31
h,7
2,07
23,5'
0,31
h1
6,7 2,09 22,7 0,29 62 8,3 2,11- 21,7 0,28 81 10,6 2,07 23,2 0,30 95 10 % glimmar W Yd n e Sr 2,7 1,98 26,5 0,36 21h,8
1,99
26,1
0,35
37
6,6 2,02 25,1 0,3h 528,0
2,02
25,2
0,3h
70
Tab. 2 Resultat av instampning (packningsarbete enligt AASHO mod) i Ewmodulcylinder och erhållna E-modulvården.
W=instampningsvattenhalt % yd=torr skrymdensitet g/cm3 n=porositet % e=portal Sr=vattenmättnadsgrad %
:Efmodul kp/cm? Basmaterial W yd n e Sr E
3,1
2,17
19,3
0,28
35
1528
5,3 2,19 18,5 0,23 63 1h307,7
2,20
18,u
0,22
91
590_
§55ézlglimmer W 'yd. n e Sr E3,1
2,13
21,1
0,27
31
801
h,9 2,19 19,0 0,23 57 689 7,6 2,17 19,6 0,2h 85 7629,1
2,16
19,9
0,25
98
h93
5 % glimmer W Yd. n e Sr E2,9
.2,11
22,2
0,29
27
815
h,8
'2,1h
21,0
0,27
h9
910
6,7
2,18
19,6
0,2h
'75
868
9,0 2,12 21,h 0,27 90 3h0 10 % glimmer W 'Yd n e Sr E3,0
1,97
27,0
0,37
22
h91
5,0
1,99
26,3
0,36
37
hss
7,5 2,02 25,1 0,3h 60 h83 10,8 2,0h 28,3 0,32 90 380 VTI Rapport nr 55Tab. 3 Resultat vid instamyning (packningsaröete enligt AASHO moá,)
varav-_rn-och erhållna Ewmoduler på prov som först mötts i Los Angelestrumma
vid 500 varv,
Wâinstampningsvatåenhalt % Yd=torr skrymdensitet g/cmj n=p0rosiået %
e=portal Srzvattenmättnadsgraå % E=E-modul kp/cmg
2,5 % glimmar
0
'va
n
e
Sr
E
2,9
2,12
18,7
0,23
81
1379
5,2
2,21
16,8
0,20
69
13h9
7,1 2,20 18,h 0,23 86 h835 % glimmar
W 'vd' n e Sr E3,0
2,18
19,2'
0,2h
3h
1357
5,1
2,21
18,1
0,22
62
-1130
7,6
2,19
19,0
0,23
88
536,
9,h
2,12
21,5
0,27
93
216
10 % glimmarW'
'Yd.
n
e
Sr
E
3,6
2,05
23,9
0,31
30
822
6,3
2,05
2h,2
0,32
53
593
7,0
2,12
21,6
0,28
69
*656
'9,9
2,10
22,3
0,29
93
277
VTI Rapport nr 55Tab. h . Resulåat vid instampning (packningsarbete enligt AASHO moä.) och erhållna permeabilitetskoefficienter.
. 0 . o I 3 o
W=1nstampn1ngsvattenhalt % ydntorr skrymdens1tet g/cm n3p0r051tet
e=p0rtal Srgvattenmättnadsgrad % k=permeabilitetsk0efficient cm/sek,
5 % glimmar efter 500'varvs mätning i Los Angelesmaskin
W wfd n e Sr k
23,9
0,31
30
2h,2
0,32
53
21,6
0,28
69
22,3 I 0,29 93 VTI Rapport nr 55 Basmaterial W Yd n e Sr k3,u
2,08
22,5
0,29
32
1,9-1044
5,5 2,13 20,8 0,26 56. 9,0010"5'6,1
2,17
19,h
0,2h«
70
8,8010"5
2,5 % glimmar W _' ya n e Sr k3,1
2,08
23,3
0,30
27
1,0.10'h
5,1
2,08
23,1
0,30
h5
1,240"h
7,2
2,09
23,0
0,30
65
6,1.10'5
8,8
2,13
21,2
0,27
89
6,710"5
5 % glimmar W 78 n e Sr k3,2
2,01
26,0
0,35
25
1,6010"h
5,6
2,03
25,3
0,3h
h5
131.10".h
7,2
2,0u
2h,6
0,33
60
8,1.10"5
8,5
2,05
21,1
0,32'
71
6,640"5
10 % glimmer W yd ' n e Sr k2,8
1,93
_ 28,6
0,h0
19
' 1,9-10"h
5,5
1,9h
28,3
0,h0
38
9,540"5
7,3
1,95
27,7
0,38
52
_9,0-10"5
10,3
1,98
26,9
0,37
76
7,0-10"5
14. Figurbilaga MO r"
l30 ,° ' KEY D 0 Non' micaccous
älzo V Course mica
*' E]"'""-' Fine mica
U 42 OP \ Figure: dcncrc number of U coincidenf points.
3:00
»--3C 3 90 *-CL 80 *-60h. DR Y DE NS IT Y --'J 0 T50»-"4c,
L-
1
1
1
1
1
1
1
i
0 10 20 _ 30 40 50 60 70 80 90PERCENTAGE HICA AS A PERCENTAGE OF THE som MORTAR (material base No.36 8.3.5.)
4 75 H W 42
a , PERCENTAGE MICÅ AS A PERCENTAbt OF THE TOTAL CRAVEL
KEY 50* G) Non mimccous ^ Y G V Coom mfcc . v ' E] E] Fint mice .
25 p
8. l , /.\ M a: IO -8/ i Q 2 5-n: z 9 r_-< c: Z Z.tt i-
a . '6 E ...I . U 0 5 - V i i a t ' l 1 1 i 0'25 70 _ 80 90 _ :00 no 120 ioOb ' ' _ , DRY DENSlTY - pounds pcr cubic foot
Fig 1; Inverkan av inblandad fin- oCh grovkornig glimmar på a) törr skfym-densitet och b) CBR-värde för sandigt grus. Enligt Tubey 1961
SBA Sthlm 1970 07854 Statens Väginstituts siktformulär nr 3 g
VTI Rapport nr 55
siktats och blandats för att motsvara stenmjöl 0-4 mm. Fig 2. Gradering fo0.
r anvand muskovitglimmer och stenmjöl. G1lmmern har
(lmm 0.125 025 05 10 4 55
8 '11.3 1.6 20
32 50 64 C) .-3 C) Ni åå » ' vv 0: 06 -' 64 i ' I U L U I U .-, n m d » ' vi n a . Po ss er on de män gd . vi kt pr oc en t M 0 h* -A C) C) (D C) 0\ CD \1 C) 0 ) C) *0 C) ._ Å8
* n a t -. -0 1 -. . B -_ -s a m b o -0 1 -_ L h _ _ -1 -. . i -. _ -_ _ k o ñ _ _ L . -. -ø . . . _ I -. -. á . . . m L -_ -» _ . L m 2 % -\ I! T[ I\§; II II [III I\
II II II II I Il llll il l I Il l IK T [I II IA EI TI I [I HIHH II Ii ÃI II I n n p n : iIII lI II i I TJ l l 1 I II II illllv III! Il l] _ -L _ I IT II Ii I _ _ L , Il ll ll ll l -_ L_ _ I I i IlI I I I _ _ L _ _ it ll ll ll l .. -L .. .. iT ll li ll l _ _L -_ 1 1 1 1 1 1 1 1 ! i _ m a t -_ _ -I7 XI II II I _ -L _ M I l l l l l I i T _ _ L _ _ IH Q D H _ _ L _ -_ i l I X I I TTI : N un n \_ I l I I I I T I I [1 15 11 11 7 Il il ll ll l |1 11 1I II I 11 31 11 11 5 n n qnn II II IT IT I l I I 4 A I I I ITI X I _ -L -u I I III I I ÃI _ _ L -_ l l ' H H _ _ L Il TI XI TI 4 -H I n q nn _ _ L -_ un p n l _ -L -_ Il ll ll ll l _ I D -L _ -I n q n n -_ L _ _ I n unn _ -L _ g J§I II II II _ _ L -_ -I l -I-I (-I ll? II II IKII I lI lT II TT I I n qnn i I I I r I I I I l r l l ] §\ {; li ll !! I I I I I I III\
\ 1 lI ilIF TT I\
l l l l l f T T l II II TT TT I I 1 i l I I 1 T 1 7 T l I I i I I I I T l ! l l l l l l l l ! C) P_4 I Xêâåül ll m H I I I I I I I ] I I [ ? l l l l lli l 7 1 3 4 r l l l : I I 1 T I T I T T\
1 I I I I I 1 1 1 1 II IIII II I ( H W H U _ -L -u ll ll ll ll l _ . -L -n -I I I I I I I l l _ _ L -n |I I1 ll li l _ _ L _ _ l l l l l l i l l _ _ L _ -Il il l! Basñat I I .-1i 8313 I II IIIH KK I _ -L -_ _ L _ . [I IK II II I _ _ . . . . . . -I ÄI I X I I I I T K X I I I T T T i n q n n ll ilIT TT l II IX II II I F I T T 1 I I I I L_ A I l i l l l l l l E ITI I T I T I ll ll xi lb i l 1 1 1 1 1 1 \ _ -d [I IK II II I . 4 . -: -L -I I T I I T T T I _ -L -_ -L -_ I I F I i l l l l i I i I I I I T I -_ L -_ : s ' ll ll ll ll _ _ L _ _ [ X I I I I I I X _ -L _ _ T X J T I T T I I _ _ L _ _ _ _ L -_ iK XI åI II I I l l l i l l l l -L _ u [I XI IIII I _ _ L ; : _ . -4 . -I l l r rTT T I UI! l l |1I l I i I I l i l l i l l lIIF T I I I I I
»N un n a n n n ÃI II II II I :I lT II II I i l l l l f i f l (T II II TI K _ _ -0.06 02 06 20 f l e I V I I I U |\ I I I I I v\
Grovmo Mellansond Grovsand Fing rus GrOVQ rus
VI'OVO
VTI Rapport nr 55_
stampnlng v1
ö
r basmaterial 0-16 mm fore och ef
d olika vattenhalter (AASHO mod)
Fig 3. Gradering f 0. 6 ter In* 0.074 0.125 0,25 05 1p 4 5,6
8 _11.3 1.6 20
32 5064 C> A C) Nr 3h , » 0 , 0 6 -6 4 » , m e d » Po sser an de män gd , vi kt pr oc en t b\ ) (AJ C) CD .5 C) U1 C) 0\ C) \1 C) 03 C) \0 C) "°°T -. . L -a . . . _ _ L -q _ _ _ _ g -_ r _ -L -_ . . . . -L -. . . -. . . _ I - uu-. . -\ -. . . -a __ 5 C) <3 _ _ L _ ä_ w \ , |H un n 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ll ll ll ll l AI II IT II I ll li il fl l I l l i j l l f l T I K I I I I T I I I I I I X I T i I I I I I ÄI TI I' i I I I I i li ll lll : n q wq \ -. L -g IIII II F( lll l l ål i _ -L -" lil l l i l l l -L -IA Il II TI W *n n . n l -un w Il lf Il il l -L -. m 1 1 1 1 1 1 111 -ul -_ _ l Ir ii il ll | -_ L -_ _ . -n L i l _ -IT il lI YT f II II IT if i . I a -I r au r I I I I X XII I II IxQ T \\ \ l ill l l l l i l l l l l l l l i Io IT IT TY l I IT II II II I I I I I I I F I l l l l l l l l i ; a n n u II lI II Ii I I I q uU H -L -A an n -L _
-\
\\,\
Illf {l ll l -I -L _ _\
n uq n n _ _ L _ _ I H qH H _ _ L _ _ II II {I II X -_ L -l -i l l l l l l l i -_ L_ -: N un n _ _ L _ _ I 11 11 21 51 ) _ -0 m e 1 I I I [i [(4 ll ll llll l I III I T T T I t uq n v \C'K
/ a* I I I I I I I I I I l l l l l l l l [ I l l l l l l l I I I I I I I I I 'I ll lI ll l iT II II lI I I J I I I ÃI I I I I ! Il ll li ll l ! IIXI II SI I I z' ;\
E Ursprt\
*X
1 il il II II I I I T X T I I I ( I I I I Y T 1 I I I T ! : N un n 1 [ I I I I T T I I [ i i I T4'1 I 1 Il II II WK I p . . . __ L _ _ ii iTIT II ] _ -L - u-li ll yl ll ä -un L -a -q r ür p n r n i J gsmate *I Ir ryr II T _ _ L _ _ tK lt låäåä \ _ _ L . . \in ti ll ! K
ll lT IITT T . _ _ L * -!{7 11 II IS Il il ll ål ! _. .. L. .. ..*< :s li ll IT l I T III I T 1 I I l l l l l l l l X if1T Ti Q r-uLial II II II II I li ll il rf l \ l l f ilf l k k II I1 [T II T I I I I I I I I I T I Ii I I I Ii I] I ll li il lll : -L
-E
iI ITlI TI I ; -L _ . I I I I T I X Y I -_ L _ _ IR II IK TI I ll ll jl fl l -L -_ _ _ L _ -I K K I I I I I I _ _ L _ -I I I I I I I ÃT R W L _ -II I|1 17 21 _ -L _ H l i l I I |l l | »_ L a q A_ A 3 l l 1 I I III T I X F T T i _ __. _u_ l i l l l åi l l li ll li ll l 1 l l l i |i l l ES II IX XI I li ll ll ll i 1( 11 11 11 1 ll lI iI tI J i l l l i f l li II JI II !{I . . -0. .. ..036 Grovmo 02- Mellonsond 06 Grovsond _ 2 Fingrus* 6 Grovg rus
