Europastandarder för stenmaterial till asfaltbeläggningar : En lägesrapport kompletterad med diskussion av egenskaper hos stenmaterial, föreslagna nya testmetoder och konsekvenser för svenskt vidkommande

VT1 notat Nr 1-1995 Titel: Författare: Projektnummer: Projektnamn: Distribution: Programområde: Uppdragsgivare: Utgivningsår: 1995

Europastandarder för stenmaterial till asfaltbeläggningar.

En lägesrapport kompletterad med

diskussion av egenskaper hos stenmaterial, föreslagna nya testmetoder och konsekven-ser för svenskt vidkommande.

Peet Höbeda Vägteknik (Asfaltbeläggning) 60095 Stenmaterials slitstyrka Vägverket Fri div Väg- och transport-forskningsinstitutet ä

Europastandarder för stenmaterial till asfaltbeläggningar

- förslag till prEN produktstandard och testmetoder.

En lägesrapport, kompletterad med diskussion av egenskaper hos

stenmate-rial, föreslagna nya testmetoder och konsekvenser för svenskt

vidkomman-de.

P.HÖBEDA

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

10.

11.

12.

13.

14.

Bilagor: Bilaga 1. Bilaga 2. Bilaga 3. Bilaga 4. Bilaga 5. Bilaga 6.

INLEDNING

PROVTAGNING

DENSITET, POROSITET, VATTEN- OCH

BITUMEN-ABSORPTION

KORNSTORLEKSFÖRDELNING

KORNFORM

HÅLLFASTHET

NÖTNINGSMOTSTÃND

POLERINGSMOTSTÄND

MOTSTÃNDSKRAFI' MOT VITTRING

TERMISK BESTÄNDIGHET

"RENHET", FINMATERlALKVALITET

FILLER

SLUTORD

REFERENSER

Organisationen av CEN TC 154 Aggregates

SID

10

19

25

32

43

50

53

55

58

61

Aggregates for bituminous mixtures and chippings for roads, airñelds and other trafñcated areas. Draft prEN 1994-01-94.

CEN/TC 154 Programme of work and revised target dates. CEN TC 154 N275E.

Arbetsgång för att ta fram en Europastandard i CEN.

Aggregate -Factory Production Control. CEN TC 154 TG1/113 Testmetoder för filler föreslagna av TC 154/SC3 ad hoc grupp

1.

INLEDNING

En tidigare lägesrapport av arbetet inom CEN TC154 har getts i VTI Notat V225. Orga-nisationsplan ges i Bilaga 1. I denna redovisning begränsas till stenmaterial till asfalt-beläggning. Betydelsen av en del egenskaper och testning av dessa beskrivs även från en

mer principiell synpunkt och det diskuteras vilka konsekvenser som det nu pågående

CEN-arbetet med Europastandarder kan få för svenskt vidkommande inom en nära framtid. En del redan tidigare återgivna bilder tas med för åskådlighetens skull.

Preliminärt förslag till produktstandard, utarbetad av underkommitte SC3, för stenmate-rial till beläggningar återges i bilaga 2 och föreslagna testmetoder (prEN, dvs

prelimi-nära Europastandader) framgår av bilaga 3. Procedurema att ta fram standardema inom

CEN förtydligas i bilaga 4. Standardförslaget är från början av 1994, men reviderad upplaga förväntas inte förrän en bra bit in på 1995. Enligt nyligen taget beslut kommer standarden att vara klar för formell omröstning (stage 49 i bilaga 4) 97-06-01. Totalt förekommer det f n förslag till ett 50-tal nya testmetoder. I några fall ger man möjligen i

stället ut försökstandarder (ENV) som vid behov kan dras tillbaka. Detta kan t ex gälla

för tester som får alltför många nejröster i en första omröstningsomgång. Testning av en del egenskaper som fn inte beaktas i Sverige beskrivs eftersom sådan provning kan bli aktuell i framtiden i vissa fall. Svenska företag behöver dessutom kunskap om förhållan-dena utomlands. En del metoder, t ex beträffande vidhäftninghör till arbetsområdet för CEN TC 227 Road Materials.

Många förändringar är på gångunder den närmsta framtiden och testmetoderna i natio-nella anvisningar måste då Europaanpassas. Detta innebär att Vägverket kommer att an-passa sina anvisningar till EG:s Byggproduktdirektiv. dvs. vissa sedan länge etablerade tester måste överges. Bifogad produktstandard (bilaga 2) kommer dock att utsättas för många förändringar, de fyra underkommitteema har också kommit med ganska olikar-tade förslag som måste samordnas. Restprodukter som slagger från metallurgisk industri

behandlas i standarden, däremot inte asfaltgranulat (fräsmassor). Dessutom är

testmeto-derna inte färdigutvecklade och en del kommer att försvinna vid slutlig omröstning. Påpekas bör dock att CEN-arbetet är långt ifrån färdigt och vissa testmetoder kommer sannolikt att i slutfasen bli nedröstade och inte ges ut som prEN. Detta gäller inte minst

mindre väl kända metoder för vittringsbeständighet, "finmaterialkvalitet" m m. Vidare saknas ofta kunskap om testmetoders precision -annat än kanske på det nationella pla-net- och europeiska ringanalyser har satts i gång. En del tester kan således Visa sig ha alltför dålig reproducerbarhet för att kunna accepteras. Många av metoderna har även

listats som varande i behov av en kompletterande forskningsinsats, något som planeras

att påbörjas under 1995. Man har förhoppningen att få EU-medel för detta. Resultaten av sådan forskning hinner dock knappast påverka 1:a generationens testmetoder (jfr

nedan)

Provisoriska värden för kategorisering (klassindelning) av en del egenskaper har ställts upp i föreslagen, preliminär och ofullständig produktstandard för stenmaterial till vägbe-läggningar (bilaga 2) eller återfinns i andra CEN TC 154-papper. I förordet till

produkt-standard påpekas dock att om tillräcklig erfarenhet från praktiken ("satisfactory service

record") föreligger så behöver ingen fullständig provning utföras. Man kan också åbe-ropa sk "O-option" från enskilda länders sida om testning av en viss egenskap inte anses relevant eller erfarenheter från testmetoden i fråga saknas. Detta föranledes av det stora

antalet ofta okända testmetoder.

System för kategorisering av provningsvärden har ännu inte fastställts och det har också ifrågasatts om så många klasser som föreslagits verkligen behövs (Ett minimivärde kan vara tillfyllest i många fall såsom ofta är fallet med ASTM-standarder). I en del fall har man också kommit med förslag till snäva klassintervall utan att ta hänsyn till metodens reproducerbarhet. Statistiska kriterier för överensstämmelse med kravvärden diskuteras dock f n.

Den kategorisering som man tagit upp i förslaget till produktstandard kan således

komma att ändras, således har man f n de hårdaste kraven för klass 1, men det omvända

kan komma att gälla. Man menar således att en kategori, betecknad O, måste avse att inga krav finns för egenskapen i fråga. Många klasser för testmetoder av tveksam rele-vans, betyder byråkrati och är knappast ägnade för att avlägsna handelshinder. Ett sys-tem med "informative" resp. "normative" annex har dessutom utarbetats beroende på de olika kraven på specialförfaranden.

Egentligen borde erfarenheter från användning i väg föreligga för en meningsfull klass-indelning, något som finns tex. för kulkvamsförsök när det gäller dubbslitage. Möjligen gäller detta också för poleringsförsök, där dock olika erfarenheter och synsätt föreligger

i England och länder på den europeiska kontinenten. Även komformens principiella be-tydelse för stabilitet är tämligen väl känd.

Produktstandarden kompletteras, förmodligen med en bilaga, för produktionskontroll (Factory Production Control), varvid kontrollåtgärder och minsta testfrekvens för prov-ningsmetoder kommer att senare föreslås (bilaga 5). Olika traditioner föreligger dock i olika länder och detta förslag kommer säkerligen att modifieras. Beträffande testfrek-vens så bör geologiska variationer i täkten vara av betydelse för provningsfrektestfrek-vensen av vissa egenskaper, liksom anläggningens karaktär (stor täkt med kontinuerlig produktion eller mindre, temporär täkt).

Byggproduktdirektivets mål är funktionsrelaterade testmetoder, något som dock inte är lätt att uppfylla när det gäller en komponent som stenmaterial. Dessa ingår i ett samman-satt material (asfaltmassa), men också utförandet av väglagret är av stor betydelse. De förslag till teststandarder som föreligger är ofta ganska ålderdomliga och ibland av tvek-sam relevans tvek-samt en vidareutveckling kommer sannolikt att ske i ett senare, andra steg. Testmetoderna ska även kopplas bättre till Byggproduktdirektivets Väsentliga Mål.

2.

PROVTAGNING

En huvudförutsättning för meningsfulla resultat är att provtagningen är korrekt utförd. Provtagningsprocedurer beskrivs i FAS metodhandbok och det finns också förslag till Europastandard. Olika möjliga situationer beskrivs samt också olika provtagningsdon. Provtagning från materialflöde är att föredra framför upplagshög där separation är svår att undvika. Avser man att bestämma kornstorleksfördelningen hos vida sorteringar, dvs välgraderade material O/D, är provtagningen speciellt viktig. Ju större maximal Stenstor-lek D, desto större provmängd behövs. I asfaltsammanhang är det dock sällan som pro-ven blir alltför stora och ohanterliga såsom kan vara fallet vid obundna material. Ett kompletterande standardförslag finns också för neddelning. I laboratoriet kan roterande neddelare ge bäst resultat vid icke alltför grovkorniga material.

Sunt förnuft måste råda, speciellt vid provtagning från planerade täkter, och geologisk kunskap är därvid viktig. Bergarter utgör variabla naturprodukter, och det är i sådant fall svårt att alltid hålla fast vid beskrivningar i en standard. Speciella problem föreligger

också vid provtagning av det ofta ganska varierande material som hämtas från olika byggobjekt till krossanläggningar.

3.

DENSlTET, POROSITET, VATTEN- OCH

BITUMENAB-SORPTION

Korndensiteten hos bergarter beror på den petrograñska sammansättningen. De

vanli-gaste bergartsbildande mineralen, fältspat och kvarts, har densiteter runt 2.65 kg/dm3,

kalkrik fältspat något högre än kalifältspat. De mörka, "basiska" mineralen, rika på järn

och magnesium, har däremot ofta densiteter nära eller t o m över 3 kg/dm3. "Basiska"

bergarter kan även innehålla kom av tung järnmalm, något som ökar densiteten. Svenska bergarter är föga porösa och porositeten överstiger sällan några tiondels pro-cent. Om en bergart har en komdensitet, väsentligen understigande 2.65 kg/dm3 tyder detta på en onormalt hög porositet och specialundersökningar bör då utföras.

Bergarter innehåller porer, ofta i form av sprickor mellan mineralfogar, men sprickoma kan också övertvära mineralkom. I eruptivbergarter kan sprickor ha uppkommit av krympspänningar redan vid bergartens avkylning, i samband med kristallograñska

vo-lymsförändringar, men också vid omvandlingar till sekundära, vattenhaltiga mineral.

Sprickorna kan vara mer eller mindre väl läkta av cementerande substanser. Sedimen-tära bergarter, särskilt sandsten, har en annan typ av porositet i form av håligheter mel-lan komen som är mer eller mindre cementerade med olika substans (figur 1 och 2). Unga vulkaniska bergarter och slagger kan ha sfäriska porer i form av gasavtryck som inte behöver vara i förbindelse med varandra (figur 3). Det är egentligen den "effektiva" porositeten, (1 v 5 porer i förbindelse, som är av störst betydelse när det gäller egenska-per som vittring och bitumenabsorption (jfr nedan).

Hållfasthetsegenskapema är nära kopplade till porositeten men detta gäller egentligen också för andra byggnadsmaterial än bergarter. För samma typ av bergarter kan man finna en viss relationmellan hållfasthet och porositet, men det finns ingen allmängiltig sådan. Vittringsegenskaperna beror också delvis på porositet, även om andra faktorer spelar roll.

Bergarter med mycket ñnkapillära porer kan vara svåra att torka i torktrumman i asfalt-verk och vatten kan bli instängt i stenmaterialets porer och vålla senare problem, bl a

med "stripping". Ofta rör det sig dock om sedimentära bergarter av en typ som inte an-vänds i Sverige. Flintgrus, som anan-vänds utomlands, t ex England, är känt för att vålla

sådana svårigheter.

Porositeten bestäms sällan för stenmaterial till vägändamål och för att mäta bergartens

densitet utan porer, måste man mala ner denna till pulver. Vattenabsorptionen används i

stället som ett indirekt mått på porositeten, jfr nedan. Förfaranden finns såväl till "coarse" som "fine aggregate". Mätningen är dock osäker och i regel har man fortfarande

kvar en hel del ytvatten vid det förmodade yttorra tillståndet. Varianter av

vattenabsorp-tionsmätningar finns också utvecklade för "fine aggregate". Vattenabsorption används ibland som ett första steg vid bestämning av frostbeständighet (mom 9). Enligt tysk norm DIN 52103 bestämmer man således dels vattenabsorption vid atmosfärstryck, dels vattenabsorption efter vakuummättning och lagring vid 150 bars övertryck.

Lagringsti-den är i båda fallen 24 timmar. Kvoten mellan resultaten antas relatera till främst

bestän-digheten hos bergarten.

I vissa länder, tex USA och England, där porösa bergarter ibland kommer till använd-ning, lägger man särskild vikt vid vattenabsorptionen. Orsaken är främst den att porösa bergarter absorberar bitumen (figur 2) vid massatillverkning, men också i vägen, och bi-tumenhalten måste då ökas i massan. Det är också bitumenkomponenter med låga mo-lekylvikter som sugs in i stenmaterialets porer, bitumenet blir därmed utarmat på dessa komponenter och hårdnar. Snabb åldring av bitumen och förstörelse av beläggningen kan således betingas av porösa stenmaterial. Det har hävdats att vissa mineral katalyse-rar åldring av bitumen. Glimmer har omnämnts i sammanhanget, något som delvis kan bero på dess uppfläkta form i mineralytor (jfr ñgur 4). Kalcit å andra sidan har sagts ha en gynnsam inverkan på mineralåldringen (jfr mom 7). I vissa fall har man t o m varit

tvungen att förbehandla stenen, tex med cementslurry, för att kunna använda sig av

mycket marginella material, dvs sådana som icke uppfyller kraven i anvisningar.

Bitumenabsorptionen är lägre än vattenabsorptionen. I England räknar man således med halva bitumenabsorptionen för vattenabsorptioner överstigande 1%. Relationen är dock i verkligheten bergartsberoende. I USA har man hävdat att fara för bitumenabsorption föreligger om vattenabsorptionen överstiger 2-2,5 %. Det finns utländska förfaranden varvid man bestämmer komdensiteten hos porösa stenmaterial i flytande bitumen eller också i parafflnolja av motsvarande densitet för att få tillförlitligare värden.

För svenskt vidkommande är främst variationerna i stenmaterialets komdensitet av bety-delse. Förekommer det stora variationer, försvåras nämligen proportioneringen. Detta är exempelvis fallet om "sura" och "basiska" bergarter förekommer i samma täkt, något som inte är ovanligt. Porositeten är i regel alltför ringa vid svenska förhållanden för att

bitumenabsorptionen ska bli hög, märkbar sådan konstateras främst i vissa sandstenar

(figur 2). Material med hög glimmerhalt (figur 4) kan uppvisa ökad insugning eller kan-ske snarare mer ytlig bindning av bitumen. Samma sak kan sägas om vissa omvandlade bergarter. En ökning av bitumenhalten kan därvid förbättra massan.

Konsekvenser av europanormering

Testmetoder har hittills endast behandlats på arbetsgruppsnivå inom CEN TC 154. Ett icke färdigbehandlat förslag föreligger med en huvudtext, som i princip liknar den i BS-och ASTM-standarder, dvs med bestämning av vattenabsorption. Man väger provet efter 24 timmars vattenlagring vid atmosfärstryck i yttorrt tillstånd samt slutligen efter tork-ning i värmeskåp. Volymsbestämtork-ning sker för fraktion 31,5-63 mm genom Vägtork-ning i vatten, för fraktioner mellan 0,063 och 31,5 mm däremot genom pyknometermetod. Det yttorra tillståndet defineras för prov från 4 till 31,5 mm efter avtorkning med sugande trasa och för prov 0,063-4 mm som kollaps av en konformig provhög vid torkning, dvs när kapillärkrafterna inte länge kan hålla samman kornen. Dessutom finns det som bila-ga en metod för provning endast i torrt tillstånd (med provet torkat till konstant vikt). För prov mellan fraktioner 0,063 och 31,5 mm används pyknometermetod för volyms-bestämning, för prov 31,5-63 mm däremot Vägning under vatten.

Vid svenska förhållanden, d v 5 med föga porösa stenmaterial, undersöks enligt FAS-metod enbart torkat prov. Volymen bestäms genom Vägning under vatten och detta även för finare fraktioner än enligt den föreslagna standarden. Förhoppningsvis kommer stan-darden att ändras så att föga porösa material kan provas på ett smidigare sätt.

Figur 1. Tunnslip av två partiklar av porös sandsten från naturgrus ingjutna i härdplast. Bergarten t.h. har mycket hög porøsitet. Förstoring ca 60 gånger.

* i)

'§11 1

1 .ann '

' c 5:'

r -

'54;I

. .h

Figur 2. Sandsten ("kvartsit") tagen från asfaltmassa. Insugning av bitumen främst efter vittrade fältspatkorn kan konstateras.

V , , :95:»3Q .

Figur 3. Tunnslip av syntetiskt stenmaterial med håligheter gasavtryck i glasig till kryp-tokristallin grundmassa. Porerna kommunicerar inte i regel med varandra. Förstoring ca 60 gånger.

4.

KORNSTORLEKSFÖRDELNING

Kornstorleksfördelningen är den mest fundamentala stenmaterialegenskapen och utgör också den viktigaste testmetoden. Siktanalys genom tvättsiktning föreskrivs enligt FAS metod och torrsiktning bör undvikaseftersom alltför låga värden på finmaterialhalt er-hålls. Effektiv skakapparat behövs för att få rensiktning vid flisiga och stängliga

partik-lar. Arbete pågår f 11 för att få fram en automatiserad bestämning av

komstorleksfördel-ning genom bildanalys (videoupptagkomstorleksfördel-ning), också lämplig för produktionskontroll. Det torde dröja innan metodiken är mogen för standardisering. Material >2 mm kan studeras

på så sätt, finare sådant måste undersökas genom andra metoder, tex slamningsanalys.

Konsekvenser av europanormering.

Tvättsiktning är föreskriven som referensmetod för komstorleksfördelning i

standardför-slag. En skillnad är dock att tvättsikten numera är 0,063 mm i stället för 0,075 mm. En

preliminär standard för masköppningar (prEN 933-2) grundar sig på en huvudserie, nämligen:

0,063:0.125:0,25:0,5: l,0:2,0:4,0:8,0: 16,0:31,5:63,0: 125 mm.

Kompletterande maskvidder kan erhållas från ISO 565, 20/3 serie, som innehåller de

siktar som fn används i Sverige, men saknas i huvudserien. Man har länge diskuterat om

trådsiktar eller stansade siktar ska användas för maskvidder >4,0 mm. Stansade

öpp-ningar har bäst precision och kommer också enligt nyligen taget beslut att utgöra

refe-rensmetod, men trådsiktar är även tillåtna om samband kan påvisas. Observeras bör att

det föreligger ett systematisk skillnad mellan stansade öppningar och trådsiktar. Partik-larna passerar nämligen lättare genom de senare.

Ett försök till kategorisering av halt finmaterial <0,063 mm har gjorts på följande sätt;

vikt-% <0,063 mm, max kategori

Coarse aggregate 1,5 1 " 4 2 all-in-aggregate (välgraderat) 3 1 " 11 2 Fine-aggregate (sand) 3 1 " 16 2 VTI NOTAT l-l995

10

Kategori 1 sägs gälla vanligen för naturgrus och kategori 2 vanligen för krossat berg, slagg m m. När halten i "fine aggregate" är större än 3% och gynnsam erfarenhet från praktiken föreligger behöver vidare testning inte ske. I annat fall sker undersökning av "finmaterialkvalitet" genom sandekvivalent och "blåvärde".

5.

KORNFORM

Begreppet komform innefattar flera parametrar som flisighet, stänglighet, krossytegrad (eller halt av krossade partiklar) och yttextur. Den beror dels på petrografiska faktorer, dels på framställningsförfarandet. Vanligen tar man för massabeläggningar endast hän-syn till det grova stenmaterialets komform. Denna är också av avgörande betydelse för beläggningar med hög stenhalt, tex dränasfalt men också för skelettasfalt. För tät asfalt-betong är däremot egentligen komformen hos de finare partiklarna (t ex <4 mm) av störst betydelse, jfr nedan. Kornformens inverkan beror således på graderingen och den är maximal vid en snäv sortering med högt hålrum.

Troligen är komformen en av deallra viktigaste stenmaterialparametrarna och dess bety-delse kan t o m vara underskattad. Yttexturens viktiga roll utgör ett påtagligt exempel, möjligen beroende på att mätmetoder saknas. De slitstarkaste, finkomiga bergarterna har

släta ytor samt egenskaper som stabilitet och slitstyrka står således i visst

motsatsförhål-lande. Yttexturen är av betydelse även för Vidhäftningen till bitumen, men också för friktionen på våt vägbana.

Flisiga och stängliga stenar knäcks lätt under belastning och bör inte förekomma i hög halt. Å andra sidan blir ett extremt kubiserat material med avrundade kanter inte heller bra från stabilitetssynpunkt. För ytbehandlingssten är komformen särskilt viktig, kubisk sten "bygger" bättre än flisig, får större livslängd, texturen hos vägytan förbättras och risken för blödningar minskar.

Rundat naturmaterial ger upphov till instabilitet, speciellt om det används i tjockare la-ger som bär- och bindlala-ger (figur 5). I tät asfaltbetong är särskilt välrundad sand till nackdel eftersom en "kullagereffekt" uppkommer. Naturgrus har förutom rundade ytor även dålig yttextur p g a den avnötning som skett vid vattentransporten i samband med avlagringens bildning. Krossning ger dock en förbättring av yttexturen.

11

I Sverige har kornformen bestämts som flisighetstal, utvecklat av VTI:s föregångare SVI på 30-talet. Det ger ett ungefärligt, genomsnittligt förhållande mellan bredd och tjocklek hos partiklarna i en analysfraktion. Krossytegraden hos naturgrus har bestämts genom

att räkna halter av dels krossade, dels rundade partiklar. I Väg 94 finns det dock endast

krav på rundade partiklar eftersom bestämning av halten rundat har betydligt bättre pre-cision än av halten krossat. Tidigare bestämde man också den s k stängligheten eller LT-indexet, men eftersom flisiga korn i regel också är stängliga och en korrelation

förelig-ger, har man övergivit denna metod.

Konsekvenser av europanormering

Det enkla och inarbetade flisighetstalet kommer att ersättas med en mer tidsödande me-tod, flakiness index, av engelsk-franskt ursprung som utgör referensmetoden. Man be-stämmer halten flisiga partiklar genom harpsiktning i samtliga fraktioner > 4 mm. Pro-vet delas upp i analysfraktioner, i princip mellan d och 1,25xd, varvid d är analysfraktio-nens undre maskvidd. Flisiga partiklar defineras då som 1,25xd/2. Invändningar har rests mot metoden särskilt från nordiska länder som menar att man inte behöver testa

samtliga fraktioner, något som också ställer sig särskilt tidsödande vid obundna material

med stor maximal stenstorlek och därmed också stort antal delfraktioner.

Den provisoriska klassificering som föreslagits i produktstandarden lyder: Flakiness Index, max halt vikt-% <25 Kategori l

" <35 " 2

" <50 " 3

" Inget krav " 4

Inga krav kan senare motsvaras av O-kategori. Det framkommer av norskaundersök-ningar att det finns en viss korrelation mellan flisighetstal och "flakiness index" (figur 6). Dessutom är kraven enligt ovanstående tabell ganska låga, även för kategori 1 i jäm-förelse med nuvarande norska (och svenska) krav på flisighetstal. Efter påpekande har dock flakiness index för kategori 1 ändrats till <15 vid senaste SC 3 möte. Detta krav förefaller fortfarande ganska liberalt i jämförelse med de krav som man kan ställa på yt-behandlingssten.

12

Förutom "flakiness index" finns det även ett förslag till bestämning av "shape index" som alternativmetod, samma test av tyskt ursprung som tidigare användes i Sverige för bestämning av stänglighet eller LT-index. Man bestämmer då halten av partiklar med längden 3 gånger tjockleken. Det finns en viss korrelation mellan referens- och alterna-tivmetoderna enligt några undersökningar (figur 7 och 8). "Shape index" är ganska tids-ödande eftersom enskilda partiklar mäts upp, men metoden kan vara praktisk vid grova sorteringar som blir svåra att sikta upp.

Framtagning av en metod att bestämma halten krossade partiklar har vållat problem. För

närvarande har man ett förslag där "helkrossade" partiklar definieras som sådana som har mer än 90 % krossytor och "krossade" som sådana med krossytor till mer än 50 %.

Man diskuterar dock att övergå till definitionen 100 % krossyta för helkrossade

partik-lar. En dylik metod har förmodligen mycket dålig precision och blir alltid ganska sub-jektiv.

Förslag till kategorisering efter halt krossade partiklar har gjorts i preliminär

produkt-standard:

vikt-% krossat och helkrossat, min. vikt-% rundat, max. Kategorier

90- 100 0-3 1

50-100 0-10 2

inga krav inga krav 3

En fransk metod har nyligen tagits upp och utgör en form av flödestest, där man mäter tiden för en viss volym av en analysfraktion att passera genom en standardiserad, spalt-formad öppning under vibration (figur 9). Man får då fram ett integrerat mått på samtli-ga kornformsegenskaper, inklusive yttextur. Denna mer objektiva och kanske mer "funktionsrelaterade" metod torde ha framtiden för sig och man har i Frankrike visat på samband mellan resultat från metoden och motståndskraften mot plastisk deformation enligt spårbildningsförsök ("wheel-tracking") på asfaltbetong (figur 10).

Det finns också flödestest avsedda för "fine aggregate" (bl a i Frankrike och USA) och en sådan metod har varit föreslagen för normering men dragits tillbaka p g a bristande intresse från underkommitteer inom TC 154. Det rör sig om provning enligt "timglas-principen" eller också hålrumsbestämning efter standardiserad fyllning i provcylinder. Bestämning av sandens komform är särskilt motiverad för tät asfaltbetong, men även för

13

sandrik beläggning av typ "hot rolled asphalt". Metoden anses viktig i USA och ingår således i SHRP-produkten "Superpave".

Försök pågår på sina håll att bestämma komform och gradering med hjälp av bildanalys

(Videoupptagning), men det torde dröja innan en sådan test blir standard.

14

Spurrinn'entest

25 : _{l RK} I '| I _{..., ...} i l _{' KR} z , _{l - - * 4-'} 20 .-_{. :} KK

E

i

3

_ _i_

-.s

m

.

I

_BK

:'55 15 i* _{__} å ' \ ._.-C ' I .5 '7 4 v.

3 10;

i

._

:D I ; I 1 i. .I I 5 I . _{: ' .} j 2 0 _{Å .} ,2 3 4 5 6 7 Hohlraumgehalt am Marshallkörper in %

Figur 5. Samband mellan hålrum hos asfaltbetong (mätt i' Marshallprovkmpp) och spårbildning i plattor med motsvarande hålrum enligt "wheel tracking test". Komformen har varierats genom sortering för hand. BK=helkrossat, RK=rundkornigt, KR=50%

krossat + 50% rundat och KK=delvis krossat (Fenz mfl 1991).

Flak in es sIn de x 1.35 1.4 1.45 Flisighetstall 1.3

O' . 0 0 i 0 o o .

25

v

0 .

i

A 0 _{0 0} . u _ . . o' 0

B

H

A

P

E

I

N

D

E

X

'

-S=1.40f-l-1'.28F

. *<-

(r'=§0.8'1)

'8.

15_

10 _- -l

- 0_ A

A

.

4

l l l 4 l l 1 l l l'- I 1 i J 1 l I J 1 l l

0

5

40

215"

"'20

Figur 7. Samband mellan "flakiness index" och "shape index" enligt opubublicerade CEN TC154 handlingar.

qa sg qn x 111 310 134 1 35 30 25 20 15 10 Komlorm DIN 11/16

.CORRELATION ENTRE LES ESSAIS FLAKINESS INDEX (fraction 10/16) .

_{ET KORNEQRM DlNl(f_raction 11/16)}

.v-...un . ._ .-.a

'nu'I".'-.

[7.] non cublque

Figur 8. Samband mellan "flakiness index" och "shape index" undersökning (Schwery 1994). Corrélation: c - 0.84 enligt schweizisk

Droite de régrçsslon: y =1.17x+1.1 20 Flaklness Index 10/16 16 25

17 Dxmenstons L: mLLleecres

M

m

.

_ N

Sample :;ae :older

Aajuscable snunzet 1 flap o I \_, ha' ?low

N

:ämnet

\ \ *E CK KX XX XS SE JC Ci KS XX SÄÖÖC iK XX S5 ÖÖC CT KY XX XX SS XX ÅS 5ÖÖC TT KK XÄñÖS S SK XX SX SÃÖÖC ÖC EK KK XÃS Öi 1 X$ JV KH ÅY B$ Å

&\\\\\\\\\

18

Pourcentage de faces cassées

80 _{% compté}

Orniére (mm)

14

_{y = 31,621- 0,2295x R = 0.95}

Spéciñcation

10 b _ - _ _ - _ - _ _ - . _ _ ._

_-Figur 10. Samband mellan resultat av fransk flödestest (Ecg)_{enligt ñgur 9 samt a) halt} av krossade partiklar och b) motståndskraft mot spårbildning _{enligt "wheeltracking test"}

19

6.

HÅLLFASTHET

Hållfastheten hos stenmaterial torde vara den egenskap som internationellt sett utsatts för mest undersökningar och där det också förekommer flest nationella

provningsmeto-der. Krav på hållfasthet motiveras med att man velat förhindra att sådana stenmaterial

kommer till användning som bryts ned redan vid utläggning eller senare under trafik. Graderingen är av betydelse i sammanhanget och ju mer välgraderad kornkurvan är, desto mindre blir nedkrossningen för ett visst stenmaterial eftersom kontaktpunkterna mellan partiklarna blir många och spänningama därmed mindre. Dessutom minskar

an-talet svagheter i partiklarna med minskande storlek. Med andra ord är det de

hålrumsri-kaste beläggningarna som är mest utsatta. Hållfastheten är av störst betydelse i

belägg-ningstyper som ytbehandlingar och dränasfalt, där "armeringen" av omgivande bruk saknas och stenarna särskilt lätt spräcks sönder vid belastning. Bristande vidhäftning till bitumen utgör också en bidragande orsak till sönderfall eftersom fragmenten lätt rivs

loss av trafiken.

Hållfastheten hos ett stenmaterial beror förutom på petrograñska faktorer även på inver-kan av komform, flisiga korn bryts nämligen särskilt lätt sönder vid påkänning. "Kubi-sering" av stenmaterial har därmed en särskilt gynnsam inverkan på

hållfasthetsskaperna. Rundade stenmaterial har även särskilt god hållfasthet och här står

egen-skapen i klart motsatsförhållande till stabiliteten, speciellt i bituminösa bärlager under ett tunt slitlager.

Hållfastheten hos stenmaterial bestäms som regel på snäva analysfraktioner, dvs. inte på den gradering som stenmaterialet används vid i vägen. Försök i den riktningen har vis-serligen gjorts, men pga graderingens inverkan har skillnaderna i stenmaterialkvalitet inte blivit så tydliga som vid försök på analysfraktioner. Den senare får då representera hela graderingen. Vanligen har man en analysfraktion, dvs. eftersträvar inte att ligga så nära den maximala stenstorleken som möjligt i asfaltmassan.

I de flesta fall har stenmaterial, som har gott nötningsmotstånd, även samtidigt tillräck-liga hållfasthetsegenskaper, även om undantag kan förekomma, tex vissa kvartsiter och pegmatiter (grovkornig granit) som kan spräckas vid utläggning och under trafik. Resul-tat av hållfasthets- och nötningstester korrelerar dock inte med varandra samt dessa egenskaper står även i visst motsatsförhållande. "Basiska" bergarter har således bra håll-fasthet (god seghet), men i regel mindre goda nötningsegenskaper eftersom det hårda

20

men spröda mineralet kvarts saknas. Vissa finkorniga, glimmerrika bergarter kan få bra sprödhetstal p g a slagdämpande egenskaper, men däremot dåliga nötningsvärden. I Sverige bedöms sedan 1930-talet hållfastheten hos stenmaterial genom ett fallhammar-försök, sprödhetstalet, utvecklat av VTIs föregångare SVI. I princip samma metod an-vänds i Finland och Norge, även om det förstnämnda landet nyligen (efter ASTO-pro-jektet) gått ifrån sprödhetstalet. Före 1984 bestämde man enligt Vägverkets byggnads-anvisningar den s k "styrkegraden" med hjälp av ett diagram som grundade sig både på

flisighets- och sprödhetstal. Misslyckanden är kända från ett tidigt 70-tal med

stenmate-rial som haft goda styrkegrader men snabbt slitits ned efter det att man börjat använda

dubbade däck. En hel del bergtäkter är också etablerade innan krav på nötningsmotstånd

fanns utvecklade (mom 7).

Vissa bergarter får reducerad hållfasthet i fuktigt tillstånd och detta gäller tex basiska

bergarter som ofta är omvandlade, men också glimmerrika, förskiffrade bergarter samt

sedimentära bergarter. Sådana stenmaterial har dock dåliga nötningsegenskaper och slås ut vid testning av denna egenskap, speciellt om nötningen utförs i vatten som enligt kul-kvarnsmetoden.

Konsekvens av europanormering

Den enkla sprödhetstalsprovningen kommer att ersättas av Los Angelesprovning (figur 11), en mer ohanterlig och starkt bullrande metod. L A -apparaten har sina rötter i sek-lets början, men den är internationellt välkänd. Slagpåkänningen överväger vid prov-ningen även om viss nötning förekommer. Analysfraktion är 10-14 mm enligt standard-förslag från CEN. Enligt ASTM C131 föreligger flera provfraktioner och en del länder har även begärt att få prova fler fraktioner och ett informativt annex med fler analysfrak-tioner har också framtagits.

L.A-provningen utgör referensprovning, däremot har man genom starka påtryckningar

från tyskt håll också lyckats få med sitt fallhammarförsök ("Schlagversuch") som

alter-nativmetod. Man använder sig därvid av en betydligt större och mer ohanterlig utrust-ning än den för svenskt sprödhetstal. Analysfraktion är 8,0-12,0 mm. Det förefaller fn

oklart om också andra altemativmetoder, t ex sprödhetstal, i ett senare skede kan

kom-ma i fråga. Förutsättningen är dock alltid att altekom-mativmetoden korrelerar med referens-metoden (figur 12).

21

Det finns ganska goda korrelationer mellan olika metoder att testa hållfasthet, vare sig detta sker genom slag eller tryck på inneslutet stenmaterial i en provcylinder, som vid sprödhetstalsprovningen, eller också i L A-trumman. Detta gäller särskilt för "normala" beläggningsmaterial, medan svagmaterial ochrestprodukter kan ge avvikelser. Korrela-tionen blir också särskilt god om man testar samma analysfraktion och samtidigt

utvär-derar nedkrossningen på samma sätt, något som inte alltid är fallet. Vid L A-provning '

bestämmer man nedkrossningen genom 1,6 mm maskvidd, vid sprödhetstal dock genom siktning på analysfraktionens undre maskvidd, dvs 8,0 mm vid analysfraktion 8,0-11,2 mm. Det är därmed inte helt säkert att ett stenmaterial nödvändigtvis skulle hamna i samma hållfasthetsklass enligt såväl LA- som sprödhetstalsprovning. Exempel från en nyligen utförd undersökning ges i ñgur 12.

Provisoriska klassiñceringar enligt LA-provning och tyskt fallhammarförsök har före-slagits:

Los Angelestal, max. "Schlagversuch", max Kategori

15 18 1

25 22 2

40 30 3

Inga krav Ingakrav 4

Inga krav kan i senare upplaga motsvaras av O-kategori. Enligt senaste SC 6 möte kom-mer dock det tyska försöket att ingå i ett normativt annex. Det är oklart om man kan nöja sig med Los Angelesvärde vid export av stenmaterial till Tyskland. Man har även

föreslagit att ändra L A-värdena till 15, 20, 25 och 35.

Svenska bergarter av finkornig sammansättning kan uppfylla kravet på kategori 1, berg-grunden är dock ofta i det grovkomigaste laget för detta strängaste krav.Man har även reagerat för kraven från engelskt håll på kategoriseringen eftersom de använda

slitlager-materialen med högt poleringsmotstånd i regel har dåliga mekaniska egenskaper (jfr

mom. 8). Även i USA tillåts stenmaterial med så höga LosAngelestal som 40 i asfalt-massa, någon mera detaljerad klassindelning görs inte.

22

CORRELATION ENTRE LES ESSAIS SCHLAGVERSUCH (fractlon 8/12)

ET LOS ANGELES EN (fraction 10/14)

25 w Los Angeles 10/14 20 -» Droite de régresslon: y I 1.27x - 5.46 '2 (-1 W Corrélatlon: c :2 0.89

10

d-_ Schlagversuch 8/12

0

.1.

_ 0.0

5.0

10.0

_{32551 ['/01}

15.0

20.0

F\

Figur 12. Samband mellan Los Angeles och tyskt fallhammarförsök (Schwery 1994).

25.0

LOS ANGELES TAL I SPRÖDHETSTAL

8-16 MM I 8-11 MM

LAQG

40

30 :.

R=0,58

_'

_.

20

30

_

40

39%

50

'* 60

940408lnul

Figur 13. Samband mellan svenskt sprödhetstal och Los Angelestal (Ulmgren mt]

1994).

25

7.

NÖTNINGSMOTSTÄND

Beläggningsslitaget var högt i början av seklet p g a förekomsten av järnhjul, slag av

hästhovar rn rn och testmetoder för nötning fanns utvecklade. Intresset för nötning avtog

dock nästan helt när fordon med luftfyllda däck utvecklades och vägslitaget blev mer . eller mindre försumbart. Innan slitaget av dubbade däck började utgöra ett problem

fanns det ingen nötningstest i Vägverksanvisningarna, man bestämde således

stenmate-rialkvaliteten endast enligt flisighets- och sprödhetstalstester (styrkegrad). Stenmaterial-täkter etablerades också för att uppfylla dessa kriterier och kan senare ha fått vissa prob-lem att klara nötningskrav.

Undersökningar vid VTI visade på behovet av en nötningsmetod och det s k sliptalet, i

princip en modifierad brittisk metod, togs fram ungefär 1970. I Norge utvecklades några

år senare det närbesläktade abrasionsverdi. Slipvärdet togs även upp i Finland, men fick aldrig någon genomslagskraft. Undersökningar, gjorda redan 1971 vid VTI, visade på god korrelation mellan sliptal och slitage av beläggningssten (ytbehandling) i prov-vägsmaskin. Det dröjde dock ända tills 1984 innan slipvärdet (en utveckling av sliptalet) togs med i BYA 84. Slipvärdesprovningen blev samma år FAS-metod.

Slipvärdesprovningen blev aldrig populär i branschlaboratorier och en orsak var att sub-jektiva moment förelåg vid tillverkningen av provplattor, den relativa luftfuktigheten påverkade nötningsresultatet m m. Alternativa metoder studerades därför vid VTI, bl a fransk Micro-Devalmetod (jfr nedan), som dock gav resultat som inte alltid stämde öve-rens med erfarenheterna av stenmaterialen från provvägsmaskin eller provvägar. En svensk kulkvarn, egentligen inte utvecklad för nötnings- utan för malningsstudier, testa-des senare och gav oväntad god relation till slipvärdet. Figur 14 visar de goda korrelatio-ner som erhållits vid undersökningar av slipvärde och kulkvarnsvärde samt slitage i VTI:s provvägsmaskin eller väg ("implanterade" plattor). Provvägsmaskinen å sin sida ger en perfekt korrelation med vägslitaget. Kulkvarnsmetoden togs snabbt upp av olika laboratorier och blev uppskattad. Den har tagits med i Väg 94. Den har även accepterats i Finland och Norge (jfr nedan).

Metoder förekommer utomlands för att bestämma nötningsmotståndet hos sand eller "fine aggregate". En sådan fransk metod har också varit aktuell som förslag till Europa-standard, men tagits tillbaka. Vid fina partiklar får nämligen komforms- och ytegenska-per större betydelse än nötningsmotstånd och hållfasthet.

26 Konsekvenser av europanormering

Utanför Norden förekommer vissa metoder för nötningsprovning, dock inte utvecklade

för prediktering av dubbdäcksslitage. I Frankrike används således en kulkvarnsmetod (figur 15), Micro-Deval, för provning av stenmaterial såväl till asfaltbeläggning som för ' obundna och hydrauliskt bundna stenmaterial till bär- och förstärkningslager.

Våtnöt-ningsmetoden är främst till för att slå ut de sämsta, vattenkänsligaoch samtidigt även

vittringsbenägna varianterna. Micro-Devalmetoden är medtagen i förslaget till

Europa-standard för testning av nötningsmotståndet hos stenmaterial till samtliga väglager (och även betong). Någon kategorisering av resultat' av Micro-Devalresultat har ännu inte gjorts i förslag till produktstandard, men ett sådant har utarbetats på arbetsgruppsnivå: Micro-Devalvärde, max Kategori

15 1

20 2

25 3

30 4

Inga krav 5

Inga krav kan i senare upplaga motsvara O-kategori. Värdena är så lågt satta att svenska beläggningsmaterial, även sådana av "lokal" typ, i regel klarar kravet på kategori 1, detta till skillnad från hållfasthetskrav. Även torrnötning kan utföras enligt ett normativt an-nex i standarden, något som dock är tämligen meningslöst. Metoden har mötts av starkt motstånd från en del länder, bla Tyskland, som förklarat sig införa "O-option".

Norden har fått med svenskt kulkvarnsvärde som förslag till Europanorm för testning av motståndskraften mot dubbslitage. Provningen liknar den för Micro-Deval, något som väckt viss opposition från en del länder. Man kan dock visa på dess relevans vid nordis-ka förhållanden. Två förslag till nordis-kategorisering har nyligen föreslagits från nordiskt håll, nämligen:

Kulkvarnsvärde, max. Kategori

6 eller 7 1

9 eller 10 2

13 eller 14 3

18 eller 19 4

27

De högre värdena förordas av Finland och möjligen Norge och man måste bestämma sig till nästa SC 6 möte. En nordisk ringanalys har nyligen utförts för att få fram precisions-värden. Observeras bör att enstaka svaga stenar, t ex vittrade sådana, som sönderdelas kan utöva en stor inverkan på kulkvarnsvärdet vid nötninsresistenta stenmaterial med annars ringa avnötning av stenarna.

Från engelsk sida har man på ett tidigt stadium accepterat Micro-Deva] som

nötnings-metod. Dock har engelska laboratorier på senare tid skaffat sig Micro-Devalutrustning

och fått erfarenheter. Man har nu upptäckt att de från engelsk synpunkt mest värdefulla, poleringsresistenta stenmaterialen haft svårt att klara våtnötningen vid

Micro-Deval-provning. De relativt svaga bergartemas nötningsmotstånd nedsätts nämligen särskilt

mycket av fuktighet. Av den anledningen har man framfört kravet att den engelska Aggregate Abrasion Value (förebild för slipvärdesprovningen) också ska tas med som Europanorm för att utföras i kombination med poleringsförsök (mom 8). Om så skulle blir fallet kommer det således att finnas tre testmetoder för nötningsmotstånd, föreslagna för standardisering.

Figur 16 visar sambandet mellan Micro-Deva] och Aggregate Abrasion Value, dvs den brittiska varianten av slipvärde, för engelska "high performance aggregates" till slitlager. Sådana utgörs t ex av gråvackor och sandstenar ("gritstone"). Sambandet är mycket då-ligt. Undantar man dock de sedimentära bergartema så får man dock fram tendens till visst samband. Dessutom har för jämförelsens skull ett område, som ungefärligen karak-teriserar svenska slitstarka slitlagermaterial, inritats. Det framgår med all tydlighet att synsätten är helt olika på vad som är ett "högklassigt" slitlagermaterial i England och Sverige. Försök, gjorda i Ontario, Kanada, har också gett ett dåligt samband mellan Aggregate Abrasion Value och Micro-Deval, speciellt för dåliga stenmaterial (figur 17). Man har därvid också klassiñcerat funktionen hos stenmaterialet i beläggningen med avseende på hållbarhet (främst vittringsbeständighet) vid de rådande trafik- och

klimat-förhållandena.

Vid senaste TG 7 möte föreslogs från svensk sida att Aggregate Abrasion Value enbart ska bestämmas för de mest poleringsresistenta stenmaterialen, dvs sådana som ger miss-visande värden vid våtnötning. t ex enligt Micro-Deval. Bla detta förslag kommer att diskuteras på följande möte. På motsvarande sätt blir det nordiska kulkvamsförsöket aktuellt endast för stenmaterial med god slitstyrka.

maa mmmEHBmmmm gamar vagn. 3%: I. många Bozmø ämmzâmm oo: 835238

Electric matar

and re u '

d cuon 3

carin

g Drums

| | __r-A '

i

H'W..

.

?WN-1

U] .M

_..

_H

.. m.-. ... - .|_._. ...- . _ I. ...__. . ._{;%.u ...__. ..-_-l ...0 _vvwii _-r

Drive whccl/

Fixed Shift

Frame

.mcxiblc coupling

ta?

_#"q'u

29

,

Cross secüon of a drum

5.0:

30

I

av

45-

_.

E

.Wowwee Av MM Wim

40 '

_'3

_/

f

- :ut

:

/ x

:55-

/

w

: 4= /* g x :i: I- : + */x * å d 4+ x ,av xx* :M 9 1 + / Xml: :i: a: :i: - 4: *W :t: E - x+*/=i=*4= :i:

8 20: ,27' i.

...

ä

5 /x *1:*

MW

ägju'm 2

ca

15-cID

: /

M

5

- .x

_ A.,

/

*antal*

'

5 d'

i

R k

5

i

10-

_{: '}

/ \ L/

_{\ -l-H-H-Meiomorphic Rocks}

xxxxxug°nå2 u°s"å3ks°°

_ / W = Weathered Sample

5.: i

i."

:I \

/

2

X...

0 TIIIIIIIIIIIIITIjII[IJIIIIITIIIIITIIIIII

O

5

10

15

20

25

30

35

40

AGGREGATE ABRASION VALUE (AAV)

ut om."0' nu m 00010601 a: vunna tomas wzuutllo

W i! momumlmnuu mv without man annu. count

HIGH SPECIFICATION AGGREGATES DEPARTMENT OF THE ENVIRONMENT

Groph showing the relationship

TraversMorgan Limited

between Aggregclztec Abrosio? Value

ond Micro- evo oefficien

16. Samband mellan brittiskt "slipvärde" AAV och Micro-Deva] enligt engelska forsok (Travers Morgan LTD). Ett samband för eruptiva och metamorfa bergarter resp.

ett hypotetiskt område för slitstarka stenmaterial har inritats.

31 L L 1 1 L L4 11 L L 1 1 1 a 1 i'

5° *ASPHALT SURFACE

_

q

. GOOD

i

(DFAm

40% i POOR

L

1 1 _i l

;i

<1

3

LU D

.1

§

_30-*

2 -1 9

F-2

7

T

m

l

L

220-] L_ 18-1' . LU

2 l

* "

o

:

:0

Lu l-IlO-e _.

< 6

J

.cuøåva$3

en

[

0-

.

wñwiwq

TT

1 10 100

MICRO-DEVAL LOSS (0/0)

Figur 17. Samband mellan Micro-Deval och brittiskt "slipvärde" AAV samt bedömning av stenmaterialens lämplighet i asfaltbetong enligt fälterfarenheter (Senior och Rogers

32

8.

POLERINGSMOTSTÃND

En stenmaterialegenskap som man inte behövt beakta i Sverige utgör poleringsmotstån-det hos stenen i vägytan och som bestämmer vägytans mikrotextur. Bergarter har nämli-gen större eller mindre benänämli-genhet att poleras av gummidäcken i kombination med det _

vägdamm som finns på vägytan eller också har inlagrats i slitytan av däcksgummit.

Po-leringen utgör ej enbart en mekanisk avnötning av mycket fina fragment utan är snarare

fråga om en "mikroplastisk deformation", tom synlig i mikroskop. Mikrotexturen hos

vägytan beror främst på själva stenmaterialets yttextur (till skillnad från makrotexturen

som beror av beläggningstyp och maximal stenstorlek). Blir mikrotexturen dålig,

riske-rar man låg friktion på fuktig vägbana. Mikrotexturens betydelse är särskilt stor för

frik-tionen vid låga hastigheter (makrotexturen avgör främst frikfrik-tionens hastighetsberoende).

Vid nordiska förhållanden med dubbdäcksslitage vintertid ruggas dock mer eller mindre sommarpolerade stenytor upp och några nya högpolerade stenytor hinner inte utbildas under nästa sommar, i varje fall inte för sådana slitstarka stenmaterial som används i

Sverige (ñgur 18). Särskilt poleringskänsliga är däremot homogena kalkstenar som p g a

sin mjukhet snabbt kan bli högpolerade samt få nednötta och släta ytor, men också vissa ñnkorniga, "homogena" basiska bergarter (de innehåller inte det hårda mineralet kvarts) som inte är omvandlade och innehålla mjuka, ofta glimmerliknande, sekundära mineral som inte låter sig poleras. Hårda och slitstarka stenmaterial låter sig i princip också po-leras, men processen tar längre tid. Vissa syntetiska stenmaterial med hög hårdhet (calcinerad bauxit) används utomlands. De är samtidigt mycket porösa.

Förutsättningen för god poleringsresistens är att en bergart innehåller en blandning av

hårda och mjuka mineral så att de hårda bildar "toppar" i förhållande till de nedgröpta,

mjuka mineralen, tex. som hos glimmerrika bergarter, jfr figur 19, eller också att mine-ralen är mycket löst sammanfogade så att ytan ständigt regenerar sig under trafik (exem-pel är vissa sandstenar och särskilt sådana som också ger bra slipskivor). Hög porositet utgör också en gynnsam faktor. Samtliga dessa faktorer är dock till nackdel från

slitage-synpunkt och det är därför svårt att kombinera dessa två egenskaper i en och samma

bergart. En engelsk undersökning visar att det inte finns något samband mellan brittiska nötnings- och poleringsförsök (figur 20), men man kan däremot spåra samband om olika bergarter relateras var och en för sig (figur 21). Man kan se att stenmaterialen försämras beträffande poleringsmotstånd med förbättrad slitstyrka.

33

Någon metod att bestämma poleringsmotståndet hos stenmaterial finns inte i Sverige. Utomlands mäts detta i regel genom en brittisk metod, "Polished Stone Value", som också är föreslagen som Europametod (figur 22 och 23). Samband mellan PSV och frik-tion vid ca 50 km/tim har tidigare påvisats av det engelska väglaboratoriet (figur 24). En första version av den brittiska metoden har testats vid VTIs föregångare SVI, jfr nedan. Den brittiska metoden har dock blivit modifierad ett flertal gånger efter SVI:s försök. Vissa andra varianter av poleringsförsök förekommer, i Frankrike arbetar man således

f 11 med ett blästringsförsök som sägs korrelera med det brittiska försöket och kan

even-tuellt senare aktualiseras som en enklare alternativ metod. I Tyskland och USA finns också speciella metoder, dock för att polera beläggnings- och inte stenytor.

Konsekvenser av europanormering

Det brittiska försöket är föreslaget som europastandard. Metoden är mycket arbetsinten-siv och tidsödande. Förmodligen behöver man inte ställa några krav i svenska anvis-ningar eftersom svenska myndigheter har ansvar för vilka krav och nivåer som kommer att gälla från säkerhetssynpunkt. Dessutom kan man åberopa "O-option". Däremot är det nödvändigt att svenska stenexportörer kan redovisa provningsvärden och här kan man antingen anlita utländska laboratorier eller något svenskt laboratorium som skaffat sig kompetens. En provisorisk kategorisering har föreslagits för produktstandard:

Minsta poleringsvärde Kategori

60 1

55 2

50 3

Inga krav 4

Inga krav kaommer sannolikt att innebära O-kategori. Obs. vid senaste SC3-möte har man kommit med nya förslag, nämligen 68, 62, 56, 50 och 44. Exempel på kraven i en del länder ges i figur 25. Enligt engelsk uppfattning ska poleringsvärdet kombineras med nötningsvärden (jfr mom 7). Provningen har visat dålig reproducerbarhet vid en europeisk ringanalys på 80-talet och skillnaden i kategorier enligt ovan verkar därför väl

ringa. Subjektiva moment föreligger vid tillverkningen av provplatta (såsom vid

slip-värdesprovning), speciellt val av partikelytor och detta t o m vid en och samma bergart. Man väljer ut plana stenytor vid läggningen av provplattan vilket gör att slitstarka bergarters förmåga att bibehålla skarpa kanter under trafik undervärderas. Felkällor finns dessutom vid nötnings- och poleringsprocedurerna samt den efterföljande

34

ningen av ytan hos våt provplatta med hjälp av friktionspendel. Engelska undersök-ningar har visat att laboratoriekrossat stenmaterial får bättre värden än verkskrossat som har mer avnötta stenytor p g a en intensivare nötningspåkänning. Tidigare gjordes försök vid VTI med en starkt modifierad utrustning (med ökad nötningspåkänning) varvid sten-materialen rangordnades på ett mycket annorlunda sätt än tidigare.

.. . nuts. .t \ a

3%.ä

?man Hm. mämmwowqoåâwamwowwmwm_ EES m< 5385;» ?MS <mmwmümmism 85 E-mmzm man BUF mv moååoänma anammzoww 00: mvâavaozmäcsmäa :3:25:59 mo-:05 acccmznmmm. maamñoasm om mooo mmsmmh

Figur 19. Tunnslip aV genomskurna stenytor (gnejs), skyddade med härdplast, a) brottyta med uppstickande glimmerkorn och b) polerad yta där glimmern nötts ned mellan

37 75 Po li sh ed -s to ne va lue (P SV ) l 0 4 8 12 45

Aggregate abrasion value (AAV)

Figur 20. Samband mellan brittiskt poleringsvärde PSV och "slipvärde" (AAV). Hosking 1991.

38

n o

o

₃

O

0

Kalkstein

°

D 0

.Sandstein 0

O (1) .p g.. CD :2 _O ,.0

m

_ä

'r-'l

,ä

4* <1.: ;

ErguB - Hartge stein

1

man 'I' !

Poliertsteinwerte

033 0-4 0'05 05 0-55 0-6 065 0.1 0,15 0.0

Figur 21. Samband mellan brittiskt polerings- och slipvärde (AAV resp. PSV) men sor-terat enligt bergart (Høskings 1961).

39'

0 7 >

. Surface dressings: 25 000 tons/day; very fast traffic 7 8 O Coated chippings in asphalt: 60 000 tons/day; slow traffic (city street) _

m

-E A Bitumen macadam: 60 000 tons/day; fast traffic A

3_(U 9 5 0.6 -3 G) E 6 .E E E 0 f 0.5 -(U E_G) E "8_o 0 G) 2 .2 _0.4 -(U 3 0) .'9 C 8 2 0 3 1 I I 4 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Polished-stone coefficient of the stone used in the road surface

Figur 22. Samband mellan resultat från poleringsförsök och friktionsmätning på våt vägyta vid ca 50 km/tim (Hosking 1991).

40 Feed mechanism

0/

" : !

J

4

&\ F'owgauge OC : Road wheel

Solid rubber

tyred wheel -q _ _ _ -_ _ u_ _ -. . . _ u_ o -4 . . -. L. -. Diamant-01me Au dimension: an shown in minimum.

roÅlus oç 2°3*°S

F - Sed:

(76mm sliding length) Pointer

.N

no 20 :no 40_{30 v} 70 no 90 no ,no Caiibration Scale

(mot uid to' saa kd. uH\

41 I . Pendulum J ' _. A

. . <- Vertical adiunment screw i, l

\ 1 I l

.I

I Rubber :lider Spirit level / Levelling screw

Test specimen holder

42

Land

PSV-Wert

Eriäuterungen

Beigien

2 50

Frankreich

2 50

'

2 45

niedr. Baukiasse

GroBbritannien

60 - 75

A 1 + A 2 ( 4,1% Anteii)

55 - 65

B

(15 % Anteii)

2 45

f C

(81 % Anteii)

Niederiande

2 65

Autobahnen Vki 4

2 53 (50)

Vki 3

2 48'

Vki 1 + 2

Schweiz

2 50

Beton'

- 50

Asphait-Sonderfäiie

45

Asphait

Österreich

2 48-250

Deutschiend

(

55)

Sonderfäiie, z.B. MaBnahmen

zur Wiederhersteiiung der

Griffigkeit

( 50)

Hohe Verkehrsbeiastung

.

Baukiassen SV-III

( 43)

Baukiassen < III

(

) = Herte in Diskussion

43

9.

MOTSTÃNDSKRAFT MOT VITI'RING

Som tidigare hävdats utgör vittringen inget större problem vid svenska förhållanden och några normerade testmetoder förekommer inte. I lokala fall kan man dock träffa på om-vandlat berg, tex i förkastningszoner, som kan vålla vissa problem. I något fall har man etablerat en täkt i berg som gett dålig asfaltmassa. Sedimentärt berg, som ofta är vitt-ringskänsligt, kommer lokalt till användning t ex på Gotland.

Material, som är vittringskänsliga, ger även höga viktförluster vid våtnötning i kulkvarn, eftersom sådana bergarter i regel också är vattenkänsliga, och av den anledningen krävs det egentligen inget speciellt vittringsförsök. Likartade resultat har nyligen visats vid

is-ländsk undersökning. Figur 26 och 27 visar exempel på samband mellan våtnötning

(Micro-Deval) och vittringsförsök, testen med magnesiumsulfat (saltsprängning)

före-slagen som Europastandard. Frys-töväxling med salt är också aktuell (jfr nedan).

Vitt-ring sker nämligen i vägsammanhang inte enbart genom frostsprängning; speciellt ler-mineral och vissa sekundära ler-mineral i sedimentära resp omvandlade bergarter absorbe-rar och binder vatten och utövar därvidett svällningstryck som kan ge upphov till

sön-derfall. Ett speciellt våtnötningsförsök i vändskak (intemmetod) utvecklades f ö vid VTI

i början på 70-talet för den typen av svagmaterial.

Vid VTI har det vidare utvecklats ett vittringsförsök (intern metod) i början på 80-talet, varvid en analysfraktion utsatts för 10 frys-töcykler i 1,0 %-ig NaCl-lösning. Frys- och upptiningstemperaturer är -20 resp 20°C. Saltlösningen ger markant tydligare utslag för vittringsbenägna stenmaterial än frys-töväxlingen med vatten (figur 28). Lösningar av urea, men även vatten tillsatt något alkohol m m, accelerar också sönderfallet på likartat sätt, bl a genom att vätskan lättare kan tränga in i stenmaterialets porer och därmed öka mättnadsgraden. P g a nedsatt ytspänning men även andra mekanismer torde här

sam-verka.

VTI:s metod har främst använts för flygfältsbeläggningar, man accepterar nämligen inte lossvittring av enstaka stenar som kan sugas in i jetmotorer. De flesta stenmaterial inne-håller dock någon sprucken eller vittrad sten, varför krav på en vittringsförlust lika med noll eller också ett mycket lågt värde (tex 1-2%) förefaller ganska orealistiska, jfr nedan.

44

En närbesläktad metod har senare utveckats i Ontario, Kanada, som går ut på 5 cykler i 3 %-ig NaCl-lösning. Denna test ersätter tidigare magnesiumsulfatprovning som haft då-lig precision. Ett isländskt försök med 1%-ig saltlösning har även utvecklats (jfr nedan). Konsekvenser av europanormering

Från svensk synpunkt har förslaget till produktstandard (bilaga 1) en slagsida mot be-ständighetstester. På grund av de svenska stenmaterialens karaktär kan "O-option"

åbe-ropas. Dessutom kan låga vatteabsorptioner användas som skäl för att undvika vidare

provningar. Utomlands används ett flertal mer eller mindre relevanta försök, ibland

ut-vecklade för speciella bergarter och det har varit. mycket svårt att enas inom

CEN-arbe-tet. Allmänt accepterade metoder föreligger ännu inte även om två omdiskuterade stan-dardförslag för vittring hittills utarbetats, nämligen delsen tysk frys-tötest med vatten, dels ett engelskt (eller snarare amerikanskt) saltsprängningsförsök som består av vätning och torkning av provmaterialet med hjälp av mättad magnesiumsulfatlösning. Dessutom listas en tysk metod (koktest), avsedd för basalter, men också stålslagg, samt några me-toder för bedömning av beständigheten hos metallurgiska Slagger (bilaga 2).

Man har för att undvika onödig provning tidigare diskuterat olika bedömningscheman och system enligt "satisfactory service record". Föreligger tillräcklig erfarenhet från praktiken behövs ingen provning, men det kan bli fråga om ganska subjektiva bedöm-ningar i en del fall. Även en petrograñsk granskning kan visa om behov av ytterligare provning föreligger.

Man har inom CEN-arbetet föreslagit att om vattenabsorptionen understiger 1,0 % så behöver ingen provning göras (Enligt tysk DIN-norm sätts gränsen vid 0,5% och tyskar-na vill behålla dentyskar-na gräns). Det finns dock ingen definitiv sådan gräns för god bestän-dighet. Slagger och vissa vulkaniska lavor med betydligt högre vattenupptagning kan vara beständiga eftersom porema kommunicerar dåligt (jfr figur 3). Å andra sidan kan det finnas stenmaterial med dålig beständighet som har mycket fina porer, som täpps till vid förekomst av lermineral i bergarter och som inte låter sig lätt vattenmättas enligt standardförfarandet och vattenabsorptionsbestämning fungerar då inte. Figur 29 visar ett samband mellan vattenabsorption och vittringsförsök med hjälp av magnesiumsulfat-lösning för stenmaterial från Texas.

45

Den testmetod, som har kommit längst är tysk frys-tömetod, utförd med vatten. Den har dock föga relevans, annat än för extremt dåliga stenmaterial. Engelsk vittringstest (vät-ning och tork(vät-ning i mättad MgSO4-lös(vät-ning) är ett annat förslag av tveksam relevans. I förslag till produktstandarder har dock provisoriska kategorier föreslagits:

Fggs-töförsök Magnesiumsulfattest, Kategori

max. viktsförlust, % max. viktförlust,%

1 15? 1

3 25

Inga krav Inga krav i 3

Av tabellen framgår det att det tyska försöket antingen utövar en mycket ringa effekt el-ler också är utvecklat för extremt bra material, medan det engelska är anpassat för gans-ka dåliga stenmaterial (bl a sådana med hög poleringsresistens). Man har från engelskt håll också hävdat att viss vittring utgör förutsättningen för god poleringsresistens. Dålig överensstämmelse föreligger mellan kategoriseringen av de två testmetodema. I förslag till standard för betongballast har man gjort ett försök att koppla tester till klimatförhål-landen. Tester behöver endast göras i tveksamma fall.

Från isländsk sida har man kommit med förslag där frys-töväxlingen i likhet med VTI:s försök utförs med 1 %-ig saltlösning, men med 80 snabba cykler mellan 4 och -4°C. Metoden är dock speciellt modellerad för isländskt klimat och måste modifieras för att vinna allmän acceptens. En möjlighet kan vara att det enligt tyskt metodförslag används saltlösning i stället för vatten. Man har dock motsatt sig detta från tyskt håll och hävdat att erfarenheter saknas. Detta är inte helt korrekt och erfarenheter finns också från en del andra mineraliska byggnadsmaterial. Ställningarna är dock låsta och det enda man hit-tills lyckats enas om är att ta med en informativ bilaga till frys-töstandardema där det in-dikeras att bla saltlösning kan bli aktuellt när erfarenheter inhämtats. Från skandinavisk sida planerar man en nordisk ringanalys med tysk CEN-metod, men förutom vatten an-vänds också saltlösning, d v s försöket utförs då på ett icke normerat sätt.

46' d 1 1 1 141141 1 4 1 1.;1411 1 1 1 14111

:

A

A

*

.

^

I

L

A

.

5

4 _

å'

.

0

A

A

A

b

' A A (I) .. A (D 8 Ö A i

9

i:

;HD 1 O

LO

-2 -20

'

0

:A0

0

o

.

_

o

0

(-5 .l .. O .. .O

. §10:l

.

.

.

O 0

b

4

«

O .

u

o

i

_J "' O* O

-4

1

O.

0

>

°

i

LU 4 0 P

9

0

g

ASPHALT SURFACEb

0

g

0 GOOD*

0 HUR

A POOR

1 j j TTWTYII W i 7 T lTITT 1 är T 'I TTTW

0.1

1

5 10

100

FREEZE-THAW LOSS (%)

Figur 26. Samband mellan Micro-Deva] och frys-töväxling (3%-ig NaCl lösning) samt klassificering av lämplighet i asfaltbetong enligt fälterfarenheter (Senior och Rogers

47

MI

CR

O-

DE

VA

L

LO

SS

(o/

o)

1 l 4 l i 1 i 1 4 4 i l 1 1 J L 1

80-

_*'

G .. 0 -l -G .4 l-0 6, k 5 ?-r:0.85 P (0:106) r

.ä

0 :[1 T T T I 1 T j 1' 1 T T I 7 T T T T T T7

0

20

40

60

80

100

MgSO4 LOSS (o/o)

Figur 27. Samband mellan Micro-Deval- och magnesiumsulfattest enligt Senior och

Ja ya wi ck ra ma (1 99 2) . Fi gur 29 . Sa mb an d me ll an res ul tat av ma gn es ium sul fa tt es t oc h va tt en ab so rp ti on enl igt 1

sönderfall 1 viktprocent, material <8,0 mm

9-' I-' ah .5 O UI o ur 0 U1 Material Berggrus Graddisvagen Naturgrus Q

Gustafs

i

Gnejs

Q

Töva ?

Diabas

5.

Skövde

- \\

Naturgrus Sätertorp Naturgrus Kvidinge II Naturgrus Hörberg SO

'-|

|

AVVA

n

g

M e t o d B (2 l M e t o d C (va tt en ) Kalksten Brunflo Samkross Dalby M e t o d A (1 % N a C l -l ös n i n g ) 5% a r e a -l ös n i n g ) Grusbärlager Graddis Naturgrus Örsjö Kalksten Hejdeby

48

49

80

TEMS DATA

Legend -'

_ MRW- Massey-Richards Whlte

70 Coefficient of

YP YatesParmelly

-.

.

2_

CGC - elements-Garden City

_Determlnatlom r - 0.46

w_ Anderson White

A

BW- Booth White /

60

U)

A

8 50

.1

g;

_

A

UZJ

A

/\

g 40

A

A

8

_

A

co

El

₃₀

§2

o _ v

20

1 0

0 1 L

0

6

8

0

ABSORPTION (%)

Figur 29. Samband mellan resultat av ma

50

10.

TERMISK BESTÄNDIGHET

I asfaltsammanhang bör stenmaterialet inte sönderfalla eller försvagas påtagligt vid

ge-nomgången av torktrumma. Mineralen har olika termiska utvidgningskoefñcienter, ofta

dessutom varierande i olika riktningar. Vissa mineral kan dessutom förändras kristallo- _ grafiskt vid temperaturväxling (t ex kvarts ökar i volym vid 573°C), vattenhaltiga mine-ral som omvandlingsprodukter kan avge vatten, andra (speciellt de jämrika) oxidera vid volymsökning etc. Sammanfogningen av mineral, deras storlek etc är avgörande i

sam-manhanget. Stora och svagt sammanfogade mineral är således till nackdel i bergarter

även från termisk synpunkt likaväl som från hållfasthetssynpunkt.

Praktiska försök, som gjorts i Norge, Finland, Tyskland och Österrike, har inte kunnat påvisa en nämnvärd försvagning av stenmaterialet när detta fått gå genom torktrumman i asfaltverk (figur 30). VTI har erfarenhet av påtaglig uppluckring av mineralfogningen, med åtföljande försvagning och bitumenabsorption, i ett fall då man gjorde försök att

framställa asfaltmassa av en vit, dolomitisk metamorf kalksten (marmor) med mycket

dålig kornfogning. Denna hade därmed också dåliga mekaniska egenskaper. Figur 31

vi-sar ett tunnslip av en bit plastingjuten asfaltmassa.. Någon metod för att efterlikna

på-känningen vid genomgång av torktrumma finns inte i Sverige, men torde också vara

utan större relevans. Även om oljeflamman i torktrumman har hög temperatur, förefaller det som stenmaterialet passerar trumman så snabbt att det inte hinner allvarligt för-svagas. Laboratorieförsök visar också att tiden för upphettning i allmänhet utgör en väsentlig parameter och sönderfallet ökar med tiden.

Konsekvenser vid europanormering

En metod för "termisk beständighet" finns med i CEN TC 154 lista över metodstandar-der, men något förslag har ännu inte framkommit. Det finns ett tyskt test varvid det vat-tenmättade stenprovet upphettas till 700°C under 10 minuter och nedsättningen av slag-hållfasthet bestäms. Temperaturen är dock orealistiskt hög vid försöket, något som

sär-skilt missgynnar kvartsrika material, d v 3 sådana som i regel används i Sverige. Det är

dock stenmaterial med dåliga mekaniska egenskaper som främst kommer i farozonen.

Ett irländskt förslag har förekommit att i stället testa stenmaterialet vid 400°C, något

som verkar mer realistiskt bl a jämfört med de laboratorieförsök som tidigare gjorts vid VTI. Enligt allra senaste information kan dock testmetoden för terrniska egenskaper dras tillbaka.

51

Än derung der Festigkeitseigenschaften : U Verbesscrung

. Verschlechterung

' de: modifizierten Las Angeles-Warta: beim Durd19ang dun-.h dia Trockentrommel

50-40 'iF-?- "' ""

.\-

F

_ 1- -i I_ _ E E G

:2.

I I I jI T1 1 I I I I I r. 1 l

8

1 I I I I

I

I

I

1

l

1 I

I

l l

l 8 I f I I I I 1 I I 1 1 l 1 l l 1 I

Mo di li zicr ur lo s An ge le s-Wa r: < Q

12 3,13 91110187 5 8161514 61517162012 Ma ten'aIbonidmung Stenmaterial l. Diabas 2. Basalt

3. Porfyrit, gnejs

Lt. Granit 5. Granit 6. Granuiit 7."Silikat" 8. "Siiikat" 9. Dolomit 10. Dolomitkalksten 11. Kalksten 12. Silikatmarmcr 13. "Karbonat" 14. "Siiikat" 15. "Siiikat" 16. "Siiikat" 17. "Silikat" 18. "Karbonat" 19. "Karbonat" 20. "Karbonat"

Figur 30. Förändringen av Los Angelesvärdet hos Österrikiska stenmaterial före och efter genomgången av torktrumman i asfaltverk (Eppensteiner 1974).

Figur 31. Tunnslip av enbit asfaltmassa, med pga påkähningen i torktrumma termiskt uppspruckna stenar (av marmor), som sugit upp bitumen efter spaltplan och komfogar.