Ringanalys av kulkvarnsmetod

V Zfnotat

Nummer: V 110 ' Datum: 1989-09-06

Titel: pinganalys av kulkvarnsmetod

-Författare: Jerzy Chytla

Avdelning: Vägavde lningen, M-sektionen

Projektnummer: 42356-6 Å

Projektnamn: Stenmaterial till beläggning Uppdragsgivare: Vägverket

Distribution: fri / begräxisäkXK

&

Statens väg- och trafikinstitut

' vag: ac,, "af!k1 Pa: 58101 Linköping. Tel:.013'ZQ4QPQ' Telex 50125 VTISGIS. Telefax 013-14 14 36 Institutef Besök: Olaus Magnus väg 37 Linköping

.Ringanalys

av

kulkvarnsmetoden

INNEHÅLL

1. Inledning

2. Försökets utförande 3. Resultat av ringanalysen 3.1 Spridning av resultat

3. Spridning inom labgratorier 3. Spridning mellan laboratorier 3.2 Repeterbarhet och reproducerbarhet 4. Jämförelse med ringanalys av slipvärde 5. Slutsatser och rekommendationer

Bilaga 1: Tabeller

1. Inledning.

Våtnötning i kulkvarn togs fram som en eV. alternativ metod till slipvärdet (VTI meddelande 444). En preliminär metodbeskrivnig har utarbetats i samarbete med FAS-metodutskott. Det har dock visat sig att kulkvarnens nötande förmåga försämras genom nedslitning av mal-cylinderns innandöme vid långvarig användning och vissa undersöknin-gar har därför gjorts med annan typ av kulkvarn (VTI Notat V 108). Eftersom flera laboratorier skaffat sig kulkvarn har det ansetts motiverat att utföra en ringanalys för att få bättre uppfattning om metoden. Avsikten har därvid inte varit att ta fram slutgiltiga värden på repeterbarhet och reproducerbarhet utan snarare att "son-dera terrängen" beträffande kulkvarnsmetoden.

2. Försökets utförande.

Material ingående i ringanalysen representeras av ett krossat naturgrus (huvudsakligen porfyr) och fyra bergkrossmaterial. Materialen är av mycket varierande kvalitet men samtliga utom porfyrgruset är relativt homogena. Deras beteckning och övriga vägtekniska egenskaper framgår av nedanstående tabell:

Mat. Bergart Komp-dens Flisighet Sprödhet Slipvärde

A Porfyr 2.61 1.38 38 1.35

B Granit 2.64 1.34 33 1.86

C. Sandsten 2.63 1.23 38 1.69

D Gnejs-l 2.75 1.46 48 3.40

E Gnejs-2 2.75 1.35 48 4.06

Stenmaterialen rensiktades, tvättades och neddelades vid VTI hösten 1988. Tre stycken färdiga provav varje material samt en kopia av metodbeskrivningen skickades ut till varje deltagande laboratorium: Dessutom ombads varje laboratorium att beskriva tillståndet hos

"lyftarna" i kvarnen (skiss i genomskärning) och att ungefärligen uppskatta antal genomförda analyser. Deltagande laboratorier

framgår av nedanstående sammanställning: - Farstaverken, Väglaboratorium

- Högskola i Luleå, Väglaboratoriet « Skanska AB, Väglaboratoriet i Lomma - Statens Väg- och Trafikinstitut - Vägförvaltning i P-län, Lab. i Torp - Västerbottens Grusförädlings AB, Umeå

Analyserna utfördes under våren 1989. Kompletta resultat medbifo-gade beskrivningar av respektive kvarns tillstånd inkom i april 1989. Parallellt med ringanalysen genomfördes motsvarande analys

vid VTI, med hjälp av VTI's egen kulkvarn. Kvarnen, som är 5 år

gammal har hittils använts sammanlagt ca 2000 timmar. Följdaktligen är "1 ftarna" inuti trumman krafti t slitna._{Y 8}

Övriga utrustningar - utom L-3 - är nyskaffade och har använts före ringanalysen mindre än 100 ggr (dvs ca 100 timmar). Labora-torium nr 3 har använt sin kulkvarn ca 200 timmar.

3. Resultat av ringanalysen.

En komplett sammanställning av enskilda värden och medelvärden redovisas i tabell 10 Medelvärden har beräknats för varje material och laboratorium och för varje material totalt. Dessutom finns i samma tabell värden erhållna från VTI's kvarn. Figur 1 illustrerar spridningen av medelvärden och variationsbredd (från samtliga labo-ratorier) för varje material. En viss tendens till en systematisk skillnad mellan olika laboratorier kan observeras. Laboratorier L-2 och Lo3 ligger genomgående under, respektive över medelvärdet. Samma laboratorier har även noterat tre av fem lägsta resp. högsta enskilda värdena (tab.l).

Vården uppmatta vid VTI ligger - som väntat - på mycket lägre nivå än motsvarande värden från andra laboratorier. I genomsnitt är de ca 20% lägre. Detta har sin förklaring i de kraftigt nedslitna

Fig. 1. Variationsbredden för varje material (skuggat område) och medelvärden för varje material och laboratorium (svarta punkter). Värden från samtliga laboratorier utom VTI. KU |k Va '" 5V ä' d° Kul kva rn svär de Kul kva rn svär de KU lk va MSVä' de K ul k va r n s vär d e Material A 3-5- . _sv _{> ' a} 4.. 2-1 A " I I I T j" L-1 L-2 L-3 L--l L-s 1: Material B 8-5_ 4-2-. A " I l I I I . L-I L-Z L-3 L-q L-s Material C 12-1 10-8_ 5-4

så

sä

30-ä

391 Spridning av resultat.

3.101 Spridning inom laboratorier.

Tabell 2 och figurer 2a och 2b illustrerar spridningen för varje ma-terial från samtliga laboratorier inom samtliga tredubbla prov° Både tabellen och figurerna inkluderar även VTI's resultat som är i detta avseende jämförbara med resultat från övriga laboratorier. Figurer 2a och 2b visar genomsnittlig och maximal variationsbredd inom laboà ratorierna. Figur 2a använder sig av absolut spridning (skillnad mellan maximum- och minimumvärde inom varje tredubbelt prov) medan figur 2b visar samma spridning som procentuell andel av respektive medelvärde°

Figo Zac Variationsbredden 5

.inom 1 aboratori er . Maximalspridning

4 _ Medelspddm'ng

m ä

S., 2*

Fig. 2b. Spridning inom 30

' 'mm laboratorier mummwn g Ix .. i .74 av medel -= å ä medelst,nt Värde för resp. ag 20' material och '- r 0 i?? l aboratorie . ,E Z ' ' ' _ ' ' _ _ ' ' _ - ' ' ' _ _ ' ' _ . _ - _ _ . . --VTI : s värden 3 h medtagna . _m9- i?_5% M B C D E Material

Den stora maximala spridningen hos material E orsakades av ett kraftigt avvikande resultat från Lab-3. Någon förklaring till avvikelsen (variationsbredd 4,3) har inte hittats. Näst största variationsbredd hos detta material ligger på 1.6 (tabell 2, lab-4). Variationsbredden varierar starkt mellan olika material med en tendens att vara större för mindre slitstarka material - när den är uttryckt som en absolut värde (fig 2a) och lägre - när den rela-teras till respektive medelvärde (fig 2b). Material A avviker från tendensen och är det enda naturgruset i sammanhanget. Streckad ' linje i figur 2b visar för jämförelsens skull den högsta tillåtna spridningen för slipvärde enligt MBB 31-86. I samtliga fall är den maximala variationsbredden större än 10% men det bör påpekas att ett tredubbelt prov ger i regel en större spridning av enskilda värden än ett dubbelprov (som ju utförs för slipvärde).

I tabell 3 sammanställs fördelningen av variationsbredden och figur 3 visar ackumulerad fördelning av variationsbredden. Cirka 65 % av samtliga 30 tredubbla prov har spridningen mindre än 10 % och för ca 85 Z ligger spridningen under 15 %.

Fig. 3. Fördelning um 0 av # w variations- .S 30_ 3 bredden. 3

'S

50-*

5:'

*SV

0

4

s

12

16

20

24

28

3.1.2 Spridning mellan laboratorier.

I tabell 4 redovisas variationsbredden för enskilda resultat från samtliga laboratorier (dock utan VTI) och samtliga material. Nedre delen av tabellen innehåller motsvarande variationsbredd efter att det lägsta och högsta enskilda värdet för varje material tagits bort. Samma tendens, nämligen att mindre slitstarka material ger större spridning av resultaten (fig. 4) gäller och även här visar material A (porfyriskt naturgrus) relativt stor spridning. Omräk-nad till procent av medelvärdet är spridningen hos detta material dubbelt så stor som hos andra material - 35.6% mot 13.5 -l8.6%

(tab. 4)

Fig; 4. Variationsbredden för enskilda vär-den hos olika mat.

(Värden från samt-liga laboratorier utom VTI.) S p n d n i n g

A

BC

D

E

3.2 Repeterbarhet och reproducerbarhet.

Tabell 5 innehåller resultaten av en kort statistisk utvärdering av ringanalysen enligt ISO 5725. Standardavvikelser och variations-koefficienter finns beräknade både för enskilda laboratorier ("inom lab") och för samtliga resultat för respektive material ("mellan lab"). Repeterbarhet (r) och reproducerbarhet (R) har beräknats vid 95 % sannolikhet. För definiøtioner och beräkningar hänvisas till ISO - standarden. VTI:s resultat har ej medtagits vid beräkningen av r och R med motiveringen att Vi från början visste om att

vår kvarn gav alltför låga, avvikande vården.

Bortsett från VTI:s alltför slitna utrustning har god repeterbarhet och anmärkningsvärt god reproducerbarhet erhållits vid kulkvarns-försöket. Följande preliminära resultat har erhållits:

r R

0.08x * 0.68 0.10X * 0.52

Figur 5 visar de ovanstående sambanden och bekräftar den goda reproducerbarheten hos metoden.

.Fig. 5. Samband mellan 4 I»

I Reproduccrbarhet kulkvarnsvärde a: 0 Reparerbarth och spridnings- d_ 3_ m måtten r och R. 3 i_ - 2* o C 2 .U 1 .. a. U) I I I 0 10 20 30 Kulkvarnsvärde

Variationskoefficienten - som lämpar sig bäst för jämförelse mellan olika prov - ligger hos fyra utav fem material under 6.0. Endast material A - det enda naturgruset som dessutom är mycket slitstark pga hög porfyrhalt - får ett relativt högt värde, över 9.0. Iögon-fallande i tabellen är den goda överensstämmelsen mellan "inom-lab" och "mellan-lab" varianterna av spridningsmåtten. Anmärkningsvärt år att reproducerbarheten, dvs spridningen mellan laboratorierna, inte skiljer sig mycket från repeterbarheten, dvs spridningen inom

En så bra reproducerbarhet (oftast är den betydligt sämre än repe-terbarheten) är resultat av den mycket robusta utrustningen och relativ enkla metoden. Vid kulkvarnsförsök utsatts, till skillnad från slipvärdet, ett ganska stort antal partiklar för en likvärdig nötning. Vid slipvärdet kan hårda partiklar skydda de mjukare för avnötning. Dessutom påverkas slipvärdet av den relativa

luftfuktig-heten i laboratoriet.

4. Jämförelse med ringanalys av slipvärdet.

Kulkvarnsmetoden var från början tänkt som en "ersättare" för den lite omständiga slipvärdemetoden. Därför kan det vara på sin plats att jämföra kulkvarnsresultat med resultaten från den tidigare ge-nomförda ringanalysen för slipvärdemetoden (L.Viman, Ringanalys II

- VTI meddelande 548).

Två parametrar - repeterbarhet och reproducerbarhet - valdes ut i detta syfte. För att direkt kunna jämföra dessa med varandra, visas parametrarna som procentuella andelar av kulkvarnsvärde respektive slipvärde.

Med undantag för material A i kulkvarnen är repeterbarheten (fig. 6) likadan hos båda metoderna. Jämför man reproducerbarheten (fig. 7) är den betydligt bättre hos kulkvarnen.

Fig. 6. Repeterbarhet 30 1 X av Kulkvarn SHpvårde respektive medelvärde. 20' 10-R e g i c t e xüa r l 1 e t > -§§§§§§§§§§§ä§§§ä§ä§§§ m.\ \\\ \\\ \\\ \\\ \\\ \\\ \\\ \\\ \\\ \\\ * 0 7 m C J §§§§§§§ U 1 §§§§ä§§§ T I §§§§§§§N §§S § C ) §N §§§§§§§ 5 2 §§§§§§§§§§§ * -§§§§§§§§§ b-§& §§§§§§§§§§ 7 = §§§§§§§§§§ä§

Fig. 7. Reproducer- 30_ Kulkvarn ? snpvârde z barhet i z Z z å z å

.

-=

á

_{% å}

_ä

2:

ø

_/

_/

_%

u

%

á

å

ä

z

%

_á

á

_/

%

_/

/

_á

17

010-

/

_/

/

/

/

/

/

/

/

/

/

»-

/

_á

_%

_/

n.

z

_/

_z

_/

_/

_/

_/

_á

å,

ä

å

ä

5. Slutsatser och rekommendationer.

Kulkvarnens nötningseffekt minskar med tiden och VTI:s kulkvarn, som använts ca 2000 timmar, ger ca 20% lägre avnötning än kvarnar på övriga laboratorier. Det laboratorium, som använts kul-kvarnen näst mest (ca 200 timmar) visar dock ingen avvikelse varför det är svårt att ge närmare besked om kulkvarnens "livslängd". Följande resultat har erhållits från ringanalysen:

0.08 x * 0.68 0,10 X * 0.52

r

Den goda reproducerbarheten hos kulkvarnsförsöket är anmärknings-värd. Repeterbarheten är ganska likvärdig med den hos slipvärde. Ett försök i kulkvarn är således värt att vidareutveckla. För redan gjorda, kompletterande undersökningar och rekommendationer hänvisas till VTI Notat V 108.

Bilaga 1.

Tab. 1. Samtliga resultat.

Lab nr. Mat. A Mat. B Mat. C Mat. D Mat. E

507 6 7 10.6 21.1 31.8 L_1 6.0 7 7 10.4 21.1 32.3 6.0 7 7 10.7 21.6 33.3 medelvärde 5.9 7.4 10.6 21.3 32.5 6.4 6.4 10.2 20.4 31.3 L_2 505 6.8 10.1 21.1 30.6 5 5 6 8 10.7 21 3 31.1 medelvärde 5.8 6.7 10.3 20.9 31.0 7.0 7.0 10.7 22.9 31.9 L_3 5.9 7 3 10.4 23.3 32.7 6.4 7 0 10,6 22.6 36.2 medelvärde 6.4 7.1 10.6 22.9 33.6 4.9 7.0 10.0 21.0 31.6 L_4 6.0 7.6 11.4 22.7 31.4 6.5 6.6 10.5 21.8 33.0 medelvärde 5.8 7.1 10.6 21.8 32.0 5.8 6 6 10.9 22.9 31.4 L_5 5.5 6.8 10.3 21.7 31.4 5.0 7.3 9.8 20.6 32.1 medelvärde 5.4 6.9 10.3 21.7 31.5 Medelvärde totalt 5,9 7.0 10.5 21.5 32.1 4 7 5.6 9 4 17.7 26.3 VTI 4 9 5.8 8 6 17 1 26 9 4 3 5.6 8 4 17.8 27 6 medelvärde 4.6 5.7 8.8 17.5 26.9

Bilaga 1.

Tab. 2. Váriationsbredd inom laboratorierna (max-värde minus min-värde för varje material och laboratorium).

Lab nro Mat. A Mat. B Mata C Mat. D Mat. E

a 0 3 1 0 0.3 0 5 1 5 L_1 b 5 1 13.5 2 8 2 3 4 6 a 0 9 O 4 9.6 0 9 O 7 L_2 å b 15.5 6.0 5.8 4.3 2.3 a l 1 O 3 0.3 0 7 4 3 L;3 b 17.2 4.5 2.8 3.1 12.8 a l 6 l 0 1.4 l 7 1 6 L_4 b 27.6 14.1 4.7 7.8 5.0 a 0 8 O 7 1.1 2 3 O 7 L_5 b 14 8 10 1 10.7 10 6 2 2 a 0 6 O 2 1.0 0 7 l 3 VTI b 13 0 3 5 11.4 4 O 4 8

a - absolut spridning b - spridning i Z av medelvärde för resp.

Bilaga 1.

Tab. 3. Kumulativ fördelning av variationsbredd. Inklusive Vles resultat. Variationsbredden relaterad till respektive medelvärde. Váriations-bredden 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 20-24 24-28 Antal resultat 8 10 4 6 l - 1 Antal resultat i I 27 33 14 20 3 - 3 Ackumulerat > antal 27 60 74 94 97 97 100 resultat i I

Tab. 4. Variationsbredd för enskilda värden hos olika material (max-värde minus min-Värde för varje material).

Samtliga a 2°1 1.3 1.6 2.9 5.6 resultat b 35.6 18.6 15.2 13.5 17.5 Efter strykn. a 1.4 1.1 0.9 2.3 2.2 av extrema resultat b 23.8 15.7 8.6 10.7 6.9 spridning i % av medelvärde för respektive material a - absolut spridning b

Bilaga 1.

Tab. 5. Ringanalys - statistisk utvärdering.

Medelvärde _. . 5.87. 7.02 10.49 21.47 32.12 Standardavvikelse - inom lab. 0.5360 0.4000 0.4374 0.7038 1.1804 . - mellan lab. 0.5668 0.4167 0.3846 0.9524 1.3819 Váriationskoefficient - inom lab. 9°1 5.7 4.2 3.2 3.7 - mellan lab. 9.6 5.9 3.7 4.4 4.3 Repeterbarhet 1.517 1.132 1.238 1.992 3.341 Reproducerbarhet 1.604 1.179 1.088 2.695 3.911

Bila a 2

sid (3)

I_ SIENMATERIAL.

BESI'AMNING AV KULKVARNSVARDE. 2.8ammanfattning.

Analysfraktion 11,2°1Ö,0mm framsiktas och provet (i regel 1000g) vags upp. Det nots under 60 minuter (5400 varv) med 70003 stalkulor och 2000ml vatten i standardiserad apparat. Provet siktas genom 2,0mm mask'vidd och viktsiörlusten bestäms genom Vägning. Den procentuella viktsförlusten är lika med kvarnva'rdet.

;3.[2trgstningå *

Kulkvarn av Horgârdshammar AB fabrikat typ 888 23. Halcylindem ska vara utförd av stål (2172 konstruktionsstal) med en inre diameter på 210mm och inre längd. 320mm. Inne i cylindern sitter tre stalribbor av kilstál 6x6 mm fast-svetsade. Cylindern roterar hoisontellt på två drivrullar med 90:3 varv/minut. Kulor av kullagerstál med diametern 1521:0,5mm. (kulornas diameter kan kont-rolleras genom stickprovskontroll. Det rekommenderas dock att speciella hål-siktar med 14,5 och 15,5mm öppningar tillverkas för kontroll av stálkulor).

Analyssiktar (diameter 300 mmDmed maskvidder 2,0; 11,2; 13,2 och 16,0mm.

Siktapparat (se HBB blad ). Utrustning för neddelning. Slang med spolmunstycke. Hink och div. kärl. Lämplig magnet.

Kulkvarnen ska vara fast förankrad i betonggolv eller betongfundament.

Provmangden som skickas till laboratoriet ska vara minst 5 kg. Heddela provet om nödvändigt med neddelningsapparat.

sid 2 (3)

STENMATERIAL.

BEETAMNING AV KULKVARNSVARDE.

lvatta provet om nodvandigt och torka till konstant vikt vid max 1051?. 'lorre'ikta pä maskvidder 11,2; 13,2 och 16,0mm.

Satt samman analysfraktionen, 5003 av delfraktion 11,0-13,2mm och 5008 av

delfraktion 33.2-16,0mm. Totalprovmangden ar då 10003. Vid tunga bergarter (ex diabas, gabbro, amfibolit) med korndensiteter >2,ög/cm3 ska provmangden

kompletteras enligt formeln:

Asz1000/2 ,66

varvid p=provets korndensitet (glomS) och A: analysmangd

Anteckna provets vikt .

§.Provning,

Vänd. provcylindern upp och ner samt häll i '7000:10 3 stalkulor, sedan provet och slutligen 2000:10 ml vatten..

Sätt på, locket och se till att gummipackningen är ren och sluter tatt.

Sätt kvarnen i rotation efter att först ha ställt in varvtalet på 5400 varv (ca 1 timmes körning).

Efter avnötningen töm cylinderns innehåll i en hink och cylinderns inre spolas rent°

Sätt samman maskvidder 11,2 och 2,0mm (ej siktbottenl och häll (ev i Ingångar) hinkens innehåll på den större sikten som tjänar till att skydda analyssikten. Tvätta noga genom att spola med vatten, helst varmvatten, som underlättar torkning av stálkulor och motverkar korrosion.

(.:

sid 3 (3)

Avlagsna kulorna med magnet och samla in allt prov 1 en lämplig skal. Torka provet till konstant vikt (max 105°C).

Torrsikta allt material på siktserie bestående av 11,2 och 2,0 mm siktar och väg allt material storre än 2,0mm.

er" ni .. ->

Beräkna kulkvarnsvardet med en decimal enligt följande:

Kvarnvärde= (A-B) xl 0 0 /A

varvid A==pr0vets ursprungliga vikt (3) B=vikt (g) av prov >2,0mm