Stenmaterials tryck- och slaghållfasthet - en jämförande undersökning

STATENS VÄG- OCH TRAFIKINSTITUT National Swedish Road and Traffic Research Institute

STENMATERIALS TRYCK- OCH SLAGHÄLLFASTHET _ - EN JÄMFÖRANDE UNDERSÖKNING

av

Peet Höbeda

RAPPORT Nr 39

STATENS VÄG- OCH TRAFIKINSTITUT

National Swedish Road and Traffic Research Institute

STENMATERIALS TRYCK- OCH SLAGHÃLLFASTHET

-- EN JÄMFÖRANDE UNDERSÖKNING

av

Peet Höbeda

RAPPORT Nr 39

Stockholm 1973

I N N E H Å L L s F ö R T E C K N I N G 3.1 3.2 5.1 5.1.1 5.102 502 5.3 5.4 5.5 VTI. Rapport nr 39 BAKGRUND SYFTE UTFÖRANDET AV TRYCKHÅLLFASTHETSBESTÄMNINGARNA Använd apparatur Utvärderingen av nedkrossningen PROVADE STENMATERIAL UNDERSÖKNINGSRESULTAT

Försök vid olika påkänningar

Egna försök

Några utländska erfarenheter

Partikelformens inverkan vid bestämning av tryck-och slaghållfasthet

Provfraktionens inverkan

Utvärderingsmetodens inverkan

Samband mellan stenmaterialens slag- och tryck-hållfasthet

SLUTSATSER ENGLISH SUMMARY

ENGLISH TEXT TO FIGURES REFERENSER

' FIGURBILAGA

Sid 11 13 15 15 '19 22 24 25

STENMATERIALS TRYCK" OCH SLAGHÅLLFASTHET m EN JÄMFÖRANDE UNDERSÖKNING

l. BAKGRUND

Vissa grundläggande undersökningar av metoder för stenmaterialprOV"

ning gjordes vid dåvarande Statens väginstitut och har tidigare .

redovisats (Höbeda 1966). Det var främst den normerade vid insti* tutet utvecklade och enligt Statens vägverk, Byggnadstekniska Anvisw

ningar föreskrivna sprödhetstalsbestämningen som utsattes för gransk-ning, men även vissa jämförande tryckhållfasthetsprovningar utfördes.

De senare blev icke redovisade.då avsikten var att utöka undersök"

ningarna och åstadkomma en separat publikation, något som dock icke

blev utfört, främst på grund av ökande uppdragsverksamhet inom sten"

materialområdet. Försök har gjorts att i efterhand - i kombination

med utländska erfarenheter - sammanställa och utvärdera vissa resul-tat som trots föråldringen kan vara av intresse i samband med de av

Statens vägverk bekostade projekten "Stenmaterial till beläggningar" och "Krav på stenmaterial till ostabiliserade lager".

2. SYFTE

I somliga länder provas stenmaterials hållfasthet genom långsam, "statisk" tryckning till en viss bestämd last i stället för upp-repade snabba, "dynamiska" belastningsförlopp som vid sprödhetstals* bestämningen med fallhammare. Exempel är British Standard 812 i vilken två olika tryckhållfasthetsprovningar finnes normerade vid sidan av ett fallhammarförsök. I bl a Tyskland (DIN 52109) och

Schweiz (Hallar 1970) föreskrives även provning av slag- och tryck-hållfasthet.

Syftet med föreliggande undersökning har huvudsakligen varit att studera hur en del stenmaterial med varierande petrografisk samman"

sättning reagerar vid provtryckning till olika belastning vid samma >gradering som vid sprödhetstalsbestämning och utröna om motivation

finnes för både tryck- och slaghållfasthetsprovningar. Inverkan av faktorer som partikelform och provfraktion har även studerats i be* gränsad omfattning.

3. UTFÖRANDET AV TRYCKHÅLLFASTHETSBESTÄMNINCARNA

3.1 Använd apparatur

Vid försöken användes för att underlätta jämförelser med slaghåll*

fastheter samma stålmortel (diameter 100 mm) och stålstämpel (vikt

3,6 kg) som föreskrives för fallhammarapparaten. Provfraktion var 8 1133 mm liksom vid kompletterande sprödhetstalsbestämningar. Undersökningar har även gjorts utomlands på välgraderade prov med ringa bålrum, något som är vanligast i vägkonstruktioner (Brand m fl 1966, Dao och Faller 1969, Loos 1970, Somayajnlu 1971). Resultaten har icke varit helt övertygande ur materialprovningssynpunkt, då

skillnaderna mellan olika stenmaterial blir betydligt mindre och

dessa klassificeras fortfarande i samma ordningsföljd som vid normerade försök på snäva graderingar (Kohler och Roth 1971).

De prov (jfr mom 4) som erhållits genom krossning av fast berg har

dessutom siktats till referensflisighet 1,42 (Höbeda 1966) för möjw

liggörande av mer rättvisande materialjämförelser. Samma sak har

gjorts med de två konstmaterialen. Grnsproven har däremot undersökts

vid befintligt flisighetstal för att separation av olika bergartsw komponenter med skilda partikelformer icke ska kunna ske. Proven har

förkomprimerats i två lager i provcylindern genom att en 430 g tung

stålstav fått falla 100 ggr på provytan från ca 2 cm höjd, detta

'för att erhålla god packning av partiklarna och jämn överyta i morteln före belastningen. En likartad förkomprimeringsprocedur an*

vändes även enligt brittiska normer.

Den använda tryckpressen är tillverkad av Tonindustrie och har en

kapacitet på 14 ton. Orienterande försök gjordes först med några

olika belastningshastigheter, påtagliga skillnader i nedkrossning kunde dock ej konstateras. Vid senare försök har en belastningsm hastighet på ca 7,5 ton/min eftersträvas. Provtryckningar har gjorts till laster varierande från 1 till 14 ton för de flesta prov.

3.2 Utvärderingen av nedkrossningen

Nedkrossningen efter provtryckning har nträknats dels analogt med det för fallhammarförsöket normerade sprödhetstalet s, dvs viktrz passerande 8,0 mm maskvidd för använd provfraktion 8,0 ll,3 mm,

dels analogt med det ursprungligen använda "gamla" sprödbetstalet

S. Detta senare tal ger ett mått på ytan under nedkrossningskurvan

i siktdiagrammet och påverkas Speciellt av halten av bildat fin" material (jfr SVl Meddelande nr 54 från 1936). Värden från tryck-hållfasthetsprovningar betecknas i det följande trycktal t och T.

Orsaken till att båda talen bestämts är att normerad utvärdering

visat att lämpa sig mindre väl vid provning av svaga stenmaterial

som sönderfaller starkt vid försöket (jfr Höbeda 1966, 1969). En del sådana material har medtagits i denna undersökning. Genom att viktsförlusten för provfraktionen efter nedkrossning beräknas,

påverkas värdet speciellt av partikelformen, både flisighetstalet

och rundningsgraden, faktorer som utöva mest inverkan i den övre delen av nedkrossningskurvan. Stenmaterial, som på grund av svag

kornfogning, hög halt av vittringsprodukter eller glimmar tenderar att starkt nedbrytas och bilda rikligt med fina fragment, kan där-emot komma att bli gynnade genom utvärderingsmetoden. För "normala"

beläggningsmaterial föreligger det dock en god korrelation mellan

'de båda utvärderingsmetoderna (Matern och Hjelmer 1943).

Tyska undersökningar, som regel gjorda på godkända beläggnings"

material, visar även att nedkrossningen kan utvärderas på olika

sätt och varje forskare rekommenderar sin metod (Nagel 1969, Sibler

1969, Loos 1970 m fl). Att så är fallet tyder på att i varje fall de undersökta, ganska kvalitativa stenmaterialen krossas på ett

lagbundet sätt. Den ökning av ett provs specifika yta, som beror,

på nedkrossningen, har även tagits som hållfasthetsmâtt (Moavenzadeh

och Goetz 1963, Loos 1970). Denna faktor påverkas dock i mycket hög grad av de allra finaste, bildade kornen vars fördelning nedanför

maskvidd 0,074 mm är osäker. Även partikelformen inverkar på ett svårbestämbart sätt och korrektionsfaktorer iåste införas vid

räkne-operationen.

4

Enligt amerikanska och brittiska normer utvärderas nedkrossningen

genom att bestämma passagen genom en enda, ganska liten maskvidd (138 resp 2,4 mm). Dhir m fl (1971) har något diskuterat svårigw

heten att utvärdera nedkrossningen med ett enda tal och föreslår

användninget av två olika värden i samband med de brittiska

standardförsökeni nämligen ett värde som visar hur mycket av provm

fraktionen som kvarstannar efter nedkrossningsprocessen (i princip

lika med 3 eller t vid institutets försök) och ett annat värde som

visar genomgången av 234 mm maskvidd. Hanteringen av två olika

värden är dock opraktisk och det förmodas att ett nedkrossningsm värde som S eller T ger en acceptabel summabild av förändringarna över hela fraktionsskalan.

4. 2* PROVADE STENMATERIAL

Av nedanstående 8 stenmaterial framställdes samtliga utom Synopal genom laboratoriekrossning av större stycken. De undersökta mete" rialen är av ganska varierande beskaffenhet i fråga om petrografisk sammansättning och därmed även fysikaliska egenskaper.

gagggial ° Ursprungsort Petrografiska kännetecken

(SVI nr)

_Granit Stockholm Medelkornig, biotitförande (SVI 72850)

Kvartsit . Bingsta, Z län Finkornig urbergskvartsit

(SVI 75670)

Diabas Vänersborg Finkornig, något omvandlad

(SVI 50117) till sekundära mineral

Marmor Dyrkatorp, w län Ganska finkornig, dolomitisk,

(SVI 77805) svag kornfogning

Kalksten Brunflo, Z län Finkornig, fossilförande

(SVI 49443) °

Lerskiffer Okänd, troligen Kompakt, något gråvackeartad

(omärkt) Z län

Synopal Danmark Vit glaskeramik,-sfäriska

(SVI 723) håligheter (gasavtryck)

Slagg ; Trollhättan I Glasig kiselkromslagg

(SVI 77812)

VTI.

, t 0 a r 0 o 0.

Vidare har 3 grasmaterialv..., 3 samtliga 1nneha.lande svara sedimentara2.) J

bergartsfragment,undersökts. Den petrografiska sammansättningen och

c o ,u .. c . ,q 0 i

fliSighetstalet ror provfraktionen=8mll,j.nm framgar av det nedan"

0 _

staende.

j , ot Nälden, Z län Vanstad, M län Kumla, T län.

bergartsinnehall

(SVI 79075) (SVI 77802) (SVI 77921)

Granit, gnejs m m 5 49 67 Sandsten 4 " 2 16 Kalksten 5 -. _ 6 Lerskiffer, 90i . ganska kompakt

Alunskiffer,

-w

. 49

'

' 11.

flisig, skör Flisighetstal 1,51 1,77 1,33 5. UNDERSÖKNINGSRESULTAT 5.1 Försök vidolika påkänningar 5.1.1 Egna försök

Provtryckningar gjordes till belastningar, varierande från 1 till

14 ton, dels för att få en uppfattning om lämpligt belastningsm område för försöket, dels för att studera eventuella skillnader

i materialens beteende vid olika belastning. Enbart en enda prova

tryckning har gjorts för varje belastning. Resultaten framgår av fig 1*4. Den nedkrossning; som erhållits vid parallella fallbammar*

försök (normerade 20 slag) har även markerats på kurvorna och mot*

svarar vid tryckhållfasthetsbestämningen belastningar varierande mellan 7rl3 ton (90*170 kg/cmZ). Att så stora skillnader erhållits

visar att materialen reagerar olika vid snabb resp långsam belast" ning. Enligt fig 1 och 2 har ganska jämnt löpande kurvor erhållits för laster upp till ca 10 ton. Finkornig diabas och kvartsit ut* märker sig genom speciellt god tryckhållfasthet.

För vissa prov tenderar nedkrossningsgraden att avtaga vid högre belastning. Detta gäller speciellt trycktalet t, medan sådan effekt framkommer enbart för skör marmor enligt trycktalet T. Orsaken är sannolikt den att bålrummet i dessa prov minskar sar* skilt starkt genom sönderbrytning av partiklar och därmed ökar motståndskraften mot vidare nedkrossningg något som visats av

H

uppkommer.

Shergold och Hoskings (1959\. En "packningseffekt

Faktorer som partikelform och provens homogenitet är av betydelse i sammanhanget. Skarpa kanter krossas redan vid låga laster, var" vid speciellt trycktalet t påverkas, när en partikel avrundats

ökar nämligen dess motståndskraft mot vidare krossning. Finmatem

rialbildningen börjar successivt att öka med belastningen, något

som påverkar främst trycktalet T, medan trycktalet t gradvis verkar förlora i känslighet. "Packningseffekt" är att förvänta

enligt båda utvärderingsmetoderna, även om den verkar börja upp-träda först vid trycktalet t.

Enligt fig 1 avtager krossningsgraden med belastning icke enbart för de svagaste materialen, även om effekten är mest markant för sådana. Orsaken är sannolikt den att partiklarna i vissa prov kan trots enhetlig petrografi vara särskilt inhomogena ur hållfasthets-synpunkt. De svaga partiklarna kommer därvid att krossas först och de bildade fragmenten tilltäpper hålrummen varvid provets motståndsm

kraft mot vidare krossning ökar. Med minskande hålrum stiger an-talet kontaktpunkter mellan partiklarna och spänningsavlastning

sker.

Nedkrossningen av Synopal verkar vara tämligen ringa vid låga laster men ökar sedan mer med belastningen än för andra prov. Par-tiklarna är ofta ganska rundade men mycket ojämna. varvid kanthåll-fastheten kan spela mindre roll i begynnelseskedet. Orsaken till det avvikande beteendet kan även vara den karakteristiska, porösa strukturen hos Synopal, en mer momenten sönderbrytning av en par"

tikel kan således tänkas uppstå efter det att en viss spänning

överskridits. Enligt trycktalet t avtager krossningsgraden när ca 10 tons belastning har överskridits.

VTI.

_ _4 mur, _ , ,W 4:-: m ' .f - ., _, ,. w, --g,,. .* .W .M7 ,a , ,m 501 :maxirgrwnngioveni"verktu-,Lorckgliingnni av blmflnd run] svarar paitgüx lar bestämma krossningsiörloppen i hög grad (fig 3 och 4). Grus

7 -53. - '-.T i: " .l . v- 3. . ,v t. 9- ' . . ,. ' G7 .-, .r . H.. \ - , _.r ,\ .. , - r \

iian haldeny som innehaller ca 90 m.ganska fast och kompakt ler" skiffern har erhållit ett ganska rätlinjigt förlopp upp till ca 10 tons last. Grus från Vanstad, innehållande ca 50 Z fragment av

mycket flisier skör alnnskiffer vid sidan av starkare granit och

kalkstei, har däremot givit upphov till en mer oregelbunden kurva samt tendens till "packningeeffekt" kan förmårkas redan vid en be"

lastning av ca 5 tone Nedkrossningen är genomgående högre för det

mer inhomogena materialet. Flisiga skifferbitar brytes till ett få" tal mindre delar redan vid låga laster, vilket påverkar särskilt trycktalet t.

är

Det framkommer vidare av fig Brå att de två starkare naturgrusproven verkar att,trots ogynnsam petrografisk sammansättning, krossas i likartad utsträckning vid högre laster som vissa stenmaterial enligt fig l"2 som användes för beläggningsändamål (ex granit, Synopal). Detta gäller speciellt trycktalet t. Jämföres däremot nedkrossningen vid lägre laster (<5 ton) har de sköraste kornen i grusmaterialen

till stor del redan krossats men "packningseffekt" har ännu icke inträtt varför värdena blir tydligt högre än för de mer homogena materialen. Den krossning som erhålles vid ganska låg last torde bättre motsvara förhållandena i en vägkonstruktion, även om trafik-belastningen kan åstadkomma en mer tidsberoende nötningseffekt.

Det framkommer av det föregående att det slagarbete, som användes vid sprödhetstalsbestämning bör vara i det högsta laget, i varje fall om även svaga stenmaterial avses att provas, då motsvarande nedkrossning erhålles vid provtryckning till så höga belastningar som 7"13 ton beroende på stenmaterialo I sammanhanget kan hänvisas till sprödhetstalsbestämningar utförda med olika slagantal av

Matern och Hjelmer (1943). Det framkommer av fig 5a att krossnings-graden avtager med ökande slagarbete och sambandet är icke rät"

linjigt fram till normerade 20 slag.

(E

0

V _ - 0 I 0 s_

(i .< -v vad - t 'vara - 'r r i -A "3 ;'1 to, ^ - -*- . r - v -J /\ - W ' -'\ ' ;1 K. *\ '_ r: m - A 'I -\ .r- n- i.) A -* " ...e

L) 0 lll (2 Hip G. Hu; ll. i., i\ ull 2. i: D U.. .3 L cl LE cl 3. L 1. LT.. i, 53. (JLi-i kl (2. is! (3. :i: (1 ll l, l a i U V

' r >-4 M?"Q a '- 'X - r'- »ä * ' - (' ^ * -. - i" j .r\ 'r' 1' r i 1' x . »1 -. »- rwa .4 '_4Q i. i . .. . --u r '- »> -\ 1-* *r www.

materialen har varit andra an de som tidigare iedQVisats oth prov

o « v '

är av lig 5b och Visar

\.

fraktion har varit ll,3f16 mm. Resultatet framn

att nedkrossningsgraden tenderar att avtaga efter ca 10 slag; Den mycket sköra marmorn komprimerades till den grad att normerade 20

slag icke gick att åstadkomma då fallhammarens gripklo ej nådde ned

till fallvikteno Ett slagarbete omfattande enbart 10 slag skulle bättre lampa sig för provning av stenmaterial med stora variationer

i hållfasthet. '

'\

Nedkrossningsförloppet som funktion av belastning kan således ge viss

information om stenmaterials homogenitet. I praktiken möjliggöres

sällan så många försök, att hela kurvan kan upptecknas i likhet med

vad som gjorts i fig lwá. En metod vore att utföra två försök till

olika belastningar (ex 3 och 9 ton) och taga förhållandetalet nellan nedkrossningsvärdena som mått på provens homogenitet. Ett liknande

förfarande vore även tänkbart vid sprädhetstalsbestämning, exempelvis kunde krossningen efter 10 och 20 slag bestämmas och ett förhållande

tal uträknas. I sammanhanget kan nämnas att i USA användes ett rep" försök (ASTM C 235) som komplement till hållfasthetsbestämningar genom Los Angelesförsök. Halten av partiklar som repas av en standardiserad

mässingspets uträknas. Spetsens hårdhet är så anpassad att kvalitativ

kalksten ej ska utklassas, däremot mjuk skiffer och mycket vittrat material.

5.1.2 Några utländska erfarenheter

I Storbritannien har två olika tryckförsök normerats (B 8 812) på grund av svårigheten att prova stenmaterial med mycket olika hållfastm

het med hjälp av ett och samma försök (Shergold och Hoskings 1959).

Enligt Aggregate Crnshing Value" belastas ett stenmaterial till en

totallast på 40 ton. Provcylindern har en diameter på 15 cm och provet

fyllas till en höjd av 10 cm. Senare har tillkommit ett nytt försök, Ten Per Cent Fines Value , för_att möjliggöra mer rättvisande tryck*

hållfasthetsprovning av svaga stenmaterial som packas alltför mycket

vid konventionellt tryckförsök. Proven belastas därvid icke till en

viss bestämd totallast utan den belastning som erfordras för att genom

krossning bilda 10 Z material <2,4 mm.bestäms genonlen råkneoperation.

q.

Nackdelen med metoden är att det i praktiken ofta får göras fler

.af ,. .. w,... _ . Ni ° _. ..' ' , : va i, .... ,. 1. .i \' .r i,--. -,, ,r \ ..' P ,

orienteranoe bestamningar till olika laster9 den i normen angivna formeln nallar nämligen enbart om halten av bildat finmaterialav fr

ligger inom intervallet 735w1235 viktsproeente

U' 0 0 a v ' c ' " " ^ r " t' Å ' " 't r' 1* - N 1 r :<1 . . r *ä r -"\ - r- A 3-: v A- - ^ r- "

xesnltat fran nasia tyska undersökningar ai aven av intresse i

,-sammanhangetg Kieiow m fl (1965) har utfört fallhammar- och tryck* prov till varierande slagantal och laster (apparater enligt DIN 52l09) för ett petrografiskt icke närmare definierat stenmaterialr prov 35,5 45 mmr Resultaten framgår av fig 6a och b. Förändringarna av provfraktionen och av de nybildade fraktionerna har upptecknats som funktion av slagantal resp belastning. Vidare har nedkross"

ningen markerats som Zertrümmerungswert (Zach) och som halt av

material passerande 10 mm rundhålssikt (RIO). Krossningsgraden av*

tager liksom vid institutets försök med ökande påkänning enligt

båda utvärderingsmetoderna (likaså kan genomgången av 35,5 mm randw hålssikt i princip motsvarande s och t, utläsas ur figurerna). Det

framkommer även att krossningen ökar icke rätlinjigt med påkänningen till den belastningsnivå som föreskrives i tyska normer. Partikelw fördelningen förändras med påkänningen på så sätt att halten av

fina fraktioner ständigt stiger, medan halten i fraktioner närmast provfraktionen först ökar p g a att partiklar i denna krossas, men sedan minskar på bekostnad av de finare fraktionerna.

Nämnda forskare har även utfört pulserande belastningsförsök på samma provmaterial. Provet har först förbelastats statiskt upp till en last av 30 ton, varefter den icke närmare definierade dynamiska belastningsvfxlingen påbörjats. Det framgår av fig 6c att den över"

vägande krossningen uppkommer vid statisk belastning, Den senare dynamiska påkänningen har gradvis stegrats till slutvärdet (VE enlig' figuren) varvid ytterligare nedkrossning, speciellt inom finnatew

rialregistret, äger rum. Själva belastningsväxlingen, som kan ha utövat ganska mild påkänning, och som skett upp till 60 000 gånger?

ger knappast något ytterligare krossningsbidrae. Moavenzadeh och

Goetz (1963) har även konstaterat vid försök i Gyratory Compactor ,

som utövar en upprepad skjuvpåkänning, att belastningsintensiteten

utövar en betydligt större inverkan än belastninesväxlingen.

VTI.

.v . -m . TJ' .. k 4. H." .,. .. ,- .. 1.2, .31° 1, r. . :1 i, , , - ,- _.' i , i . ,, . ,

Oveiiores resultaten till vdglifüqlldnühn skulle detta kunna betyda at: den overvaganee krossningen sker vid inbyggnad av stenmateriali

.n \ ..- H (f m _\ 4 ,3 T.. 1. of) 14" :Å l_ 0 4;* _ r 4, n_ ,3 A 11 __;t 01)_ V_ 1 _i_ __:_Gx q ,0 g_ _" _ LA i.. ,0 WWW??? q.

1:15: (1:111 0 ;21 I_v.21. i.. *5. i. a 1. in L) a., .3. :I .J ell 1, Hö in (11; V (3,33, i, D 1) La.) J till 111.111 C1 i. t- .1. 11V C.. _T_ m, 0.1 1 3..

C r'

6" "1f' "Y' 7. Yr ' G.* * ' 'f' * ra \ ' '4-4- -.- _ -a - -<- 'I *N 7r - 'A 0 s. -m * - wa? 1 »/

nagot som awen oveiensetammei med praktiska GltdlenhELUrs Det maste

r (3 h M_ _øi" w i ' \ av a m' -4. å få ur FÅ w' A., A i S) 0 .i . Å^ u _ .

dock framhallas att icke alla stenmateiial reagerar pa samma satts mild nötning l vatten (Höbeda l9?2)i

Loos (1970 a) har även undersökt nedkrossningen som.funktion av bem lastning vid tryck* och slagförsök (apparater enligt DIN 52109)

' '1 "1 , _ 'x _ . : f " V _, 9' *3, '

i byratory Lompaetor'. Ned okande pakanning ten* samt Vid provning'EJ

derade proven att krossas till hålrumsfattiga graderingar, karakw teristiska vid samtliga helastningsfall för varje prov. Den s k Fullerkurvan för tätaste packning uppnåddes dock icke då stenmatew

rialens ursprungliga graderingar och petrografi ntövade inverkan. Halten av det grövsta och finaste materialet var i regel högre än

vid nämnda ideala gradering. Loos menar att man med hjälp av he*

lastningsförsök kan komma fram till den gradering som ex vid pro" portionering av beläggningsmassa ger det bästa resultatet för ett visst stennaterial.

Liknande resultat har även erhållits av Moavenzadeh och Goetz (1963) och Somayajulu (1971) vid försök på stenmaterial med och

utan asfaltbindemedel i "Gyratory Compactor" resp tryck" och fall" hammarförsökc Det framkom att graderingen utövade större inverkan

på nedkrossningsgraden. än stenmaterialets hållfasthet. Den största krossningen uppkom i begynnelseskedet vid upprepad, konstant på känning. Asfalthalten verkade enligt de förstnämnda undersökarna

inte påverka nedkrossningen i någon bestämd riktning vid försöksm

betingelserna, utan andra faktorer utövade större effekt. Den senare fann även att närvaron av asfalthindemedel utövade ringa verkan. Loos (1970 b) har dock undersökt inverkan av bindemedel vid tryck_ och fallhammarförsok samt provning i "Gyratory Compacw tor"t Det framkom att nedkrossningen minskade i de två första fallen och hindemedlets skyddande effekt tilltog med ökande viskom

sitet. Däremot påverkades nedkrossningen icke av bindemedlet vid

tryckförsöket då tydligen dämpningseffekter icke kunde göra sig

VTI.

gällande. Dao (1971) har utsatt asfaltbetong för upprepad slagpå"

känning och konstaterade att bindemedlet utövar en krossnings* dämpande effekt som ökar med bindemedlets viskositet och halt.

Dämpande underlag minskade även nedkrossningen, som var störst

i begynnelseskedet av påkänningen.

5.2 Partikelformens inverkan vid bestämning av tryck- och

slaghållfasthet

Inverkan av partikelform på stenmaterials hållfasthet har under*

sökts av ett lertal forskare även om resultaten icke är direkt .

jämförbara, bl a på grund av olika metoder att definiera partikeln form. Därvid har framkommit att flisiga partiklar får sämre håll" fasthet än "kubiska", kompakta samt en relation mellan hållfasthet

och partikelform verkar föreligga (Höbeda 1966, Nagel 1969, Loos

1970, Dhir m fl 1971). Däremot får "kubiskaH och långsträckta, "stängliga" partiklar ganska likartade värden, förutsatt att

fli-sigheten (bredd/tjockleksförhållandet) icke ändras. Metoder där

flisighet och stänglighet (längd/tjockleksförhållandet) utvärde-ras samtidigt korrelerar därför ej direkt med hållfasthet. In*

verkan av rundningsgrad har undersökts i mindre omfattning, bl a på grund av svårigheten att erhålla en jämförbar petrografisk sammansättning. Moavenzadeh och Goetz (1963) har rundat från

början skarpkantiga, oregelbundna partik1ar i roterande trumma och

funnit att nedkrossningen i "Gyratory Compactor" kunde minska med 50 Z i jämförelse med ursprungsmaterialet. Vattennötta partiklar av naturgrus är erfarenhetsmässigt särskilt krossningsresistenta. Inverkan av partikelform på hållfasthet är störst vid hålrumsrika,

snäva graderingar medan skillnaderna för olika material blir mindre

vid välgraderade, hålrumsfattiga prov° Flisigt material krossas dock mer än "kubiskt" i asfaltbetong enligt Dao (1971) som utsatt provkroppar för upprepade slag. Även om "kubiska" eller rundade partiklar är de bästa ur hållfasthetssynpunkt kan ett visst inne-håll av flisiga partiklar i asfaltbetong vara gynnsamt ur

stabili-tetssynpunkt (Reinhardt 1969, Livneh och Greenstein 1972). Sannom

likt kan de senare utöva viss spärrverkan och motverka deformation

nen av beläggningsmassan.

Vissa undersökare tager icke hänsyn till partikelformen vid håll" fastbetsbestämningar och anser tydligen att inverkan av denna

faktor är inbakad i erhållna värden då en flisig partikelform även resulterar i sämre hållfasthet. I realiteten kan partikel__'

formen påverkas i avsevärd grad genom krossningsförfarandet. Par* tiklarna_i olika stora fraktioner har i regel olika former och

samma fraktion som provas i laboratorium användes icke alltid i

vägen. För mer rättvisande materialjämförelser har därför provning vid en bestämd referensflisighet (1,42) utförts vid denna undersök_

ning. Ett i princip likartat förfarande har även använts av Nagel (1969).

Stenmaterial har provats (Höbeda 1966, Egelstig 1970) vid olika,

genom.harpsiktning erhållna flisigheter för att kunna studera sam*

band mellan partikelform och hållfasthet varvid olika samband kunde konstateras för olika materialtyper. Stenmaterials hållfasthetS* egenskaper kunde åskådliggöras genom en kurva, visande sambandet

flisighet-hållfasthet, något som.dock ställer sig tämligen omStändigt

i jämförelse med nuvarande provningsmetodik.

Ett orienterande, jämförande försök med hjälp av tryckpress och fall

hammare gjordes på kvartsit och kiselkromslagg. Provtryckningen ut

fördes till lO_tons totallast för att något så när anpassa nedkrossm

ningen till den som uppkommer vid bestämning av sprödhetstalc Det

framgår av fig 7 och 8 att partikelformens inverkan på nedkrossningen

är ganska likartad vid både slag* och tryckhållfasthetsprovning för

de provade materialen. Hållfastheten avtager väsentligt med ökande flisighet för partiklarna. Sambanden är icke alltid rätlinjiga om

krossningen utvärderas genom S resp T, något som kan tyda på större finmaterialbildning vid flisiga partiklare'Det måste dock framhållas att en "ren" harpsiktad fraktion får bättre bållfasthetsvärde än vad som skulle erhållas för en "verklig" krossprodukt med motsvarande

medelpartikelform (flisighetstal). Den senare innehåller en

statis-tisk blandning av olika partikelformer och vid provning kommer främst de allra flisigaste.partiklarna att krossas.

5.3 Provfraktionens inverkan

Egna mer omfattande försök av provfraktienens betydelse har icke

gjorts då inverkan av denna faktor studerats vid ett flertal andra

undersökningare Det hävdas i SVI Meddelande nr 54 från 1936, i i vilken flisighetsr och sprödhetstalsmetoderna först presenteras, att enligt den svenska fallhammarmetoden erhålles ungefärligen samma värden för olika provfraktioner till skillnal vad som är

fallet vid utländska metoder. Detta stämmer icke överens med resul*

tat från senare undersökningar av metoden varvid konstaterats att olika resultat kan erhållas för olika fraktioner (Selmer Olsen 1949, Höbeda 1966, 1969, Egelstig 1970, Kauranne 1970). Egelstig har så"

ledes funnit att sprödhetstalet försämras med minskande provfraktion. Andra undersökare hävdar dock ett motsatt förhållande, även om.undan" tag kan förekomma. En orsak till konstaterade oregelbundenheter kan vara skillnader i de undersökta bergartsmaterialens struktur och

främst i fråga om kornstorlek. Vid en grovkornig bergart kommer en

mineralegenskap som spaltbarhet att kunna göra sig allt mer gällande

ju finare provfraktionen blir då omgivande minerals "armerande" effekt så småningom försvinner.

Vid utländska undersökningar har det i regel konstaterats att håll* fastheten ökar med minskande grovlek för provfraktionen. Så har exempelvis konstaterats för tyskt fallhammarförsök (Loos 1970), brittiskt tryckförsök (Shergold 1945), schweiziskt tryck- och fall* hammarförsök (Heller 1970), tyskt tryckförsök samt instampningS*

försök med Marshallfallhammare (Sibler 1969). Resultat av Hallers

noggranna undersökningar återges i fig 9 och 10. Det kan konstateras att vissa karakteristiska oregelbundenheter kan förekomma i sambandet

hållfasthetsvärdemprovfraktion, något som antages bero på petro" grafiska.egenheter.

Utvärderingsmetoden spelar roll för fraktionssambandet och det verkar

som det i Sverige normerade förfarandet kan ge upphov till speciella

oregelbundenheter. Egelstig (1970) fann således att fraktionssambandet

kan bli omkastat om hänsyn tages till bildade mindre partikelstorlekar vid utvärdering. Partiklar av grovkorniga och flisiga bergartsmaterial spricker gärna upp i ett fåtal delar som påverkar normerat nedkrossm

ningsvärde i hög grad, Däremot passerar de bildade fragmenten icke

de mindre maskvidder som.iblind användes för utvärdering i utlandet

och påverkar ej heller i högre grad sådana summatal eller genom"

snittsvärden som grundar si' på genomgången av ett flertal mask

Vidder.

Hallar (l976) har i fig 9 och 10 tecknat in förslag till gränsfärden

för material till vägbeläggningar m m varvid hänsyn tages till frak"w

tionssamhanden. Gränskntvorna är olika för krossat bergmaterial och

naturgrus. I Tyskland provas enbart fraktion 8rl2 mm i beläggningsr

sammanhang och i Norge föreskrives undersökning av fraktion 8*ll,3 mm ( Retningslinjer for utförelse av bituminöse vegdekker og baere"

lagH). I England, USA och Sverige kan några olika fraktioner provas, även om försök göres att anpassa påkänningarna i de två första fallen.

För noggranna materialjämförelser krävas dock undersökning av en och samma provfraktion.

Ett visst motsatsförhållande föreligger beträffande provfraktionens

betydelse enligt provningsmetoder och faktiska förhållanden i en väg

yta där de högsta kvalitetskraven på stenmaterialet får ställas. Det har påvisats att vägbeläggningars slitstyrka mot dubbade däck ökar med stenmaterialets grovlek (Keyser och Thurmann-Moe 1972). I en

vägyta belastas varje partikel för sig, varvid motståndskraften ökar med deras massa, medan vid tidigare diskuterade hållfasthetsprovm

ningar är den belastade partikelsamlingens egenskaper av betydelse. I det senare fallet ökar antalet inbördes kontaktpunkter mellan par*

tiklarna med minskande provfraktion varvid också spänningskoncentra-tionerna kan bli mindre. Vid det amerikanska Los Angelesförsöket krossas däremot partiklarna för sig av slumpvis fallande stålkulor i roterande ståltrumma och mycket riktigt kan det konstateras att

hållfastheten ökar med ökande partikelstorlek vid konstant påkänning

enligt undersökningar gjorda av Kunath 1963. "Packningseffekt" kan

ej heller uppträda vid detta försök. Samtidigt bör det nämnas att

tämligen god korrelation har konstaterats mellan fallhammar och

tryckförsök samt Los Angelesförsök (Shergold 1948, Höbeda 1969,

Köhler och Roth 1972). Det verkar av de sistnämnda undersökarna som

reproducerbarheten kan bli bättre vid den sistnämnda typen av försök.

VTI .

5.A Utvärderingsmetodens inverkan

- . 9 ' - ._ - . _ ,__ _ ., i.. .,.'..' ._ .. . . _ ,. ._ ,. a. _. .\ i' i _ . f _ .'

de tva anvanda trvckm iesp spiodnetatalcn har satts l ielatlon i . mv w, r in H W. ._ ,.. M* i, .' .. 'J , ' . iig ll own lie Ganska aoda, for Liyck Och slagloisok Lamligen lik

1 0 .. i 0 i Vi

artade samband; har erhalllts ifall bergw.ooh konstmatorialen

0 i 0 . . g a 9

skiljas fran natargrnsen. De senare tendera daremot att bilda egna

- r 0 . i v 0

relationerø Orsaken maste vara att de inhomogena naturgrnsen innew

0 a- . i .s 1 .. n ..

haller svaga bergartskomponenter som i ganska hog grad krossas till

finmaterial vid tryckw och slaghållfasthetsprovning. Som.nämnts

påverkas T och vaärdena starkt genom finmaterialbildningen. Grus

materialen innehåller även rundade partiklar som krossas på ett

annat sätt än de oregelbundna, mer eller mindre srarpkantiga par* tiklarna i andra prov, något som kan bidraga till utbildning av egna relationer.

Utländska undersökare (jfr mom 4) som studerat metoder för utvärde*

ring av nedkrossningsförsök har i regel erhållit rätlinjiga samband

mellan olika metoder, orsaken torde i första hand vara den att man

intresserat sig i första hand för godkända beläggningsmaterial. Det

framkommer dock av fig ll och 12 att svaga och inhomogena stenmatew

rial kan bli övervärderade i fåga om kvalitetsegenskaper om den

genom.krossning uppkomna finmaterialbildningen "maskeras" genom ut*

värderingsmetoden. Detta bör dock bli ett problem först vid bedöm* ning av de mindre kvalitativa stenmaterial som ibland användes till vägars bär" och förstärkningslager.

5.5 Samband mellan stenmaterialens slag och tryckhållfasthet Det har tidigare framhävts (Höbedall969, 1971) att bergmaterial har på grund av skiftande petrografisk sammansättning mycket variabla

fysikaliska egenskaper till skillnad från många mer "ädla" byggnads*

material. Detta gör bl a att det är svårt att utveckla en enhetlig

provningsmetodik, tillämpbar för stenmaterial tillhörande olika

bergartsgrupper. I sammanhanget är bl a aaterialegcnskaper som spröd" het och seghet av intresse. Tyvärr är det i provningssamnanhang an* vända uttrycketsprödhetstal icke lyckat ur fysikalisk synpunkt. Med ett sprött material menas nämligen icke ett som är svagt utan

' in 0. a n . __ 5)

ett som brister utan namnvard deformation, till skillnad lran ett

lö

segt material som kan deformeras plastiskt före brott. Ett uttryck

som "skörhetstal" vore därför mer relevant. Sega egenskaper är dock önskvärda för material som utsättes för slag och stötar.

Nedkrossningsvärden från tryckförsök, utförda till 10 tons

belast-ning, har ställts i relation till respektive sprödhetsvärden från fallhammarförsök i fig 11 och 12. Nämnd belastning har valts då den genomsnittligen ger samma krossning som vid sprödhetstalsbestäm-ning. Spridningen är ganska stor vid båda utvärderingsmetoderna, sannolikt beroende på att olika materialegenskaper gör sig gällande vid långsamma och snabba belastningsförlopp. De i fysikalisk mening

spröda materialen tenderar att få höga sprödhetstal i förhållande

till trycktal och de sega vice versa. "Normalspröda" material skulle därmed tänkas följa medellinjen, dragna genom punktsvärmarna. Vid slaghållfasthetsbestämningen har även partiklarna möjlighet att om-lagra sig vid fallhammarens och stämpelns återstuds medan vid tryck"

försöket fastlåsespartiklarna i läge på ett helt annat sätt.

På-frestningen på partikelkanter kan därvid bli större vid tryckförsöket. De rundade, inhomogena grusmaterialen anpassar sig dock tämligen väl i sambanden till de mer homogena och skarpkantiga provmaterialen. Relationerna mellan slag- och tryckhållfasthet är trots spridningen ,sådana att provning av båda egenskaperna icke verkar vara nödvändigt

i vägsammanhang. För undersökning av andra materialegenskaper som nötningshårdhet, vattenkänslighet m m, som icke står i någon

rela-tion till förut nämnda egenskaper, behövs dock helt andra provnings-metoder (Höbeda 1972, 1973).

i En jämförelse har gjorts i Tyskland (Kohler och Roth 1972) av tyska, brittiska och amerikanska normer för hållfasthetsprovning av sten-material. En tämligen god korrelation konstaterades inom ett och

samma laboratorium mellan samtliga metoder, vare sig försöken ut-fördes i fallhammare, tryckpress eller Los Angelestrumma. Vidare konstaterades det att korrelationskoefficienten förbättrades om lik*

artade fraktioner provades. Undersökningen verkade dock omfatta

en-bart godkända beläggningsmaterial varför förutsättningarna för god

17

korrelation bör ha varit bättre än vid institutets försök, varvid petrografin och därmed de fysikaliska egenskaperna varit mer skiftande. Tämligen god, rätlinjig korrelation har även tidigare

konstaterats vid Road Research Laboratory för engelska stenmaterial

enligt provning med "dynamisk" och "statisk" metod (Los Angeles-resp tryckförsök), vid sannolikt mer inhomogena och svaga austra-liensiska stenmaterial blev däremot sambandet sämre och icke rät-linjigt (Shergold 1949); Vid senare engelska undersökningar (Dhir m fl 1971) har de normerade brittiska tryck- och slagförsöken korrelerats. Rätlinjigt samband med ganska stor spridning framkom,

trots att de provade stenmaterialen var speciellt utvalda för att den petrografiska sammansättningen skulle vara nära konstant.

Grund-läggande undersökningar av nedkrossningsförlopp har även gjorts i Tyskland (Loos 1970) varvid fem stenmaterial jämfördes vid tryck-och slaghållfasthetsprovning men också vid upprepad skjuvpåkänning. I det senare fallet användes en s k "Gyratory Compactor". Det kon-staterades att nedkrossningsförloppet var ganska likartat vid samt-liga försök och typiska graderingar framkom för varje stenmaterial, oberoende av belastningstyp.

De Quervain (1967) har föreslagit bestämning av en s k "seghetsfaktor"5 som utgör förhållandet mellanresultat från slag- och tryckhållfast-hetsprov, för bergmekaniska undersökningar av bergartsprovkroppar. .En liknande faktor kan likväl bestämmas för fraktionerade produkter

och uträkning av förhållandetal har gjorts på grundval av erhållna

'sprödhets- och trycktal (10 tons belastning) enligt bägge

utvärde-ringsmetoderna. En "seghetsfaktor" säger i och för sig inget om ett

materials hållfasthet men sega egenskaper får anses vara önskvärda vid de slagpåkänningar som kan förekomma i en vägbeläggning. Följande resultat har erhållits:

SVI nr "Seghetzfiktor" A "Seghetêfåktor" B

10

10

Synopal

723

3

0,65

0,63

Diabas

50117

0,79

0,85

Lerskiffer - 0,73 0,78 Kalksten 49443 0,77 2 0,76

Marmor

77805 A

0,90

0,93

Granit

72850

0,90

0,83

Slagg Q 77812 1,04 1,13 Kvartsit 75670 1,20 1,33

Båda "seghetsfaktorerna" ger i det stora hela överensstämmande

resul-tat. Enligt sammanställningen skulle något förvånande Synopal vara

segast. Orsaken kan vara att det delvis glasiga och extremt finkorniga

materialet innehåller rikligt med slutna, sfäriska och ofta ganska sotra hålrum som kan utöva en slagdämpande verkan genom att ge par*

tiklarna viss fjädrande förmåga. Synopal har även en ganska speciell partikelform utan.skarpa kanter men har samtidigt ojämnheter på grund av blåsbildningar. Partiklarna kan förhålla sig olika andra stenmate-rial vad som bl a gäller omlagringsmöjligheter vid tryck- och

slag-gförsök. Lerskiffer, kalksten och diabas utmärkes även av sega

egen-skaper, de i bergarterna ingående mycket finkornigamineralen (kalcit,

klorit, glimmer, lermineral m m) kan också förväntas ha slagdämpande egenskaper.

Marmor uppbygges liksom den icke omkristalliserade kalkstenen över-vägande av mineralet kalcit, som enligt det föregående uppvisar

plastiskt beteende vid belastning, men orsaken till de framkomna, ganska spröda egenskaperna bör vara en extremt svag sammanfogning av

mineralkornen, varvid kornförbanden lätt kan lösas upp vid slagpå* känning. Granit intager tydligen en mellanställning i fråga om "seg-hetsfaktor". Bergarten innehåller spröda mineral som kvarts och

lätt-spaltande fältspat men även glimmer, som har slagdämpande egenskaper.

19

Glasig kiselkromslagg och finkornig kvartsit har som kunnat för*

Väntas utpräglat spröda egenskaper. Det kan noteras att både det framkomna sprödaste (kvartsit) och segaste (Synopal) materialet

användes till kvalificerade beläggningsändamål. Vid naturmaterial verkar en låg seghetskoefficient kunna indikera dels god struktu*

rell sammanhållning dels förekomst av mjuka, finkorniga och ibland med vatten sönderfallsbenägna mineral. Seghetskoefficienten verkar

således kunna påverkas av i vägsammanhang både positiva och

nega-tiva faktorer. Andra mer direkta provningsmetoder (Höbeda 1972,

1973) föreligger dock för bedömning av de sistnämnda och bestäm-ningen av "seghetsfaktorn" verkar vara av tämligen begränsat värde.

6. SLUTSATSER

Tryckhållfasthetsbestämningar, utförda i samma behållare som vid sprödhetstalsprovning, till olika laster Visade med belastningen

proportionellt ökande nedkrossning upp till en belastning av ca 10 ton för provade bergarts" och konstmaterial. Vid svagt, inhom0

gent naturgrus kan denna last ligga lägre. Orsaken till

krossnings-minskningen är att proven krossas och packas till den grad att hål-rummet så småningom blir tämligen ringa, något som resulterar i

ökad motståndskraft mot vidare nedkrossning.

Denna "packningseffekt" blir först förmärkbar om nedkrossningen ut*

värderas analogt med normerat sprödhetstal (den procentuella

Vikts-minskningen av provfraktionen). Utvärdering enligt det ursprungligen

använda sprödhetstalet (ytan under nedkrossningskurvan i siktdiagram)'

möjliggör uppfattning av nedkrossningsskillnader till något högre belastningar. Det förra nedkrossningsvärdet påverkas i hög grad av partikelformen, den senare främst av halten genom krossning bildat finmaterial. Ställes de båda utvärderingsmetoderna i relation till

varandra erhålles skilda samband för krossade berg- och konstmate-rial samt inhomogena naturgrus, innehållande svaga partiklar. Orsaken

är den högre finmaterialbildningen i det senare fallet.

VTI.

Nedkrossning, till storleksordning motsvarande den vid jämförande sprödhetstalsbestämning, uppträdde vid belastningar varierande från ca 7 till 13 ton för de olika materialen. Delvis olika

material-egenskaper gör sig gällande vid tryck- och slagförsök. Bättre be-dömning av särskilt inhomogena och svaga grusmaterial kan erhållas om tryckförsöket utföres till en belastning av ex 5 ton. Vid höga

belastningar förminskar nämligen gradvis skillnaderna mellan olika

material då nedkrossningsgraden med belastning avtager för svaga

eller inhomogena material p g a nämnd "packningseffekt". Ett

för-hållandetal av nedkrossningen vid en relativt hög resp låg

belast-ning kan ge ett visst mått på stenmaterials homogenitet. Av

under-sökningarna framgår vidare att slagarbetet vid

sprödhetstalsbestäm-ning torde vara väl högt för att möjliggöra riktig klassificering av stenmaterial med stora variationer i hållfasthet.

Både slag- och tryckhållfasthet verkar påverkas på ett likartat sätt av provens flisighet. Motståndskraften mot nedkrossning ökar i regel med minskande provfraktion såvida partiklarna belastas i direkt-kontakt med varandra inneslutna i cylinder. Undantag kan utgöra

ganska grovkorniga bergarter, speciellt om nedkrossningen utvärderas

enligt normerad metod. Utsättes däremot varje partikel för sig för

påkänningar ökar motståndskraften mot nedkrossning med

partikel-storleken. Detta är fallet ex vid Los Angelesprovning.

Utländska undersökningar har visat att nedkrossningen vid dynamiska påkänningar minskar om de belastade partiklarna omslutes av

asfalt-hinna. Bindemedlets skyddande effekt verkar däremot vara helt

obe-tydlig vid statisk provtryckning. Ökande halt och viskositet för bindemedlet minskar nedkrossningen i det första fallet.

Korreleras resultat från tryck- och slagförsök (det förra till 10

tons belastning) uppkommer viss spridning på grund av skillnader i materialegenskaper. Sambandet är dock samtidigt sådant att

bestäm-ningar av både slag- och tryckhållfasthet verkar vara omotiverade

"seghetsfaktor", som grundar vid rutinmässig provningsverksamhet. En

sig på förhållandetalet av resultat från fallhammar- och tryckförsök har uträknats. Faktorn möjliggör en viss klassificering av

stenmate-rial, men torde vara främst av teoretiskt intresse, bl a då segheten

verkar kunna påverkas av i vägsammanhang både positiva och negativa

faktorer.

Om stenmaterial med väsentligt olika hållfasthetsegenskaper avses' att bedömas genom hållfasthetsprovningar i fallhammarapparat eller

tryckpress bör dels krossningsenergin väljas ganska låg för att und* vika "packningseffekt" för de svagare stenmaterialen, dels bör ut-värdering ske genom en metod som icke "maskerar" finmaterialbild-ningen.

22

7. ENGLISH SUMMARY

In Sweden, the quality of road surfacing aggregate is determined by

an impact test which, in combination with a flakiness test, gives a degree of strength in accordance with the specifications used by the

National Swedish Road Administration. In some other countries, the

strength of aggregates is determined by a static compression test.

The report deals with the differences between results from the two testing methods. Aggregates of size 8"ll,3 mm and varying petrographic

composition were tested according to both the Swedish impact and a

compression test. The cylinder and the plunger were the same in both cases. In the latter test the load was varied between 1-14 tons.

The fairly low maximum load was used because of low sample weight (about 500 g). A constant flakiness value has been used in all tests. _The crushing in both tests was determined according to two methods.

In Sweden, the crushing after the standardized impact test is deter-mined by calculation of the weight percentage passing the smaller sieve size of the test-grading, i.e. 8 mm for aggregate size

8-ll.3 mm. These values are named t for compressive and 3 for impact test in this report. Another, formerly used method is based on cal- i culation of the area under the obtained cumulative frequency curve

,,Vdown t0_a sieve_size of ZOQMmeshes, The latter values are especially

sensitive for the finer particles produced by crushing.

\. More or less linear relationships between the load and the crushing values were obtained in the compression experiments for loads up to a maximum of about 10 tons. At bigger loads the degree of crushing

_decreases because the gradings of the aggregates are changing

and become fairly low in voids. The differences in strength between the aggregates become less significant.

The best estimation of aggregates of very different strength s is obtained when the load is not higher than 5 tons. It is also found

that the 20 strokes used in the Swedish impact test cause too

much crushing because equal compressive results were obtained for loads varying between 7 and 13 tons.

At higher loads, the "old" compressive and impact values (T and 8 respectively) react more sensitively to crushing than the "new"

values (t and 3). When the two methods for determination of crushing are correlated, separate realtionships are obtained for the more

homogenous aggregates (both natural and svnthetic) and the in"

homogenous gravels. The latter contain weak particles that are

crushed to fines and consequently influence the "old" crushing values to a high degree.

Inhomogenous aggregates show more curved relationships between com* pressive value and load UKH1d3 homogenous aggregates. The quotient

of the compressive values at high and low loads give some indication about the homogenity of a test sample.

The influence of particle shape and aggregate size is discussed. The effect of flakiness is the same for both impact and compression tests (performed to 10 tons load). In the two tests the resistance to crushing grows as the aggregate size'decreases, which is charaC" teristic of aggregates strained in hollow rigid cylinders. If

individual particles are strained, e.g, as in the Los Angeles test, the strength grows with increasing particle size.

The relationship between the compressive and the impact tests shows some scatter because of the influence of different material properties

of the studied aggregates. A toughness factor (quotient between

results of impact and compressive tests) was determined. Porous_

synthetic aggregates and rocks, rich in soft minerals (chlorite, mica_ et. al) but also rocks of a texture with good interlocking of mineral grains, have tough properties. A big portion of such minerals as

quartz and glass (in a slag aggregate) as well as a low degree of mineral interlocking contribute to brittle properties.

It seems unneccessary to have specifications for both compressive and impact strength of road surfacing aggregates because of the correla*

tion between the properties mentioned. The Swedish impact test is

best combined with an abrasion test (wear test on iron grinding wheel _ with emery abrasive). One such test.has therefore been developed and

has gained in importance in the past few years.

VTI.

Se

ENGLISH TEXT TO FIGURES

Fig. 1 and 2. Relationships between compressive strength and load for aggregates (crushed rock and synthetics), according to crushing value t

(fig. 1) and crushing value T (fig. 2).

Fig. 3 and 4. Relationships between compressive strength and load for inhomogenous gravel aggregate according to crushing value t (fig. 3) and crushing value T (fig. 4).

Fig. 5. Relationships between number of blows and impact value, a) according to Hjelmêr and Matern (1943).

Fig. 6. Pattern of crushing of an aggregate 35.5-45 mm as aêfunction

of blows of impact test b) load of compresSive test and c) prewload

followed by load repetition of a repetitive load test (Kienow et. al 1966).

Fig. 7 and 8. Relationships between flakiness - compressive.(lO tons load) and impact values t₁₀ and 5 (fig. 7) respectively, and Tlo and S (fig. 8) respectively..

Fig. 9 and 10. Relationships between aggregate size - compressive v»value (figu 9) and aggregate size * impact value (fig. 10) according

to Swiss methods (Haller 1970).

Fig. 11 and 12. Relationships between compressive (10 tons load) values th and TIO (fig. ll) respectively, and impact values 3 and 8 (fig. 12) respectively.

Pig. 13 and 14. Relationships between compressive (lO tons load)

and impact tests according to crushing values th and 5 (fig. 13)

and Tlo and S (fig. 14).

N U!

9. REFERENSER

Brand, W., Voss, R., Zichner, G.: über die Festigkeitsbestimmung von

Gesteinssplitten. Strasse und Autobahn nr 2, 1966.

Dao, N.X., Feller, M.: Festigkeitsprüfung von GasteinSSplitten für den Strassenbau. Die Strasse nr 9, 1969.

"Bao, N.X.: Die Kornverfeinerung des bituminösen Betons unter dynamischer BeantSpruchung. Die Strasse 11 nr 12, 1971.

Dhir, R.K., Ramsay, D.M., Balfour, N.: A study of the aggregate impact

and crushing value tests. The Journal of the Institution of Highway Engineers, nov. 1971

Egelstig, S.: Hållfasthetsbestämning av bergarter genom fallhammar* försök. Chalmers Tekniska Högskola. Institutionen för geologi. Examens"

arbete 1970. ,. '

Haller, P.: Die Prüfung von verschieden_gekörntem GeSteinsmaterial aus Gruben und Steinbrüchen. Eidgenössische Materialprüfungs- und Versuchs-anstalt für Industrie, Bauwesen und.Gewerbe.Forschungsauftrag 14/64

des Eidg. Departements des Innern (1970).

Höbeda, P.: Erfarenheter av hållfasthets- och kornformsbestämningar

av stenmaterial till vägändamål. Statens väginstitut, Specialrapport

nr 41, 1966.

Höbeda, P.: Bergmaterial till vägbyggnad. Statens väginstitut, Special*

rapport nr 84, 1969. " . .

Höbeda, P.: Förslag till klassifikation av stenmaterial för

Vägända-mål. Statens väginstitut, Internrapport nr 31, 1971.

Höbeda, P.: Provning av svaga stenmaterial till vägars bär- och

för-stärkningslager genom Våtnötningsförsök. Statens Väg- och

trafik-institut.

Höbeda, P.: Undersökningar av sliptalsmetoden. Statens väg- och

trafik-institut, Internrapport nr 103, 1973.

Kauranne, K.: On the abrasion and impact strength of gravel and rocks 4 in Finland. Bull. de la Commission Geologique de Finlande nr 243 (1970).

26

Keyser, J.H., Thurmann-Moe, T.: Eigenschaften verschleissfester bituminöser Beläge. Strasse und Verkehr nr 9, 1972.

Kienow, M., Leers, K.J., Ruopp, W.: Beurteilung von Natursteinen und Hochofenschlaken für den Strassenbau. Tonindustrie-Zeitung nr 8, 1966. Kohler, G., Roth, D.: Splittprüfungen an Einzelkörnungen und korn-' abgestuften Massen. Die Naturstein-Industrie nr 6, 1971.

Kohler, G., Nagel, J.: Comparative investigations of international test methods for small-sized coarse aggregates. Highway Research

Record nr 412, 1972.

Kunath, H.: Die Beurteilung des Widerstandes von Strassenbaugestein gegenüber dynamischen Beantspruchungen. Wissenschaftliche Zeitschrift der Technischen Universität Dresden 12 nr 6, 1963.

Livneh, M., Greenstein, J.: Influence of aggregate shape on engineering properties of asphaltic.paving mixtures. Highway ResearCh Record nr 404,

1972. ,

Loos, H.: Kornzerkleinerung von Mineralstoffen. Strassen und Tiefbau

nr 12, 1970 a. '

.Loos, H.: Gesetzmässigkeiten der Kornzerkleinerung bei der Beantspruchung durch Schlag-, Druck* und Scherkräfte im Laboratorium. Strasse und *

Autobahn nr 4, 1970 b. ^

Marckwick, A.H.D., Shergold, F.A.: The aggregate crushing test for evaluating the mechanical strength of coarse aggregates. Journ. Inst. Civil Engineers 24 nr 6, 1945.

Moavenzadeh, F., Goetz, W.H.: Aggregate degradation in bituminous mixtures. Highway Research Record nr 24, 1963.

Nagel, J.: Beantspruchung und Prüfung von GesteinSSplitten. Strassenbau

und Strassenverkehrstechnik, Heft 93 (1969).

de Quervain, F.: Technische Gestinskunde. Basel und Stuttgart 1967. Reinhardt, V.: Schlagfester Splitt 8-12 mm oder stabiler

Asphalt-feinbeton 0-12 mm. Bitumen"Teere-Asphalte-Peche und verwandte Stoffe nr 11, 1969.

Selmer-Olsen, R.: Prövning av steinmateriale till vegdekker. Meddelser fra Vegdirektøren nr 19, 1949.

27

Shergold, F.A.: A review of available information on the significance

of rOad*stone tests. Road Research Laboratory, Technical Paper nr 10,

1948.

Shergold, F.A., Hosking, J.R.: A new method of evaluating the strength

of roadnstone. Roads and Road Construction 37 No 438, juni 1959. Somayajuln.: An investigation on degradation of aggregates in highway

construction. Journal Indian Road Congress 34 nr 3, 1971.

Sibler, P.: Zertrümmerungsgrad von Gesteinsmaterial. Strasse und Verkehr

nr 1, 1969.

Ingen författare. Erfarenheter från Statens Väginstituts material-.kontroll under åren 1935 och 1936. Statens Väginstitut. Meddelande

nr 54, 1937.

C) m nedkrossningsvärde svarande mot sprödhetstalet 80 _ marmnr .A lerskiffer 70 - "' "'"Y _synopal granit kalksten 60 _-a sl_-agg 50 _ kvartsit diabas 40 a 301 20 -10 I | I 5 10 15 Belastning, ton

Fig 1. Samband mellan belastning och nedkrossning, utvärderad som

trycktalet t, för krossade bergmaterial och konstprodukter

(3 = nedkrossningsvärde svarande mot sprödhetstalet 700 - _ ?Asynopal 600 _ 500 - y 1 f , . w -* marmor J lerskiffer \ 0 l granlt 400 - ^ 4 _ ' kalksten ' slagg 300 -kvartsit diabas 200 _ 100 a l ' I I 5 10 ' 15 'Belastning, ton Fig 2. Samband mellan belastning och nedkrossning, utvärderad som tryck*

talet T, för krossade bergmaterial och konstprodukter

(D = nedkrossningsvärde svarande mot sprödhetstalet 70-Vanstad Näldeno 60 " Kumla 50 - 40- 30-20" 10._ 1 I 10 15 Belastning, ton

Fig 3. Samband mellan belastning och trycktalet t för grusprov

(3 : nedkrossningsvärde svarnade mot sprödhetstalet

T 600 Vanstad Å Näldcn 500 W , P111n1],e1 4.00 ._ 300 200-« 100 -I | i 5 10 14 ton

Fig 4. Samband mellan belastning och trycktalet I för grusprov

_ fp ro 'ø' be fJ /a / .r -/r ra ss mh çøçr øa / Ned-/rç/n 2.00 ' 1.70 . in/o/ J/øç krossning< 11,3 mm

70

I 60

50

'40

30

'20

10

// SVI 49448 (fz 1,34) marmor

sv: 49990 (f 1,32) kalksten

"-SVI 70002 (fz 1:34) granit

'.

I I 1 I 20 30 40 Antal slag

Nedkrossning som funktion av slagantal vid fallhammarförsök.e{)enligt Matern och Hjelmêr

1943. '

Fig 5.

'VTI. Rapport nr 39

hållfasthetsbestämni

makadam 35,5 - 45 mm (enligt Kienow m fl 1966)

Fig 6, Nedkrossningsforlopp vid a) fallhammarforsök b) tryck*

ng och c) tryck- och pulsbelastning pa0

C An ta -i l de r Ko rn kl as se n, _ Rf o-Dur ch ça ng [E eva -' 42 ] un d G .6: 8 0. c 5, m An te ii de t Ko rn kl as se n; HJ O-Dur ch gc ng [G ow-7. ] Ur zs ch -V /e r{ An te /l de r Ko rn kl as se n, RI D-Dur ch gc ng [G ew-'A J an d 25 ", -Wa tt V 1 8e(astung [t] 3 to Usch M b n g -5 0 -5 9 1 ' * O m g Q 0 äg uçua ^ h 00 Q U. 0 l

4,__._I? IT .7 1;.. 4 ---M.-._. 0' D 20 30 dynamisch 55" ?55-45,0mm _ .An_-c- -]' .6 40 50 60

'S ch la go nzo hl . . -. . . -DI N 52 70 9 20 70 50 _ um -+ - «-v -. a c w-; w -m å -o -H -w _ -4 l

5:

*e

i

i I . \ 1 ' g 0 Å I 24 26 90 Belastung .fw l 0 _-_._--- 0.1 .--pvon-"a-. 32 'G ' "0 [t] Schlaganzohl 120 2.30 240 ;'50 266 176160 . v . | 36 40 -. .. . . -. . . -I. .-, .. -V og ue -1

Ånzohl der Lasrspiole x :000

Obj-50m \ \ .dOQ-QSJmm' ,....nø 3:15 - 450mm då' 009mm 0-45 *muta-H a, I . x] ._1 I J x ...-4 \ _J 6

_-g

m-c

_..

km.

._»-;.a

.,_

_qi

c_-l.o

m.

a-"

[ j _ ^ i

I

I I

!

--é'T-'Tdåáäsjmm . .A .. LI._--O." o' . - v _--0--000-b--ø ---.---.-- ---.---.-- 3_I I i 3 l 0 .to --.-.M.. -..i a. m... 40 5,0-125mm .-:z 5 - .75,0 mm 312.5 - 25,0 mm. *25,0 -15,5 mm 0,09- 0,63mm5 rn? 50 r - | | .._._.4.M-_4 i

*l l 'i I 1 I

I

.1 1 I 1 z

!

I 1 I

I

1

r

'i

k l_i ...___. ,______,___ 1 v ___.-_--_ .. ...-4 190 205260 Zsch Dmc

Sprödhetstal s resp trycktal t10 80 -slagg 70 kvartsit 60 -t10 40 t1 30

20

10 I I 1,0 1,4 i 2,0 Flisighet

Fig 7. Jämförelse mellan fallhammarprov och tryckprov (10 ton)

' för kvartsit och slagg vid flisighetsgrupperna 1,0; 1,4

och 2,0

Sprödhetstal S resp trycktalleo \\*slagg 400 - t// kvartsit' 300 200

-100

A I

'

I

1:0 1,4 2,0' Flisighet

Fig 8, Jämförelse mellan fallhammarprov och tryckprov (10 ton) för kvartsit och slagg vid flisighetsgrupper 1,0; 1,4

och 2,0

30 V 1 Bohnsçhonçr 39 _ _10.1 c 20 :IJ: -,.___ Ausgleichsschicht . 'D 38 q (1;) Strossenqmgps ---§3 Verschleissschichhcq E . 0 E

5

114 ...-°

x-

. t_o ,'ctt- -- ---° -- *' 4_'1 N 10 .W

Vl1411/1 (1111111|L\Å \ XA\X\|'II/ll 11444\\x\\ LULÅl/IIII jzl/Asxxxx x\\3\s . [III/III/II/IT7///1\\\\\\\\\\\1////l /l IIIL\\\\\\X\\\VI7I7/ rilrrn\\\\\\\\x \1

" 5 I

2.5

3,2

4,5

6,3

[3]

10

:e

25 .

40

53

0 ' Korngrössc -in mm

a . D mittlerer Komdurchmser in mm (log. Mossstob)

30 c °' ' 20 _{. _} 6_.M '3 Ausglenchsschlchr m se S'rossengmggg V J 8, Verschleissschicht 163 2 15.6 0 E

5 .

t: J å_{' 10} 1.21

Illj/j 1 1 [J 111 11/1\.\\ 3. \ x. x xx \>r1./41 1 111 1Ax\\ \ \ \\ \ ; \:{IIIIIJIJ/ 717/717/IAF\\\\\\\\3\ x\\\\\\\\\{

'III/III///II///,m\\\\\ñ\\\\1//II/ ,II/7k\\\\\\\\\\

b

2,5 ' 3,2

4,5

6,3

10

_125

15

25

40

63

Komgrösse in mm

D mifflerer Komdurchmesser in mm (log. Massstob )

Fig 9. _{Inverkan av provfraktion vid belastning till 50 ton enligt} schweizisk metod. a) naturgrusmaterial och b) krossade

berg-material. Enligt Haller (1970)

30 7| 4 ' 'IS . ' [24.4] \B<:_!l:3_äc_ho t 1 C r_{, _ W... -_} 32 2.3 ' h 7:37 .5 20_{. _ ,} M_c' M M-T/'v 2. '2 1,_u Ausglmchsschlcht u ö_./ _.m'O 3 5_ V) , .___ ____ g, Shussçlgñmgpc, V 9 Vemchicissschicht *5* 3 g :3 niin . ?I N 10 . 1111111111111111J1\Å\\\ \_\_xs\r14111 1/1111§S\\L ;Axsxtlllzz /1/13\\;);_ \)x\l III/77///IIII/7//m\\\\\\\\'\\|///7/ 77]r71\\\\\_\'\\\TV//77 Ill/II\XT'\\*:_.\\\\I

1

E]

2,5 3,2 63 . 10 [15] 16 20 25 El] 40 Liz] ss . . Komgrösse in mm

.3 ' _{> -} 4 _{D mmlerer Komdurchmcsser m m (log. Mossslob)}. -

-ny

30 _{__Sohnschçjtcr}

' S4

.s 20 A l 'a 0 *°

-.g usg eachsschøchf 'u Si cyx_

ö Sfrossengmmf V-m _ y ü"-ø ' n å - Verschlecssschicht :2:156 SS 2 g / H 6 E nu

'e

:1

t_o N '0 s 1 _:- 1"* C

. rIIIIIJI/II/Ill7/71/1,1]1IA/ZII71ŧ\§\Ä\L\ \x\\\;\;<\{71///1,171 //1,1]/7{x\x\3)\\\\ \x\\\x\x\\V:IJ/1,116] rrjljljlennxxxi x\x1\\ k\)\\\\x\\\{

«

u

n

2,5 3,2 _ 6,3 9 10 2 5 16 LD, 'zs 40 Sv 83

. ' , KOrngröase in mm

b . ' E:) miHIerer Komdurchmesser in mm ( log. Momlob)

Fig 10.1nverkan av provfraktion vid fällhammarförsök enligt schweizisk metgd. a) naturgrusmaterial och b) krossade bergmaterial.

Enllgt Hallar (1970)

T

10 _{o berg* och konstmaterial} x naturgrus 600 *

500 -.

'

x/

_/

/

7.

_

/

400 ..

_{. x /}

_/x

_/

_/

/

/

.

_/

300 -

₊

_0/0

, /

'

/

/

/

200 - _{_ //} // // 0 ./ 100 -I 'I I I I I I 10 20 30 40 50 60 70 t

Fig ll. Samband mellan trycktal t och T vid 10 tons belastning

S

600 -* _{6 berg- och konstmaterial}

x naturgrus ₇

/

500 - _/

/

4

/

_c

._ _{/ /} 400 _{x/ /}

/

/

_ _0/ 300 4 _{. //}

/

6); '0 // 200 4 _//zç // 0.// 100 -1 A | I I I I 10 20 30 40 50 60

Fig 12. Samband mellan sprödhetstal s och S

Provmaterial

l. granit 7. lerskiffer

2. kvarts 8. synopal

3. diabas 9. grus, Nälden 4. slagg lO. grus, Vanstad 5. marmor ll. grus, Kumla 6. kalksten .55

tio

60- . _{. . .7} .10 8 .9 06 50.. '11 17' 04 40" ' 013

30-

'2

i i? I I I I I I 10 20 30 40 50 60

FigIL3.Samband mellan slag- och tryckhållfasthet, utvärderade som sprödhetstalet s och trycktalet tlo

10 600" 500- _ ; _ 05. - 9 10

011 '9

300'- 6057

'

01. 013

r

200100 -\ I I I _ | . | 4

100

200

. 300

400 _ _ 500

600 s

Figláw Shmüand mellan slag- 00h tryckhållfasthet, utvärderade

som sprödhetstalet S och trycktalet T10