Jämförande provning Ballast 2015

Transkript

1 VTI notat Utgivningsår Jämförande provning Ballast 2015 Flisighetsindex, korndensitet och kulkvarn VTI notat Jämförande provning Ballast Flisighetsindex, korndensitet och kulkvarn Håkan Arvidsson

2

3 VTI notat Jämförande provning Ballast 2015 Flisighetsindex, korndensitet och kulkvarn Håkan Arvidsson

4 Diarienummer: 2014/ Omslagsbilder: Håkan Arvidsson, VTI Tryck: VTI, Linköping 2017

5 Förord Denna ringanalys har anordnats av Metodgruppen, där planering och framtagning av material gjorts av Leif Viman VTI, Helen Sälling Peab, Lars Stenlid Skanska och undertecknad. David Gustafsson har hjälpt till med utskick av prover till respektive laboratorium. Olle Eriksson har hjälpt till med statistisk analys. Linköping, november 2016 Håkan Arvidsson, VTI Projektledare VTI notat

6 Kvalitetsgranskning Intern/extern peer review har genomförts 5 december 2016 av Leif Viman. Håkan Arvidsson har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Forskningschef Björn Kalman har därefter granskat och godkänt publikationen för publicering 17 februari De slutsatser och rekommendationer som uttrycks är författarens/författarnas egna och speglar inte nödvändigtvis myndigheten VTI:s uppfattning. Quality review Internal/external peer review was performed on 5 December 2016 by Leif Viman. Håkan Arvidsson has made alterations to the final manuscript of the report. The research director Björn Kalman examined and approved the report for publication on 17 February The conclusions and recommendations expressed are the author s/authors and do not necessarily reflect VTI s opinion as an authority. VTI notat

7 Innehållsförteckning Sammanfattning...7 Summary Bakgrund Material Deltagare Metoder, standarder Flisighetsindex, SS-EN Korndensitet, SS-EN Kulkvarn, SS-EN Resultat Flisighetsindex Korndensitet Kulkvarn Utvärdering Flisighet Bakgrundsvariabler flisighetsindex Precisionsdata Korndensitet Bakgrundsvariabler -korndensitet Precisionsdata Kulkvarn Betydelse av bakgrundsvariabler Precisionsdata Diskussion av resultat Bakgrundsvariabler Precisionsdata Avvikande resultat Medelvärde plus/minus två standardavvikelser Guldstjärnor Slutsats...34 Referenser...35 Bilaga 1. Flisighetsindex...37 Bilaga 2. Korndensitet...39 Bilaga 3. Kulkvarn...41 Bilaga 4. Materialens beroende av varann...43 VTI notat

8 VTI notat

9 Sammanfattning Jämförande provning Ballast 2015 av Håkan Arvidsson (VTI) Detta notat redovisar resultat, viss statistisk analys och precisionsdata från jämförande provning (ringanalyser) utförda på tre ballastmaterial under De analyser som utfördes var flisighetsindex (SS-EN 933-3), korndensitet (SS-EN ) och kulkvarn (SS-EN ). Antalet deltagande laboratorier var för flisighetsindex 58 stycken., för korndensitet 60 stycken. och för kulkvarn 52 stycken. De flesta laboratorierna var svenska men sju stycken från övriga Norden (Island, Norge och Finland). Spridningarna (i form av standardavvikelse) ökar med ökad nivå av resultat men inte lika mycket. Variationskoefficienten (standardavvikelse dividerat med medelvärdet per material) minskar med ökad nivå. För precisionsdata matchar denna ringanalys i princip de precisionsdata som anges i standarderna för respektive analys. Data från denna ringanalys har ofta ett vidare spann på mätvärden än standarderna och man kan också se ett samband mellan nivå och reproducerbarhet. Repeterbarheten har inte riktigt kunna beräknas då laboratorierna generellt gjort enkelprov. Analys av bakgrundsvariabler som visst handhavande, dimensioner eller utrustningsmodell visar att de har ingen eller endast liten betydelse. VTI notat

10 8 VTI notat

11 Summary Profiency Testing - Aggregate 2015 by Håkan Arvidsson (VTI) This report shows results, some statistical analysis and precision data for profiency testing (roundrobin) performed on three materials of aggregate during The properties that was determined was Flakiness Index (EN 933-3), particle density (EN ) and Nordic ball mill (EN ). The number of participating laboratories were for Flakiness index 58 pcs., for particle density 60 pcs. and for Nordic ball mill 52 pcs. There are some scatter of the results which is not surprising. A few of the laboratories show clearly high or low results (for all three materials) for one of the analysis. Generally is the scatter in results varying. E.g. some of the laboratories have a clearly high result for one of the materials, a slightly low result for the second material and are quite close to the average for the third material. The standard deviations increase with increase in level of results (average), but not as much. The ratio of standard deviation and average decrease with increase of level. The precision data from this round-robin over all matches the levels from the test standards. The tests from this report has often a wider range of results. There is a correlation between reproducibility and level of average. The repeatability has not been calculated because tests actually have been performed as single tests. Analysis of background data, like handling, dimensions and type of model, shows that they have none or very little significance. VTI notat

12 10 VTI notat

13 1. Bakgrund Denna jämförande provning ( ringanalys ) av flisighetsindex, korndensitet och kulkvarn har initierats av Metodgruppen som består av Trafikverket, branschorganisationer och VTI (Statens väg- och transportforskningsinstitut). Syftet var att: studera spridningar mellan laboratorier jämföra precisionsdata från denna ringanalys med provningsstandarderna titta på inverkan från bakgrundsvariabler (som t.ex. variation i utrustning) En arbetsgrupp bestående av representanter från Skanska, Peab och VTI har ansvarat för planering och upplägg. VTI har ansvarat för resultatsammanställning, statistik och rapportering. Till grund för utformning av ringanalysen ligger Metodgruppens Manual för ringanalyser. Planering och materialförberedelser gjordes hösten Under vinter/vår 2015 gjordes utskick till deltagande laboratorier samt tester på respektive laboratorium. En enkel sammanställning av resultat skickades laboratorierna tidigt hösten Material Använda material tillhandahölls av NCC, Skanska och Peab. De bestod av sorteringar från olika täkter. Tre material med spridning i både kulkvarnsvärde och flisighetsindex har valts ut. Varje materialleverantör fyllde ett stort antal provkartonger som skickades till VTI för vidare spridning till deltagande laboratorier. Materialen numrerades enligt följande med angiven sortering: Material 1 bestod av sortering 11/16 mm. Material 2 bestod av sortering 11/16 mm. Material 3 bestod av sortering 8/11 mm Deltagare Antalet deltagande laboratorier har varit 61+1 (ett lab. har två kulkvarnar). De flesta har deltagit i samtliga analyser med samtliga material. Fördelning av laboratorier per analys och material redovisas i Tabell 1. Tabell 1. Antal deltagande laboratorier per material och analys. (Table 1. Number of participating laboratories per test and material). Material 1 Material 2 Material 3 Flisighetsindex (SS-EN 933-3) Korndensitet (SS-EN ) Kulkvarn (SS-EN ) På följande sida (Tabell 2) redovisas de organisationer/företag som har deltagit i denna ringanalys. VTI notat

14 Tabell 2. Deltagande organisationer/företag med lokaliseringsort. (Table 2. Participating organisations/companys and site of laboratory). Företag AB Sydsten Asfalt och Stenkontroll AB Asfalt och Stenkontroll AB Asfalt och Stenkontroll AB Ort Malmö Enhörna Hok Alingsås Företag Skanska Sverige AB Skanska Sverige AB Skanska Sverige AB Skanska Sverige AB Ort Hällevadsholm Sperlingsholm Skövde Gunnilse CBI Betonginstitutet AB Borås Skanska Sverige AB Farsta Cementa AB Slite Skanska Sverige AB Vällsta Innovation Center Iceland Lemminkäinen Sverige AB Reykjavik, Island Sundsvall Skanska Sverige AB Skanska Sverige AB Hallsberg Borlänge Malbikunarstödin Höfdi Saevarhöfdi, Island Skanska Sverige AB Kramfors Mannvit Laboratory Kópavogur, Island Skanska Sverige AB Örnsköldsvik MRM Luleå Skanska Sverige AB Luleå NCC Roads AB Umeå Skanska Sverige AB Malmö NCC Roads AB Sundsvall Skanska Sverige AB Önnestad NCC Roads AB Gävle Skanska Sverige AB Räppe NCC Roads AB Gustafs Skanska Sverige AB Rockneby NCC Roads AB Karlstad Skanska Sverige AB Forserum NCC Roads AB Upplands Väsby Skanska Sverige AB Norrköping NCC Roads AB NCC Roads AB NCC Roads AB NCC Roads AB NCC Roads AB Västerås Linköping Uddevalla Hisings Kärra Biskopstorp Statens vegvesen Svevia AB Svevia AB Svevia AB Svevia AB Tiller, Norge Brunflo Arlöv, Malmö Umeå Jönköping NCC Roads AB Södra Sandby Svevia AB Kungälv Norges geologiske undersøkelse Trondheim, Norge Svevia AB Örebro Peab Asfalt AB Peab Asfalt AB Boden Västberga Sydbeläggningar AB Tampere University of Technology Höör Tampere, Finland Peab Asfalt AB Helsingborg TeMaKon AB Borås Peab Asfalt AB Göteborg Vattenfall Älvkarleby Peab Asfalt AB Peab Asfalt AB Västerås Västerås VTI XR Bergkross Linköping Järpås Peab Asfalt Norge Fremo (Trondheim), Norge 12 VTI notat

15 2. Metoder, standarder De utvalda metoderna i denna jämförande provning bestod av flisighetsindex, korndensitet och kulkvarn Flisighetsindex, SS-EN Ballast - Geometriska egenskaper - Del 3: Bestämning av kornform Flisighetsindex. Senaste gällande version vid denna ringanalys är från Flisighet innebär förhållandet mellan partiklars två minsta dimensioner, tjocklek/bredd. Materialet delas upp i ett antal fraktioner från 4 mm och uppåt med kvadratiska siktar. Stegfaktorn mellan övre och undre fraktionsgräns är ca 1,25. Den finaste fraktionen är 4-5 mm, nästa fraktion är 5-6,3 mm och så vidare. Varje fraktion siktas sedan på harpsiktar ( oändligt rektangulära) med en maskvidd som motsvarar halva övre fraktionsgränsen. Fraktion 4-5 mm siktas på harpsikt 5/2=2,5 mm och fraktion 5-6,3 mm siktas på 6,3/2=3,15 mm och så vidare. Flisighetsindex (Flakiness Index), FI = 100 x summa av allt som passerar respektive harpsikt / allt material större än 4 mm Ju högre flisighetsindex desto flisigare material Korndensitet, SS-EN Ballast - Mekaniska och fysikaliska egenskaper - Del 6: Bestämning av korndensitet och vattenabsorption. Senaste gällande version vid denna ringanalys är från I denna ringanalys har endast korndensitet bestämts. Vattenabsorption har ej bestämts. Provmängd för kulkvarn beräknas med hänsyn till kornsdensiteten. Så eftersom de laboratorier som ska testa kulkvarn måste bestämma densitet togs denna metod med i ringanalysen. Kulkvarnsmetoden hänvisar till korndensitet på för-torkat material (pre-dried, ρ p) enligt bilaga A. Där användning av trådkorg är acceptabelt. Densitet = massa / volym. Korndensitet (particle density) motsvarar ett stenmaterials kompaktdensitet. Massan bestäms genom vägning. Volymen bestäms av vägning i vatten och Arkimedes princip. Antingen vägs provet i trådkorg under vatten eller i vätskefylld pyknometer med känd innervolym. Hänsyn tas till vattendensiteten som är beroende av temperaturen Kulkvarn, SS-EN Ballast - Mekaniska och fysikaliska egenskaper - Del 9: Bestämning av motstånd mot nötning av dubbdäck. Senaste gällande version vid denna ringanalys är från Motstånd mot dubbdäcksnötning bestäms med kulkvarn (Nordic Ball mill). Ett delprov (av två) bestående av fraktion 11,2-16 mm med 65 % < 14 mm (alternativt 8-11,2 med 65 % < 10 mm) med mängden 1000 g x korndensitet / 2,65 placeras i en trumma tillsammans med 2 liter vatten och 7 kg stålkulor med diameter 15 mm (för fraktion 8-11,2 mm: diameter 11,1 mm). Trumman består av stål med innerdiameter 206,5 mm och innerlängden 335 mm och är försedd med tre längsgående fasade kammar med måtten (b x t) 15 x 8 mm. Trumman roterar med 90 varv per minut i 5400 varv. Proceduren upprepas för delprov två. Kulkvarnsvärdet, A N, är andelen material mindre än 2 mm efter test av invägd mängd. Godkänd spridning är att absolutvärdet av skillnaden mellan delprov 1 och delprov 2 ska vara mindre än 10 % av medelvärdet. Ju lägre kulkvarnsvärde desto slitstarkare stenmaterial. VTI notat

16 3. Resultat I detta kapitel presenteras statistiska resultat för varje metod och material. Resultaten är beräknade på angivna resultat från respektive laboratorium. Antalet redovisade decimaler varierar något. Enligt provningsstandarderna skall flisighetsindex rapporteras med heltal, korndensitet med två decimaler och kulkvarnsvärdet med en decimal Flisighetsindex I Tabell 3 redovisas sammanställda resultat för flisighetsindex, FI. I den tabellen redogörs ett antal statistiska värden. För flisighetsindex är spridningen relativt stor för kubiska material, dvs för material med låga FI. Variationskoefficienten, dvs. spridning i förhållande till medelvärdet [standardavvikelsen / medelvärdet] går från 23 % för kubiskt material till 8 % för flisigt material. Den relativa variansen, dvs [variansen / medelvärdet] är mellan 17 och 21 %. Tabell 3. Sammanställning av flisighetsindex, samtliga laboratorier. (Table 3. Compilation of the results from Flakiness Index). Material Maxvärde Medelvärde 3,9 7,8 28,9 Minvärde 1,5 4 23,5 Standardavvikelse, s 0,90 1,20 2,21 Variationskoefficienten, s / medelv Relativa variansen, s 2 / medelv 23 % 15 % 8 % 21 % 18 % 17 % Antal I diagrammen i Figur 1 till Figur 3 redovisas varje laboratoriums resultat för varje material. 14 VTI notat

17 FlisighetsIndex Mtrl 1 (1) mv+2s (1) mv+s (1) mv (1) mv-s (1) mv-2s Figur 1. Material 1, deltagande laboratorier på x-axeln, FI på y-axeln. (Figure 1. Material 1, participating laboratories on x-axis, flakiness index on y-axis (mv = average, s = standard deviation)) FlisighetsIndex 0 Mtrl 2 (2) mv+2s (2) mv+s (2) mv (2) mv-s (2) mv-2s Figur 2. Material 2, deltagande laboratorier på x-axeln, FI på y-axeln. (Figure 2. Material 2, participating laboratories on x-axis, flakiness index on y-axis). VTI notat

18 FlisighetsIndex Mtrl 3 (3) mv+2s (3) mv+s (3) mv (3) mv-s (3) mv-2s Figur 3. Material 3, deltagande laboratorier på x-axeln, FI på y-axeln. (Figure 3. Material 3, participating laboratories on x-axis, flakiness index on y-axis) Korndensitet För korndensitet är spridningarna små trots att laboratorierna valt olika metodvarianter. De flesta laboratorierna som analyserat kulkvarn, samt några till, har använt pre-driedvarianten. För övriga laboratorier har den vanligaste varianten varit ugnstorkad korndensitet enligt kapitel 8 i standarden. Statistiska värden redovisas i Tabell 4 och i Figur 4 till Figur 6. Tabell 4. Sammanställning av korndensitet, samtliga laboratorier. (Table 4. Compilation of the results from particle density). Material Maxvärde 2,71 2,71 2,79 Medelvärde 2,676 2,685 2,751 Minvärde 2,65 2,66 2,65 Standardavvikelse, s 0,016 0,009 0,017 s / medelv 0,6 % 0,3 % 0,6 % Antal VTI notat

19 Korndensitet 2,74 2,72 2,70 2,68 2,66 2,64 2,62 2,60 Mtrl 1 (1) mv+2s (1) mv+s (1) mv (1) mv-s (1) mv-2s Figur 4. Material 1, deltagande laboratorier på x-axeln, korndensitet på y-axeln. (Figure 4. Material 1, participating laboratories on x-axis, particle density on y-axis (mv = average, s = standard deviation)). Korndensitet 2,74 2,72 2,70 2,68 2,66 2,64 2,62 2,60 Mtrl 2 (2) mv+2s (2) mv+s (2) mv (2) mv-s (2) mv-2s Figur 5. Material 2, deltagande laboratorier på x-axeln, korndensitet på y-axeln. (Figure 5. Material 2, participating laboratories on x-axis, particle density on y-axis). VTI notat

20 Korndensitet 2,79 2,77 2,75 2,73 2,71 2,69 2,67 2,65 Mtrl 3 (3) mv+2s (3) mv+s (3) mv (3) mv-s (3) mv-2s Figur 6. Material 3, deltagande laboratorier på x-axeln, korndensitet på y-axeln. (Figure 6. Material 3, participating laboratories on x-axis, particle density on y-axis) Kulkvarn För kulkvarn är spridningarna (max, min) för låga värden ca ± 1 från medelvärdet och för höga värden mellan ca +4 och ca -2 från medelvärdet. Variationskoefficienten sjunker från 12 % för material 1 till 4 % för material 3. Relativa variansen ligger mellan 4 och 6 % för de tre materialen. Statistiska värden redovisas i Tabell 5 och i Figur 7 till Figur 9. Tabell 5. Sammanställning av kulkvarn, samtliga laboratorier. (Table 5 Compilation of the results from Nordic ballmill). Material Maxvärde 5,5 14,6 27,4 Medelvärde 4,4 12,8 23,5 Minvärde 3,25 11,1 21,6 Standardavvikelse, s 0,52 0,72 1,00 Variationskoefficienten, s / medelv Relativa variansen, s 2 / medelv 12 % 6 % 4 % 6 % 4 % 4 % Antal VTI notat

21 Kulkvarn Mtrl 1 (1) mv+2s (1) mv+s (1) mv (1) mv-s (1) mv-2s Figur 7. Material 1, deltagande laboratorier på x-axeln, kulkvarnsvärde (A N) på y-axeln. (Figure 7. Material 1, participating laboratories on x-axis, Nordic ball mill (A N) on y-axis (mv = average, s = standard deviation)) Kulkvarn 10 Mtrl 2 (2) mv+2s (2) mv+s (2) mv (2) mv-s (2) mv-2s Figur 8. Material 2, deltagande laboratorier på x-axeln, kulkvarnsvärde (A N) på y-axeln. (Figure 8. Material 2, participating laboratories on x-axis, Nordic ball mill (A N) on y-axis). VTI notat

22 Kulkvarn Mtrl 3 (3) mv+2s (3) mv+s (3) mv (3) mv-s (3) mv-2s Figur 9. Material 3, deltagande laboratorier på x-axeln, kulkvarnsvärde (A N) på y-axeln. (Figure 9. Material 3, participating laboratories on x-axis, Nordic ball mill (A N) on y-axis). 20 VTI notat

23 4. Utvärdering I detta kapitel görs en bedömning av betydelse av bakgrundsvariabler så som utrustningsalternativ och metodvarianter. Beräkning av precisionsdata med jämförelser med de precisionsvärden som finns angivna i respektive standard Flisighet Flisighetsindex var med i ringanalysen 2012 [Arvidsson och Viman, 2012]. Då, såväl som denna gång har den valts då den är oförstörande och varit lämplig att komplettera med annan provning. I 2012 års ringanalys kompletterades den med bestämning av kornstorleksfördelning och i 2015 års ringanalys kompletterades den med bestämning av kulkvarnsvärde. I denna ringanalys har materialen valts för att få en spridning i resultatnivåer till skillnad mot 2012 då då resultatnivåerna låg samlade mellan 5 och : Mtrl N P V Medel Mv 9,4 9,5 5,1 8,0 s 1,09 1,12 0,67 0,96 s/mv 12 % 12 % 13 % 12 % : Mtrl Medel Mv 3,9 7,8 28,9 13,5 s 0,90 1,20 2,21 1,44 s/mv 23 % 15 % 8 % 15 % 2 Skillnad i spridning, i form av standardavvikelse, mellan ringanalys 2012 och ringanalys 2015 illustreras i Figur Medel av 12%, 12% och 13% = 12%; Medel s/medel Mv=0,96/8,0=12% 2 Medel av 23%, 15% och 8% = 15%; Medel s/medel Mv=1,44/13,5=11% VTI notat

24 Standardavv 2,5 2 y = 0,05x + 0,75 1,5 1 0,5 y = 0,10x + 0, Linjär (2012) Linjär (2015) FI (mv) Figur 10. Skillnad mellan 2012 och 2015 i form av standardavvikelse i kontra FI-nivå. (Figure 10. Difference between round robin 2012 and 2015 as standard deviation vs level of FI (average)). Efter att laboratorierna gjorde sina tester i denna ringanalys utkom Metodgruppen med en metodhandledning för flisighetsindex (utgiven maj 2015) Bakgrundsvariabler flisighetsindex Vid bestämning av flisighetsindex skakar samtliga laboratorier de kvadratiska siktarna maskinellt. Däremot skiljer sig förfarandet med avseende på skakningen av harpsiktar en del skakar manuellt medan andra har maskinella möjligheter. I Figur 11 kan man se skillnaden i medelvärde för respektive skakmetod. Den maskinella skakningen är, föga förvånande, effektivare vilket innebär något högre värden för flisighetsindex. Skillnaden är dock så liten att avrundat till heltal blir resultatet detsamma (Mtrl 1 FI=4, Mtrl 2 FI=8 och Mtrl 3 FI=29). Spridningen för laboratorier som skakar maskinellt är ca 20 % lägre än för manuell skakning. Medelstandardavvikelse för maskinskakning är ca 1,28 mot 1,59 för handskakning). Ungefär lika många laboratorier använder manuell (30 st) som maskinell (28 st) skakmetod. 22 VTI notat

25 FlisighetsIndex Manuell Maskinell ,8 29, ,7 7,8 7,8 4, Figur 11. Inverkan av siktningsmetod för harpsiktar på Flisighetsindex. Respektive variants medelvärde som dataetiketter. Standardavvikelse som felstplar. (Figure 11. Influence of sieving method of the bar sieves in FlakinessIndex. Average values as data labels. Standard deviation as error bar. Manuell = by hand, Maskinell = by sieving shaking machine) Precisionsdata I standarden SS-EN anges skattningar av repeterbarheten (r) och reproducerbarheten (R) för flisighetsindex (FI) mellan 8 och 20 vara för r = 2,8 respektive för R = 5. Reproducerbarhet för denna ringanalys har beräknats enligt R = 2,83 s (där s är standardavvvikelsen). Ingen repeterbarhet har kunnat beräknas då laboratorierna gjort enkelprov för varje material. Material Medel 3,9 7,8 28,9 s 0,91 1,20 2,20 R 2,57 3,40 6,21 medel R = 4,1 Vårt medelvärde av reproducerbarheten är något lägre än metodens och för ett bredare spann. Data från denna ringanalys tyder på ett samband mellan flisighetsindex (FI) och reproducerbarhet(r): R = 0,14 FI + 2,15 Detta samband innebär att denna ringanalys har bättre reproducerbarhet upp till FI 20 än standarden. Precisionsdata illustreras i Figur 12. VTI notat

26 Precisionsdata FlisighetsIndex 7,00 6,00 5,00 y = 0,14x + 2,15 4,00 3,00 2,00 1,00 Reproducerbarhet, R Från standard, R Från standard, r 0,00 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Flisighetsindex Figur 12. Ringanalysens precisionsdata i jämförelse med standarden SS-EN (Figure 12. Precision data from this round robin compared with EN 933-3) Korndensitet För korndensitet är spridningarna små trots variationer i metodvariant. Material 1 och material 2 ligger även nära varann i densitetsnivå Bakgrundsvariabler -korndensitet Då korndensitet primärt används i detta fall för att bestämma analysmängd för kulkvarn har den densitet som efterfrågas i SS-EN begärts/önskats d.v.s. för-torkad densitet (pre-dried), ρ p, enligt bilaga A i SS-EN En del laboratorier har inte möjlighet/utrustning/rutiner/ackreditering/rapportering för den varianten, de har då kunnat delta med andra varianter: skenbar densitet (apparent), ρ a eller ugnstorkad densitet, ρ rd. Resultat för varianterna redovisas i Figur VTI notat

27 Korndensitet, Mg/m³ 2,80 2,78 2,76 2,74 2,72 2,70 2,68 2,66 2,64 2,62 2,60 Typ av densitet Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 ρa ρrd ρp 43 Figur 13. Skillnad i medelvärde för angivna varianter av korndensitet med respektive antal som dataetikett. Standardavvikelse som felstapel. Skenbar densitet ρa, ugnstorkad densitet ρrd och förtorkad densitet ρp. (Figure 13. Difference in average for particle density according to stated variant. Number of values as data label. Standard deviation as error bar. ρa = apparent density, ρrd = oven dried density and ρp=pre-dried density). En del laboratorier har använt pyknometer, 18st., vid bestämning av korndensitet men de flesta har använt trådkorg, 42 st., de måttliga skillnaderna kan ses i Figur 14. Totalt sett är skillnaderna små (mindre än ± 0,004) och det slår åt båda håll för de olika materialen. Medelvärden Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 Pyknometer 2,676 2,682 2,756 Medel 2,705 Mg/m³ Trådkorg 2,673 2,686 2,754 Medel 2,704 Mg/m³ Även skillnad i spridningar är små, det skiljer en tusendel i medelstandardavvikelse. Standardavv. Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 Pyknometer 0,015 0,011 0,010 Medel 0,012 Mg/m³ Trådkorg 0,016 0,007 0,008 Medel 0,011 Mg/m³ VTI notat

28 Korndensitet, Mg/m³ Typ av kärl 2,78 2,76 2,74 2,72 2,70 2,68 2,66 2,64 2,62 2, Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 Pyknometer Trådkorg Figur 14. Påverkan av densitetskärl. Medelvärde och standardavvikelse. Antal av respektive variant som dataetikett. (Figure 14. Influence of density vessel : Pycnometer or wire basket (trådkorg). Number of values as data label. Standard deviation as error bar) Precisionsdata Precisionsdata i standarden är angivet för flera varianter där ingen är direkt självklar för pre-dried i trådkorg. I standarden SS-EN finns bl.a. följande varianter Table I.2 ugnstorkad korndensitet repeterbarhet r och reproducerbarhet R Testmetod Stycke repeterbarhet r (Mg/m³) reproducerbarhet R (Mg/m³) Trådkorg 7 0,025 0,044 vald till Figur 15 Pyknometer (grovt mtrl) 8 0,031 0, VTI notat

29 Precisionsdata, r och R Table I.5 Pyknometer för för-torkad korndensitet av icke porösa material (se A.4) repeterbarhet r och reproducerbarhet R repeterbarhet r 1 (Mg/m³) Reproducerbarhet R 1 (Mg/m³) 0,019 0,042 I standardens table I.6 kan man utläsa för för-torkad korndensitet enligt bilaga A (pyknometer) för olika nivåer. Level 2,70 3,06 2,60 r 1 0,008 0,016 0,009 R 1 0,019 0,026 0,037 Medel R 1 = 0,027 Mg/m³ Reproducerbarheten, R, för ringanalysen som beräknats med 2,83 gånger standardavvikelsen visas i Figur 15 och Figur 16 och i jämförelse med olika varianter av R från standarden SS-EN Material Medel 2,68 2,68 2,75 s 0,016 0,009 0,017 R 0,045 0,025 0,048 Medel R = 0,039 Mg/m³ Nivån för ringanalysens reproducerbarhet är i paritet med standarden. 0,060 Korndensitet 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 R Från standard, R Medel, R 0,000 2,67 2,68 2,69 2,7 2,71 2,72 2,73 2,74 2,75 2,76 Korndensitet, Mg/m³ Figur 15. Precisionsdata för korndensitet. (Figure 15. Precision data for particle density). VTI notat

30 Kulkvarnsvärde Precisionsdata, r och R 0,060 0,050 Korndensitet R I.2; R Medel, R I.6; r I.6; R 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 Korndensitet, Mg/m³ Figur 16. Precisionsdata för korndensitet med andra varianter från metodstanadarden. (Figure 16. Precision data for particle density with other variants from EN ) Kulkvarn För kulkvarn är spridningarna (max, min) för låga värden ca ± 1 från medelvärdet och för höga värden mellan ca +4 och ca -2 från medelvärdet. Variationskoefficienten sjunker från 12 % för material 1 till 4 % för material Betydelse av bakgrundsvariabler Angivna trumdiametrar varierar mest mellan 204,5 och 208 mm med enstaka diametrar upp till 211,5 mm. Det går inte att se att trumdiametern påverkar kulkvarnsvärdet. Brist på betydelse av trumdiameter visas i Figur Mtrl 3 15 Mtrl Mtrl Trumdiameter, mm Figur 17. Trumdiameterns inverkan på kulkvarnsvärde. (Figure 17. Influence of diameter of the nordic ballmill drum on the ballmill-value). 28 VTI notat

31 Kulkvarnsvärde Vad gäller kulornas storlek i form av vikt för 100 kulor påverkas inte heller kulkvarnsvärdet, se Figur 18. Vissa missförstånd vad gäller svar på frågan om vikten för 100 kulor har inkommit: t.ex vikter på ca 7000 g dvs vikten av hela kulsatsen. Kulvikt för material 3 (grå) avviker från de andra materialen då kulorna är mindre för testfraktion 8-11,2 mm Vikt 100 kulor Figur 18. Betydelsen av kulkvarnsvärdet beroende på kulornas storlek via vikt av 100 kulor. (Figure 18. Influence of ball size (as the weight of 100 balls) on nordic ballmill-value). Typ av utrustning i form av fabrikat (angivet som tillverkningsland) har ingen stor men ändå en betydelse. Exempelbilder på respektive utrustning visas i Tabell 6. Tabell 6. Exempelbilder på respektive utrustning. (Table 6. Examples of types of nordic ballmill equipments). Bild 1 Finsk kulkvarnstrumma Photo 1 Finnish type Bild 2 Norsk kulkvarnstrumma Photo 2 Norwegian type Bild 3 Svensk kulkvarnstrumma Photo 3 Swedish type Den finska utrustningen ger jämnare resultat medan den norska och den svenska ger större spridning, se Figur 19. Antalet utrustningar per variant och dess spridningar (som medelstandardavvikelse för de tre materialen) redovisas nedan. VTI notat

32 Kulkvarnsvärde Kulkvarnsvärde Utrustning Antal, n Standardavvikelse, s (medel för de tre materialen) Finsk 24 0,57 Norsk 14 0,71 Svensk 15 0,92 Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl Finsk Norsk Svensk Figur 19. Kulkvarnsvärden med respektive utrustningstyp grupperad för sig. (Figure 19. Nordic ballmill-values grouped by type). Ser man på medelvärden för respektive utrustning ger den svenska högst resultat medan den norska oftast ger de lägsta resultaten, se Figur ,0 23,4 23,5 23,7 Finsk Norsk Svensk 20,0 15,0 12,8 12,6 13,0 10,0 5,0 4,3 4,2 4,8 0, Material Figur 20. Inverkan på kulkvarnsvärdet beroende på utrustning för varje material med respektive medelvärde som dataetikett. (Figure 20. Influence in Nordic ballmill-value depending on type of equipment. Average value as data label). 30 VTI notat

33 Precisionsdata Precisionsdata Repeterbarhet, R, och reproducerbarhet, r, har beräknats utifrån att varje materials delprov varit ett eget prov. Standarden har precisionsdata angivit med en formel beroende på kulkvarnsvärdet dock med begränsningen för kulkvarnsvärde mellan 5 och 16. Den togs fram 1994 utifrån en ringanalys med 8 material och 9 laboratorier. Hälften av materialen hade kulkvarnsvärden nära 5. [Schoenbourg och Viman, 1994.] Reproducerbarheten i standarden är mindre än för denna ringanalys för kulkvarnsvärden mindre än 16 för att sedan bli det omvända om man skulle extrapolera standardens reproducerbarhet. Denna ringanalys har ca 50 laboratorier och tre material med kulkvarnsvärden i spannet Repeterbarheten är generellt lägre för denna ringanalys än för standarden utom för ovanligt låga kulkvarnsvärden (A N mindre än 4-5). Redovisning av precisionsdata för kulkvarn finns i Tabell 7 och i Figur 21 Tabell 7. Precisionsdata för kulkvarn. (Table 7. Precisiondata for the Nordic ballmill). Material Anmärkning Kulkvarnsvärde 4,4 5 12, ,5 Från metod, r 0,5 1,5 1,9 r = 0,13AN -0,17; 5 < AN < 16 Från metod, R 1,0 2,1 2,5 R = 0,14AN +0,27; 5 < AN < 16 från ringanalysen, r från ringanalysen, R 0,6 1,0 1,9 r = 0,07AN +0,26 (regression) 1,6 2,1 3,1 R = 0,08AN +1,14 (regression) 3,5 3,0 2,5 Från standard, R Reproducerbarhet, R Från standard, r repeterbarhet, r Kulkvarn y = 0,08x + 1,14 2,0 1,5 1,0 y = 0,14x + 0,27 y = 0,07x + 0,26 0,5 y = 0,13x - 0,17 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 Kulkvarnsvärde Figur 21. Ringanalysens precisionsdata i jämförelse med standarden SS-EN (Figure 21. Precision data from this Round-robin compared with EN ). VTI notat

34 5. Diskussion av resultat I detta kapitel diskuteras resultat i form av bakgrundsdata, precisionsdata och avvikande resultat Bakgrundsvariabler För flisighetsindex visade analysen att maskinell skakning av harpsiktarna var något mer effektivt än manuell skakning vilket innebär något högre värden för flisighetsindex. Skillnaden i resultatet mellan manuell maskinell skakning var dock förhållandevis små. För korndensitet fann vi inga signifikanta skillnader i resultat mellan olika metodvarianter. För kulkvarn kan man inte urskilja några trender på resultatet med avseende på trummans diameter eller kulornas vikt inom de avgränsade variationerna inom dessa bakgrundsvariabler. Däremot visar analysen på att det finns en viss skillnad i resultatnivå och spridning mellan olika modeller av kulkvarnen Precisionsdata Beräkning av precisionsdata blir något förenklad då man har enkelprov. Även metoder med dubbelprov (t.ex. kulkvarn) är i detta fall egentligen att betrakta som enkelprov. För att beräkna repeterbarheten (r) behövs flera likartade (lika) prover per laboratorium. Även reproducerbarheten (R) behöver flera prover per laboratorium för att beräknas korrekt men den går även att beräkna med 2,83 x standardavvikelsen (2 2 = 2,83). För att förfina analys av ringanalys kan det vara lämpligt att ange resultat med en extra värdesiffra mot metodstandard. I varje fall att man anger heltalsresultat med en decimal Avvikande resultat Det finns flera sätt att hitta avvikande resultat. Nedan redovisas avvikelse med minst två standardavvikelser. Utanför två standardavvikelser hamnar statistisk 5 % av deltagarna vilket på 60 laboratorier blir 3 stycken, vilket är det ungefärliga utfallet. Dessutom lyfts bra laboratorier fram i Guldstjärnor Medelvärde plus/minus två standardavvikelser Generellt är det enstaka laboratorier som avviker för enstaka material med avseende på medelvärdet ± 2 standardavvikelser. De avvikelser som förekommer redovisas i Tabell 8. Avvikelser per material är tämligen jämt fördelade. 32 VTI notat

35 Tabell 8. Laboratorier som sticker ut med avseende på två standardavvikelser. (Table 8. Outliers according to two standard deviations). Egenskap Lab. nr Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 FlisighetsIndex (933-3) 4 X 6 X 11 X X 35 X 37 X 38 X Korndensitet (1097-6) 3 X 8 X 13 X 19 X X 44 X 46 X 50 X Kulkvarn (1097-9) 8 X 15 X 16 X 32 X 37 X 43 X Antal Guldstjärnor Flisighetsindex: Laboratorierna 49 och 58 är nära medelvärdet för alla tre materialen (bilaga Flisighetsindex). Korndensitet: Inga laboratorier är nära medelvärdet på alla tre analysmaterialen. Närmast är laboratorium 21 med att vara nära på två material (bilaga Korndensitet). Kulkvarn: Inga laboratorier är nära medelvärdet på alla tre analysmaterialen. Närmast är laboratorierna 31, 33-2 och 44 med att vara nära på två material (bilaga Kulkvarn). VTI notat

36 6. Slutsats Antalet avvikande laboratorier (>2 standardavikelser) är statistiskt rimligt. Precisionsdata: generellt är resultaten för denna ringanalys i paritet eller något bättre än för respektive standard. I denna ringanalys är spannet på resultat (för FI och för kulkvarn; för material 1 och för material 3) ofta vidare än de nivåer som angetts som begränsning för repeterbarhet och reproducerbarhet i respektive standard. Betydelsen av några metodparametrar/bakgrundsvariabler undersöktes. För flisighetsindex fann vi att manuell skakning av harpsiktarna resulterade i något större spridning av resultaten än när de skakades maskinellt. För korndensitet fann vi inga skillnader i resultat eller spridning mellan de laboratorier som bestämde för-torkad densitet (pre-dried), ρ p, skenbar densitet, ρ a, eller ugnstorkad densitet, ρ rd. För kulkvarn observerades ingen inverkan av skillnader i utrustningarnas trumdiametrar eller i skillnader mellan uppmätta kulvikter. Däremot fann vi små skillnader i storleken på spridningen mellan olika modeller av kulkvarn. När resultat från varje material och egenskap plottas mot de andras kan inga generella systematiska fel påvisas (se bilaga Materialens beroende av varann ). 34 VTI notat

37 Referenser SS-EN 933-3:2012 Ballast - Geometriska egenskaper - Del 3: Bestämning av kornform Flisighetsindex. SS-EN :2013 Ballast - Mekaniska och fysikaliska egenskaper - Del 6: Bestämning av korndensitet och vattenabsorption. SS-EN :2014 Ballast - Mekaniska och fysikaliska egenskaper - Del 9: Bestämning av motstånd mot nötning av dubbdäck. Manual för ringanalyser, Metodgruppen, ( Metodhandledning för flisighetsindex (SS-EN 933-3), Metodgruppen, 2015 ( Schoenbourg, B och Viman, L SP rapport 1994:21, Studded tyre test: Precision trials 1994 Arvidsson, H och Viman, L.VTI Utlåtande 784, Jämförande provning utförd under 2012 på ballastmaterial enligt gällande europastandarder, VTI notat

38 36 VTI notat

39 Bilaga 1. Flisighetsindex Här redovisas samtliga deltagande laboratoriers resultat för flisighetsindex i Figur 22 och Tabell 9 Förklaring till Tabell 9: rött: lika eller utanför mv ± 2s, gult: lika eller utanför mv ± s, grönt: mv ± 0,3, vitt mellan medel och en standardavvikelse. Laboratorierna 49 och 58 är nära medelvärdet på alla tre analysmaterialen (gröna i tabellen nedan). Två gröna och en vit (som också är rätt bra) har: 7, 8, 29, 39, 44, 48, 54 och FlisighetsIndex Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 (1) mv+2s (1) mv+s (1) mv (1) mv-s (1) mv-2s (2) mv+2s (2) mv+s (2) mv (2) mv-s (2) mv-2s (3) mv+2s (3) mv+s (3) mv (3) mv-s (3) mv-2s Figur 22 Samtliga resultat för flisighetsindex VTI notat

40 Tabell 9 Samtliga resultat för flisighetsindex Material Max 6,0 10,0 34,0 Medel + s 4,8 9,0 31,1 Medel 3,9 7,8 28,9 Medel - s 3,0 6,6 26,7 Min 1,5 4,0 23,5 stdav 0,91 1,20 2,19 stdav/medel 23% 15% 8% Antal Lab nr Resultat FI ,6 7,2 31,1 11 1,53 6,99 24, ,7 26, , , , ,5 6,9 26,4 33 2,9 6,8 28, ,2 7,5 26,3 34 3,2 7,9 27, ,8 8,1 23, ,2 6,5 26, ,8 29, ,1 28, , ,5 7,4 30, VTI notat

41 Bilaga 2. Korndensitet Här redovisas samtliga deltagande laboratoriers resultat för korndensitet i Figur 23 och Tabell 10. Förklaring till Tabell 10: rött: lika eller utanför mv ± 2s, gult: lika eller utanför mv ± s, grönt: mv ± 0,0049, vitt mellan medel och en standardavvikelse. Inga laboratorier är nära medelvärdet på alla tre analysmaterialen (gröna i tabellen nedan). Två gröna och en vit (som också är rätt bra) har: 21. 2,80 2,78 2,76 2,74 2,72 2,70 2,68 2,66 2,64 2,62 2,60 Korndensitet Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 (1) mv+2s (1) mv+s (1) mv (1) mv-s (1) mv-2s (2) mv+2s (2) mv+s (2) mv (2) mv-s (2) mv-2s (3) mv+2s (3) mv+s (3) mv (3) mv-s (3) mv-2s Figur 23 Samtliga resultat för korndensitet VTI notat

42 Tabell 10 Samtliga resultat för korndensitet Material Max 2,710 2,710 2,790 Medel + s 2,692 2,694 2,769 Medel 2,676 2,685 2,751 Medel - s 2,660 2,676 2,734 Min 2,650 2,660 2,650 stdav 0,016 0,009 0,017 stdav/medel 0,6% 0,3% 0,6% Antal Lab nr Resultat korndens 1 2,69 2,68 2,74 2 2,7 2,68 2,76 3 2,67 2,66 2,74 4 2,69 2,69 2,75 5 2,7 2,69 2,76 6 2,69 2,69 2,76 7 2,7 2,68 2,74 8 2,71 2,68 2,75 9 2,66 2,69 2, ,669 2,68 2, ,65 2,67 2, ,669 2,688 2, ,67 2,68 2, ,65 2,69 2, ,67 2,692 2, ,659 2,69 2, ,665 2,686 2, ,68 2,71 2, ,66 2,69 2, ,678 2,684 2, ,66 2,69 2, ,663 2,677 2, ,67 2,69 2, ,66 2,69 2, ,669 2,689 2, ,67 2,69 2, ,66 2, ,66 2,69 2, ,65 2,68 2, ,69 2,68 2, ,695 2,685 2, ,69 2,69 2, ,69 2,69 2, ,67 2,69 2, ,66 2,68 2, ,68 2,68 2, ,69 2,69 2, ,68 2,68 2, ,7 2,7 2, ,69 2,68 2, ,66 2,68 2, ,66 2,7 2, ,69 2,69 2, ,69 2,66 2, ,69 2,68 2, ,69 2,66 2, ,68 2,67 2, ,66 2,68 2, ,69 2,69 2, ,71 2,69 2, ,69 2,69 2, ,66 2,69 2, ,66 2,69 2, ,66 2,69 2, ,664 2,68 2, ,66 2,68 2, ,66 2,68 2, ,66 2,69 2, ,69 2,69 2, ,7 2,69 2, ,67 2,68 2,76 40 VTI notat

43 Bilaga 3. Kulkvarn Här redovisas samtliga deltagande laboratoriers resultat för kulkvarn i Figur 24 och Tabell 11 Förklaring till Tabell 11: rött: lika eller utanför mv ± 2s, gult: lika eller utanför mv ± s, grönt: mv ± 0,2; vitt mellan medel och en standardavvikelse. Inga laboratorier är nära medelvärdet på alla tre analysmaterialen (gröna i tabellen nedan). Två gröna och en vit (som också är rätt bra ) har: 31, 33-2 och Kulkvarn Mtrl 1 Mtrl 2 Mtrl 3 (1) mv+2s (1) mv+s (1) mv (1) mv-s (1) mv-2s (2) mv+2s (2) mv+s (2) mv (2) mv-s (2) mv-2s (3) mv+2s (3) mv+s (3) mv (3) mv-s (3) mv-2s Figur 24 Samtliga resultat för kulkvarn VTI notat

44 Tabell 11 Samtliga resultat för kulkvarn Material Max 5,5 14,6 27,4 Medel + s 4,9 13,5 24,5 Medel 4,4 12,8 23,5 Medel - s 3,9 12,1 22,5 Min 3,25 11,1 21,6 stdav 0,52 0,72 1,00 dav/medel 12% 6% 4% Antal Lab nr Resultat kulkvarn ,2 23,3 2 4,9 11,5 23, ,2 12,8 22,5 5 5,1 12,3 22,8 6 4,9 12,2 23,6 7 5,1 12, ,5 12,9 24,3 9 3,9 13, ,5 12,1 22, ,1 13,1 14 4,1 12,8 23,8 15 4,3 14,6 23,3 16 3,25 13,24 23, , ,9 12,5 22,6 20 4,3 13,2 25,5 21 4,6 13,2 23,2 22 3,9 12,2 24,2 23 4,1 14,1 24,6 24 4,1 12,9 24,7 25 4,1 12, ,22 13, ,3 13,3 24, ,6 12,5 23,5 32 4,45 11,1 23,6 33 5,2 13,7 22, ,3 12,8 24,2 34 3,95 12,5 23, ,9 11,6 22,5 36 5,3 13,5 24,7 37 5,1 13,9 27,4 38 5,1 13,4 24, ,2 13,3 23,8 40 4,4 12, ,2 13,1 24,2 42 4,1 11,5 21,6 43 3,95 11,25 24, ,3 12, ,8 11,6 22, , ,8 49 5, ,7 50 4,6 12,5 21, ,6 22,4 52 3, ,1 12, ,3 22, ,3 22,9 56 4,2 12, ,2 13,4 23,3 58 3,9 13, , , ,9 12,9 24,5 42 VTI notat

45 Bilaga 4. Materialens beroende av varann För att kontrollera systematiska fel har materialens beroende av varann studerats i Figur 25 (flisighetsindex), Figur 26 (korndensitet) och Figur 27 (kulkvarn). Generellt kan inga systematiska fel noteras. Förklaring (för Figur 25, Figur 26 och Figur 27): Blått: Material 2 som funktion av material 1; Mtrl 2(1). Dvs. värden för material 2 på y-axeln och material 1 på x-axeln. Orange: Material 3 som funktion av material 2; Mtrl 3(2). Dvs. värden för material 3 på y-axeln och material 2 på x-axeln. Grått: Material 1 som funktion av material 3; Mtrl 1(3). Dvs. värden för material 1 på y-axeln och material 3 på x-axeln. Flisighetsindex Mtrl 2(1) 30 Mtrl 3(2) Mtrl 1(3) Figur 25 Materialens beroende av varann för flisighetsindex. VTI notat

46 Korndensitet 2,8 Mtrl 2(1) 2,78 Mtrl 2(1) 2,76 Mtrl 1(3) 2,74 2,72 2,7 2,68 2,66 2,64 2,64 2,66 2,68 2,7 2,72 2,74 2,76 2,78 2,8 Figur 26 Materialens beroende av varann för korndensitet. 44 VTI notat

47 Kulkvarn 30 Mtrl 2(1) 25 Mtrl 3(2) 20 Mtrl 1(3) Figur 27 Materialens beroende av varann för kulkvarn. VTI notat

48 VTI, Statens väg- och transportforskningsinstitut, är ett oberoende och internationellt framstående forskningsinstitut inom transportsektorn. Huvuduppgiften är att bedriva forskning och utveckling kring infrastruktur, trafik och transporter. Kvalitetssystemet och miljöledningssystemet är ISO-certifierat enligt ISO 9001 respektive Vissa provningsmetoder är dessutom ackrediterade av Swedac. VTI har omkring 200 medarbetare och finns i Linköping (huvudkontor), Stockholm, Göteborg, Borlänge och Lund. The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI), is an independent and internationally prominent research institute in the transport sector. Its principal task is to conduct research and development related to infrastructure, traffic and transport. The institute holds the quality management systems certificate ISO 9001 and the environmental management systems certificate ISO Some of its test methods are also certified by Swedac. VTI has about 200 employees and is located in Linköping (head office), Stockholm, Gothenburg, Borlänge and Lund. HEAD OFFICE LINKÖPING SE Linköping PHONE +46 (0) STOCKHOLM Box SE STOCKHOLM PHONE +46 (0) GOTHENBURG Box 8072 SE GOTHENBURG PHONE +46 (0) BORLÄNGE Box 920 SE BORLÄNGE PHONE +46 (0) LUND Medicon Village AB SE LUND PHONE +46 (0)