Kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast enligt nya Europastandarder

Transkript

1 VTI notat Utgivningsår 05 Kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast enligt nya Europastandarder Leif Viman Henrik Broms

2

3 Förord Studien har utförts av VTI på uppdrag av Vägverket HK. Kontaktperson har Pereric Westergren varit. Laboratorieanalyserna har utförts av Andreas Waldemarsson, VTI. Projektet har bedrivits tillsammans med konsulten Henrik Broms. Provmaterialen har tillhandahållits av NCC Roads. Linköping juni 05 Leif Viman Projektledare VTI notat 37-04

4 VTI notat 37-04

5 Innehållsförteckning Sid 1 Syfte och omfattning 5 2 Bakgrunden till nya Europastandarder för ballast 6 3 Bestämning av kornform Definition av flisighetsparametrar Samband mellan flisighetsparametrar Jämförbara kravnivåer för flisighet i ATB VÄG Jämförelse av olika krav på flisighetsindex 12 4 Bestämning av motstånd mot fragmentering (krossning) Principiell jämförelse mellan metoderna Samband mellan Los Angelesvärde och sprödhetstal Jämförbara kravnivåer för motstånd mot fragmentering i ATB VÄG 15 5 Bestämning av motstånd mot nötning Samband mellan micro-devalvärde och kulkvarnsvärde Jämförbara kravnivåer för nötningsmotstånd i ATB VÄG 18 6 Franska krav på mekaniska egenskaper hos grov ballast till vägar 6.1 Jämförelse mellan franska krav och kraven i ATB VÄG Tillgång på bra ballastmaterial för vägar i Göteborgs- och Stockholmsregionerna 24 8 Mekanisk provning på olika fraktioner av grov ballast Kulkvarnsmetoden Los Angelesmetoden Micro-Devalmetoden Kommentar 28 9 Referenser 29 Bilaga 1 Bilaga 2 Bilaga 3 Kornform. Sammanställning av resultat Micro-Deval och Los Angelesprovning på olika fraktioner (VTI 04) Europastandarder för provning av ballast VTI notat 37-04

6 VTI notat 37-04

7 1 Syfte och omfattning Detta projekt behandlar nya Europastandarder för provning av kornform och mekaniska egenskaper hos grov ballast. Följande europastandarder har studerats: Bestämning av kornform med flisighetsindex (SS-EN 933-3) Bestämning av motstånd mot fragmentering (krossning) med Los Angelesprovning (SS-EN 97-2) Bestämning av motstånd mot nötning med micro-devalprovning (SS-EN 97-1) Bestämning av motstånd mot nötning från dubbdäck (Nordiska metoden) (SS-EN 97-9). Projektet består av flera delprojekt med följande syften: Att studera sambandet mellan SS-EN (flisighetsindex) och den tidigare gällande provningsmetoden i ATB VÄG för denna egenskap (FAS Metod 9 -flisighetstal) och att jämföra kravnivåerna för ballast till olika överbyggnadsmaterial i ATB VÄG 03 och 04. I detta delprojekt har 8 olika ballastmaterial provats, men resultaten från tidigare undersökningar vid VTI 1995 (Höbeda, Chytla & Viman) och 1996 (Höbeda & Chytla) har också studerats. Att ersätta flisighetstalet med en kornsformsparameter som medger att andelen kubiska korn hos ett ballastmaterial kan bestämmas. I detta delprojekt föreslås en ny parameter, kubicitetsindex, för bestämning av denna egenskap. Att studera sambandet mellan SS-EN 97-2 (Los Angelesmetoden och den tidigare gällande provningsmetoden i ATB VÄG för denna egenskap (FAS Metod 2 sprödhetstal). I detta delprojekt har resultat från en omfattande SBUF-undersökning (Ref 3) analyserats. Att jämföra de mekaniska kraven på grov ballast till vägar i ATB VÄG 04 med motsvarande franska krav (No Janvier, 05). I Frankrike har man lång erfarenhet av micro-deval- och Los Angelesprovning. Att belysa tillgången på bra ballast för vägar i Stockholms- och Göteborgsregionerna med hjälp av SGUs bergkvalitetskartor (SGU, ). Att jämföra resultaten från micro-deval- och Los Angelesprovning på olika fraktioner. Normalt provas på fraktion 14 mm, men fraktionerna 811,2 mm och 11,216 mm är bättre anpassade till de vanligaste svenska beläggningstyperna. I detta delprojekt har 4 olika ballastmaterial provats. Dessutom har resultaten från tre undersökningar av kulkvarnsprovning på fraktion 811,2 mm och 11,216 mm sammanställts (Jacobson, 1996; Persson, 02; Johansson, 1996). VTI notat

8 2 Bakgrunden till nya Europastandarder för ballast EG:s byggproduktdirektiv av år 1989 syftar till att säkerställa fri rörlighet av alla byggprodukter inom EU genom harmonisering av den nationella lagstiftningen om väsentliga krav på byggprodukter. De väsentliga kraven är: 1. Bärförmåga, stadga och beständighet 2. Brandskydd 3. Hygien, hälsa och miljö 4. Säkerhet vid användning 5. Bullerskydd 6. Energihushållning. EU-kommissionen har givit det europeiska standardiseringsorganet CEN (Comité Européen de Normalisation) mandat att utforma de tekniska specifikationerna eller produktstandarderna för olika byggprodukter och däribland ballast. Produktstandarderna är s.k. harmoniserade standarder, i vilka en bilaga ZA definierar de krav som följer av byggproduktdirektivet. En ballastprodukt som uppfyller kraven i bilaga ZA för en viss användning får ett CE-märke, där CE står för Conformité Européenne. CE-märket är dock ingen kvalitetsstämpel utan bara ett bevis på att produkten uppfyller de väsentliga kraven enligt ovan och att den därmed kan röra sig fritt på marknaden. Att en ballastprodukt överensstämmer med de tekniska kraven kan bestyrkas på två olika sätt (system 2+ och system 4). System 4 baseras på producentens egenkontroll, varvid producenten intygar själv överensstämmelse med angivna krav. System 2+ är avsett för ballast vid användningsområden med höga säkerhetskrav och innebär att ett s.k. anmält organ certifierar produktionskontrollen och utfärdar ett intyg och sedan fortlöpande övervakar produktionskontrollen. SWEDAC utser anmälda organ i Sverige. Nordcert och VUC är exempel på sådana organ. I juni 04 infördes CE-märkning som enda möjliga grund för att visa att en ballastprodukt är en bestyrkt produkt. I Sverige har Boverket beslutat att ballast till asfaltbeläggningar, ballast till obundna bärlager till belagda vägar och Banverkets makadamballast klass I skall bestyrkas enligt system 2+, medan övriga ballastprodukter får bestyrkas enligt system 4. Enligt EU:s upphandlingsdirektiv av år 1993 skall vid offentlig upphandling den tekniska beskrivningen utgå från gällande europeiska produktstandarder. För vägmaterial är följande produktstandarder aktuella: SS-EN 143 Ballast för asfaltmassor och tankbeläggningar för vägar, flygfält och andra trafikerade ytor. SS-EN Ballast för obundna och hydrauliskt bundna material till väg- och anläggningsbyggande SS-EN Obundna överbyggnadsmaterial -Specifikationer För bestämning av egenskaperna i produktstandarderna har ett -tal provningsstandarder utarbetats. En förteckning över dessa europastandarder ges i bilaga 3. 6 VTI notat 37-04

9 3 Bestämning av kornform Kornformen hos ballast med grövre ( 5,6 mm) korn har i Sverige bestämts med flisighetstalet enligt FAS Metod 9 eller med LT-index enligt FAS Metod 244. I ATB VÄG 03 anges kravnivåer på största tillåtet flisighetstal för ballast till olika typer av asfaltbeläggningar. Europaharmoniseringen innebär att kornformen hos grov ballast skall bestämmas med flisighetsindex (SS-EN 933-3) eller LT-index (SS-EN 933-4). I ATB VÄG 04 har därför krav på flisighetsindex ersatt tidigare gällande krav på flisighetstal. 3.1 Definition av flisighetsparametrar I detta projekt har följande tre flisighetsparametrar undersökts: Flisighetsindex, FI Flisighetstal, f Kubicitetsindex, CI. Flisighetsparametrarna definieras i figur 1. Passerande mängd - % FI t m CI b m D/2 d D Kornstorlek resp tjocklek Figur 1 Allmänna definitioner av olika parametrar för bestämning av flisighet, där röd linje anger provfraktionens kornstorlek vid vanlig siktning och blå linje markerar provfraktionens tjockleksfördelning vid spaltsiktning (harpkurvan). Flisighetsindex, FI Flisighetsindex är ett mått på andelen mycket flisiga korn och definieras för en provfraktion d-d av den mängd i vikt-% som passerar spaltsikten D/2. Se figur 1. Vid bestämning av flisighetsindex enligt SS-EN delas provet upp i delfraktioner med kornstorlekskvoten D/d = 2 1/3 1,26 (t.ex. delfraktionerna 8 mm, 12,5 mm och 12,516 mm). Varje delfraktion harpsiktas på spaltsikten D/2 och passerande mängd vid denna spaltsikt är delfraktionens flisighetsindex. Detta flisighetsindex ger ett mått på andelen korn med flisighet större än ca 1,6. För en sortering, t.ex. 8/16, mm utgör flisighetsindex det viktade medelvärdet av de ingående delfraktionernas flisighetsindex. För en CE-märkt sortering skall VTI notat

10 bara det sammanvägda flisighetsindexet deklareras, men enligt SS-EN kan också de ingående delfraktionernas flisighetsindex rapporteras. Reproducerbarheten anges i SS-EN till R=5 för värden på det sammanvägda flisighetsindexet mellan 8 och. Vid CENs ringanalys 1996 (Ref 8) redovisades följande samband: R = 1,0 + 0,23 FI (tre FI-nivåer 9, 29 och 51) Vid VTIs ringanalys 04 erhölls för flisighetsindex på nivån 7 reproducerbarheten R 2,0 vilket överensstämmer väl med CEN:s ringanalys. Flisightetstal, f Flisighetstalet är ett mått på medianflisigheten hos en given provfraktion (d-d) och definieras av uttrycket f = b 50 /t 50 där b 50 = medianbredden enligt figur 1; t 50 = mediantjockleken enligt figur 1. Flisighetstalet enligt FAS Metod 9 kan bestämmas på fraktionerna 5,68 mm, 811,2 mm och 11,216 mm. Provfraktionens kornstorlekskvot D/d är alltså ca 1,4. Vid VTI:s ringanalys 1998 erhölls för flisighetstal på nivån 1, reproducerbarheten R=0,07. Kubicitetsindex, CI Kubicitetsindex är ett mått på andelen kubiska korn och definieras för en provfraktion d/d av den mängd i vikt-% som ligger kvar på spaltsikten d. Se figur 1. Vid bestämning av kubicitetsindex i denna undersökning (VTI 04) har provfraktionens kornstorlekskvot varit D/d = 2 1/3 1,26. Detta kubicitetsindex ger ett mått på andelen korn med flisighet mindre än 1,. Kubicitetsindex är en ny flisighetsparameter som introduceras i denna undersökning (VTI 04). Tanken är att ett max krav på kubicitetsindex skall ersätta det tidigare kravet i ATB VÄG på ett minsta flisighetstal av 1,. Det finns i dag ingen provningsstandard för bestämning av kubicitetsindex. 3.2 Samband mellan flisighetsparametrar Undersökning vid VTI 1995 och 1996 Sambandet mellan flisighetsindex och flisighetstal har tidigare studerats vid VTI 1995 (Höbeda, Chytla & Viman) och 1996 (Höbeda & Chytla). Undersökningen 1995 omfattade 7 ballasttyper (sortering 8/16). Undersökningen 1996 omfattade tre ballasttyper och ingick i en europeisk ringanalys, initierad av CEN-kommittén TC 154/SC 6 Aggregate/Test methods (Mishellany, Collins, Ballman & Sym, 1996). Resultaten har sammanställts i bilaga 1. 8 VTI notat 37-04

11 Flisighetstalet bestämdes enligt FAS Metod 9 och flisighetsindex enligt SS-EN Bestämningen av flisighetsindex avvek dock från SS-EN på några punkter. 1. Vid framsiktning av provfraktionerna användes vanliga trådsiktar i stället för stansade siktar 2. Spaltsiktarnas ribbtjocklek var 2,83,8 mm. I SS-EN anges att tjockleken skall vara 515 mm. Undersökning vid VTI 04 Vid denna undersökning studerades 8 olika ballasttyper, uttagna från upplag med sortering 816 mm vid olika krossanläggningar i produktion. Förutom flisighetsindex enligt SS-EN och flisighetstal enligt FAS Metod 9 bestämdes även kubicitetsindex. Korrigering för provfraktioner med olika kornstorlekskvot Flisigheten hos kornen i en ballastsortering varierar mer eller mindre med kornstorleken. Jämförbara FI, CI- och f-värden bör därför avse samma provfraktion. Vid dessa undersökningar har jämförbara FI-värden beräknats för provfraktionerna 811,2 mm och 11,216 mm på följande sätt: För provfraktion 811,2 mm har ett sammanvägt flisighetsindex beräknats genom proportionering av 67 % av FI-värdet för den dominerande fraktionen 8 mm och 33 % av FI-värdet för fraktionen 12,5 mm. På motsvarande sätt har ett sammanvägt flisighetsindex beräknats för provfraktion 11,216 mm (5,68 mm) genom proportionering av 37 % av FI-värdet för delfraktion 12,5 mm (5,66,3 mm) och 63 % av FI-värdet för delfraktion 12,516 mm (6,38 mm). CI-värdena har korrigerats på motsvarande sätt. Resultat Resultaten från alla tre undersökningarna redovisas i bilaga 1. Flisighetsindex, FI 50 VTI 1995 VTI 1996 VTI ,2 1,4 1,6 1,8 Flisighetstal, f Figur 2 Samband mellan flisighetsindex och flisighetstal enligt data från VTIundersökningarna 1995, 1996 och 04. VTI notat

12 I figur 2 visas sambandet mellan flisighetsindex och flisighetstal. Dessutom har den teoretiskt beräknade datapunkten (f =1,78 och FI = 50) lagts in i diagrammet. Spridningen hos data från undersökningen 1995 är stor. Dessa data baseras emellertid på flera ballastprov som manipulerats på laboratoriet genom harpsiktning och kubisering. Flisigheten hos dessa prov avspeglar därmed inte den flisighet som kan förväntas vid verklig produktion. I figur 3 har ett linjärt regressionssamband beräknas ur data från undersökningarna 1995 och Spridningen minskar avsevärt. Detta regressionssamband mellan FI och f har använts för beräkning av jämförbara kravnivåer i ATB VÄG. VTI 1996 (CEN) och VTI 04 Provfraktioner 8-11,2 och 11,2-16 mm 50 Flisighetsindex, FI FI = 88,8 f - 8,9 Teoretisk punkt 0 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Flisighetstal, f Figur 3 Samband mellan flisighetsindex och flisighetstal enligt resultat från VTI-undersökningarna 1996 och 04. Samband mellan kubicitetsindex och flisighetstal Kubicitetsindex har bara bestämts vid undersökningen 04. Resultaten visas i figur 4. Dessutom har den teoretiskt beräknade datapunkten (f =1,12 och CI =50) lagts in i diagrammet. VTI notat 37-04

13 VTI 04 Kubicitetsindex, CI 50 CI = 28,5 Teoretisk punkt f = 1, CI = 87 f - 5, ,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Flisighetstal, f Figur 4 Samband mellan kubicitetsindex och flisighetstal enligt resultat från VTI- undersökningen Jämförbara kravnivåer för flisighet i ATB VÄG Vägverket har i ATB VÄG 03 och tidigare utgåvor angett krav gällande både största tillåtet flisighetstal och minsta tillåtet flisighetstal. Kravet på ett största tillåtet flisighetstal måste 04 ersättas med ett motsvarande krav på ett största tillåtet FI-värde. Krav på ett minsta tillåtet flisighetstal kan däremot inte ställas. Därför föreslås i denna utredning att detta krav på ett minsta tillåtet flisighetstal ersätts med ett motsvarande krav på kubicitetsindex. Flisighetsindex I produktstandarderna för asfaltballast och obunden ballast kan krav ställas på flisighetsindex enligt tabell 1. Tabell 1 Möjliga kravnivåer på flisighetsindex i två produktstandarder för ballast. SS-EN 143 SS-EN Ballast till asfalt Obunden ballast I tabell 2 har kravnivåerna på flisighetstalet i ATB Väg 03 omräknats till motsvarande FI-värden på basis av regressionssambandet i figur 3. Dessutom har motsvarande FI-kategorier enligt SS-EN 143 angetts. Då en kravnivå för VTI notat

14 flisighetstalet ger ett jämförbart FI-värde som inte överensstämmer med en given kategorigräns för FI, har närmast övre och undre kategorigräns för FI angetts. Valet av kategorigräns bör baseras på en bedömning av osäkerheten hos sambandet mellan flisighetsparametrarna (begränsat underlag!) metodernas relevans för beläggningens funktion (har metoderna olika relevans?) metodernas precision (är reproducerbarheten hos metoderna olika?) inverkan av ökade flisighetskrav på produktionskostnaden. Tabell 2 Jämförbara värden mellan flisighetsíndex och flisighetstal. Största tillåtet flisighetstal enligt ATB VÄG 03 Motsvarande flisighetsindex enligt FI m = 88,8f-8,9 Motsvarande FI-kategori enligt SS-EN 143 1,35 1, 1,45 1,50 1,55 11,0 15,4 19,9 24,3 28,7 eller eller eller Kubicitetsindex Enligt regressionssambandet mellan kubicitetsindex och flisighetstal i figur 4 motsvaras ett minsta tillåtet flisighetstal på 1, av ett kubicitetsindex på ca Jämförelse av olika krav på flisighetsindex I Frankrike, där tillåten last på en enkelaxel är 13 ton (i Sverige ton), har kornformen under lång tid bestämts enligt SS-EN (flisighetsindex) (No Janvier, 05). För ballast till några vanligen förekommande svenska beläggningstyper redovisas i tabell 3 de franska kraven tillsammans med kraven i ATB VÄG 03 och 04. Tabell 3 Jämförelse av olika krav på flisighetsindex. Beläggningstyp Största tillåtet flisighetstal ATB VÄG 03 Motsvarande FI-kategori enligt tabell 2 ATB VÄG 04 Franska krav ABT ABS ABD AG Y1B Y2B IM 1,; 1,45; 1,50 1,; 1,45 1,; 1,45 1,45; 1,50 1,35; 1,; 1,45 1,45; 1,50 1,45 15; ; /; 15; 15; ; / /15; 15; ; / 15; 15; 15; 15; ; Av tabell 3 framgår att differentieringen av kornformskraven i ATB VÄG 04 har minskats med en kategori jämfört med ATB VÄG 03 utom för 12 VTI notat 37-04

15 beläggningstyperna ABS, ABD och IM. Jämfört med de franska kraven är kraven i ATB VÄG 04 en FI-kategori strängare för typerna ABT och AG. För typerna ABD och Y1B överensstämmer kraven nästan med varandra. I Frankrike tillämpas bara FI-kategori 15 på pågrus med D 8 mm. 4 Bestämning av motstånd mot fragmentering (krossning) Motståndet mot krossning hos ballast med grövre ( 5,6 mm) ballastkorn har i Sverige bestämts med sprödhetstalet enligt FAS Metod 2 (fallhammarprovning). I ATB VÄG 03 anges kravnivåer för sprödhetstal för ballast till olika typer av asfaltbeläggningar. Europaharmoniseringen innebär att motståndet mot krossning hos grov ballast skall bestämmas med Los Angelesprovning enligt SS-EN I ATB VÄG 04 har därför krav på Los Angelesvärde ersatt tidigare gällande krav på sprödhetstal. 4.1 Principiell jämförelse mellan metoderna I tabell 4 redovisas provningskarakteristika för de båda fragmenteringsmetoderna. Tabell 4 Jämförelse mellan provningsmetoderna för fragmentering. Metod SS-EN 97-2 (Los Angelesvärde, LA) Analysprov, kg 5 Provfraktion, d-d mm 14 Provningsprincip Kornen krossas av stålkulor i en roterande trumma med lyftbalk. Inverkan av kornform Ringa vid normal flisighet hos provet. Belastning 11 stålkulor á 4,5 kg Provningstid, min 15 Utvärderingssikt, mm 1,6 Reproducerbarhet R = 0,17 LA (Bilaga D i standarden) FAS Metod 9 (sprödhetstal, s) 0,5 5,68; 811,2; 11,216 Provet, placerat i en stålmortel med en över liggande stålstämpel, krossas genom att en fallhammare slår på stålstämpeln. Stor en ökning av flisighetstalet från 1, till 1, ökar sprödhetstalet med ca 7 enheter. 14 kg fallvikt 1 d (undre fraktiongräns) R=0,19 s (Beräknat ur Ref 6) Vid Los Angelesprovning utsätts i princip varje korn i analysprovet för likartad belastning. Vid fallhammarprovning krossas däremot kornen i provet olika mycket beroende på deras läge i morteln. Kornen i botten på morteln krossas i mindre grad. Ju sprödare ballastprovet är desto mer finmaterial bildas som skyddar omgivande ballastkorn, dvs. krossningseffekten avtar med ökande sprödhet hos provet. Vid Los Angelesprovning sker utvärderingen vid 1,6 mm-sikten där analysprovets krosskurva är ganska flack. Vid fallhammarprovningen sker VTI notat

16 däremot utvärderingen vid d-sikten, där krosskurvan är betydligt brantare med större osäkerhet som följd. Om sprödhetstalet hade bestämts vid samma sikt som LA-värdet, dvs. 1,6 mm-sikten, skulle sambandet blivit betydligt bättre. Vid Stenlids undersökning 1996 (Stenlid, 1996) ökade förklaringsgraden R 2 från 0,71 till 0,92 (fraktion 811,2 mm). Reproducerbarheten hos Los Angelesmetoden är något bättre än reproducerbarheten hos fallhammarmetoden enligt tabell 4. Los Angelesvärdet påverkas också betydligt mindre av flisigheten än sprödhetstalet. 4.2 Samband mellan Los Angelesvärde och sprödhetstal Lars Stenlid utförde 1996 en omfattande undersökning av 51 olika ballasttyper, där bl.a. Los Angelesvärdet på fraktion 14 mm och sprödhetstalet på fraktionerna 811,2 mm och 11,216 mm bestämdes. Proverna bereddes genom framsiktning ur producerade sorteringar eller genom laboratoriekrossning av losstagna bergstycken. Provfraktionerna sammansattes så att en likartad harpkurva erhölls inom provfraktionerna och så att flisighetstalet blev drygt 1,3. Flisighetstalet för 3-stegskrossade sorteringar i Sverige ligger normalt mellan 1, och 1,35. Resultaten har sammanställts i figur 5 och 6. Los Angelesvärde -14 mm LA = 0,76s - 13,4 R 2 = 0, Sprödhetstal 11,2-16 mm Figur 5 Samband mellan LA-värde och sprödhetstal för fraktion 11,216 mm. 14 VTI notat 37-04

17 Los Angelesvärde -14 mm LA = 0,86s - 15,9 R 2 = 0, Sprödhetstal 8-11,2 mm Figur 6 Samband mellan LA-värde och sprödhetstal för fraktion 811,2 mm. 4.3 Jämförbara kravnivåer för motstånd mot fragmentering i ATB VÄG Vägverket har i ATB VÄG 03 och tidigare utgåvor angett krav på största tillåtet sprödhetstal. I ATB VÄG 03 kap F för bitumenbundna lager anges bara två kravnivåer för sprödhetstalet, 45 och 50, där sprödhetstalet 45 skall tillämpas på beläggningstyperna ABS och ABD, utsatta för mycket stark trafik. Dessa krav på sprödhetstalet måste 04 ersättas med motsvarande krav på Los Angelesvärdet. I produktstandarderna för asfaltballast och obunden ballast kan krav ställas på Los Angelesvärdet enligt tabell 5. Tabell 5 Möjliga kravnivåer på Los Angelesvärde i två produktstandarder för ballast. SS-EN 143 Ballast till asfalt SS-EN Obunden ballast I tabell 6 har de båda sprödhetstalen 45 och 50 omräknats till motsvarande LAvärden på basis av de båda regressionssambanden i figur 5 och 6. Då en kravnivå för sprödhetstalet ger ett jämförbart LA-värde som inte överensstämmer med en given kategorigräns för LA, har närmast övre och undre kategorigräns angetts. VTI notat

18 Tabell 6 Jämförbara kravnivåer för LA-värden. Största tillåtet sprödhetstal (= s) i ATB VÄG 03 Provfraktion (mm) Motsvarande LA-värde enligt LA m = 0,86s-15,9 LA m = 0,76s-13,4 Motsvarande LAkategorier enligt SS-EN 143 och SS-EN ,2 11, ,2 11,216 22,8,8 27,1 24,6 eller eller eller Valet av kategorigräns bör baseras på en bedömning av den stora osäkerheten hos sambandet mellan hållfasthetsparametrarna metodernas relevans för beläggningens funktion (har metoderna olika relevans?) metodernas precision (är reproducerbarheten hos metoderna olika?) inverkan av ökade hållfasthetskrav på produktionskostnaden tillgången på bra ballastmaterial. 4.4 Jämförelse av kraven på krossningsmotstånd i ATB VÄG 03 och 04 I tabell 7 och 8 jämförs kraven på krossningsmotstånd i ATB VÄG 03 (omräknade sprödhetstalskrav enligt tabell 6) med kraven i ATB VÄG 04 för olika överbyggnadslager. I ATB VÄG 04 har nya krav på Los Angelesvärdet införts på obundet bärlager till belagda vägar. För förstärkningslager saknas fortfarande krav på krossningsmotstånd i ATB VÄG. Tabell 7 LA-krav på ballast till olika överbyggnadslager för belagda vägar jämförelse mellan kraven i ATB VÄG 03 och 04. ÅDT k, tung < > 00 ATB VÄG 03 / / / / AG Obundet bärlager Förstärkningslager ATB VÄG 04 ATB VÄG 03 ATB VÄG 04 ATB VÄG 03 ATB VÄG VTI notat 37-04

19 Tabell 8 LA-krav på ballast till asfaltslitlager jämförelse mellan kraven i ATB VÄG 03 och 04. ÅDT k,just < > 7000 ATB VÄG 03 / / / / / ABT ABS ABD Y1B ATB VÄG 04 ATB VÄG 03 / / / / ATB VÄG 04 ATB VÄG 03 / / / / ATB VÄG 04 ATB VÄG 03 / / / ATB VÄG 04 5 Bestämning av motstånd mot nötning Motståndet mot nötning hos ballast med grövre ( 8 mm) ballastkorn har i Sverige bestämts med kulkvarnsmetoden enligt FAS Metod 9. I ATB VÄG 03 anges kravnivåer på största tillåtet kulkvarnsvärde för ballast till olika typer av bitumenbundna och obundna överbyggnadslager. Europaharmoniseringen innebär att motståndet mot nötning hos grov ballast skall bestämmas med micro-devalmetoden (SS-EN 97-1) utom vid bestämning av motståndet mot dubbdäckens nötning hos ballast till slitlager, då den nordiska kulkvarnsmetoden (SS-EN 97-9) skall tillämpas. SS-EN 97-9 är identisk med FAS Metod 9. I ATB VÄG 04 har därför krav på micro-devalvärde ersatt tidigare gällande krav på kulkvarnsvärde för alla typer av överbyggnadslager utom för slitlager. Micro-Devalmetoden och den nordiska kulkvarnsmetoden baseras på samma provningsprincip. Ballastkorn och stålkulor med ungefär samma storlek som ballastkornen får rotera i en ståltrumma i vått tillstånd. Efter provningen bestäms bortnött material vid 1,6 mm resp. 2,0 mm-sikten. En viktig skillnad mellan metoderna är att kulkvarnsmetodens trumma utrustats med tre ribbor för att nötningen och omblandningen av analysprovet skall bli effektivare. Reproducerbarheten, R, har bestämts för Micro-Devalmetoden i CENs regi i mitten på 1990-talet (Mishellany, Collins, Ballman & Sym, 1996) och för kulkvarnsmetoden vid en svensk ringanalys 1994 (Schouenborg & Viman, 1994:21). Reproducerbarheten för de båda metoderna blev densamma eller R = 0,3 + 0,14, där = MD eller A N VTI notat

20 5.1 Samband mellan micro-devalvärde och kulkvarnsvärde Micro-Devalvärde, M DE ,2 MD m = 0,34A N R 2 = 0, Kulkvarnsvärde, A N Figur 7 Samband mellan MD-värden för fraktion 14 mm och A N -värden för fraktion 11,216 mm enligt Stenlid (Ref 4). Stenlid utförde 02 en kompletterande micro-devalprovning av de 51 ballasttyperna som ingick i undersökningen Resultaten redovisas i figur 7. Sambandet är som väntat starkt men spridningen kring regressionslinjen är ändå förvånansvärt stor. A N -värdena blir på grund av den effektivare nötningen något större än MD-värdena men effekten avtar med minskande nötningsmotstånd. Regressionssambandet i figur 7 bör därför vara konkavt uppåt och utgå från origo. Det linjära regressionssambandet har likvärdig förklaringsgrad (R 2 = 0,95). 5.2 Jämförbara kravnivåer för nötningsmotstånd i ATB VÄG I ATB VÄG 03 och tidigare utgåvor har krav angivits på största tillåtet kulkvarnsvärde för ballast till olika överbyggnadslager. Dessa maximikrav på kulkvarnsvärdet måste 04 ersättas med motsvarande krav på micro- Devalvärdet. För grusslitlager har dessutom angivits ett minsta tillåtet kulkvarnsvärde på grund av risken för rullgrus. Ett motsvarande minimikrav på MD-värdet kan man inte ställa i produktstandarden för obunden ballast SS-EN I produktstandarderna för asfaltballast och obunden ballast kan maximikrav ställas på micro-devalvärdet enligt tabell VTI notat 37-04

21 Tabell 9 Möjliga kravnivåer för största tillåtna micro-devalvärden i två produktstandarder för ballast. SS-EN 143 Ballast till asfalt SS-EN Obunden ballast I tabell har jämförbara MD- och A N -värden beräknats på basis av regressionssambandet i figur 7. Dessutom redovisas jämförbara kravvärden enligt ATB VÄG 03, kap E (obundna överbyggnadslager). Tabell Jämförbara micro-deval- och kulkvarnsvärden. A N Motsvarande MD-värde enligt ATB VÄG 03 Kap E MD m =0,34A N 1,24 MD-kategori enligt SS-EN SS-EN ,8 5,9 6,6 9,0 13,1 23,1 29, VTI notat

22 6 Franska krav på mekaniska egenskaper hos grov ballast till vägar 35 Micro-Devalvärde 15 5 A: PSV > 56 B: PSV > 50 C D E Los Angelesvärde Figur 8 Klassificering av grov ballast för vägar i Frankrike. I Frankrike, där både Los Angeles- och micro-devalmetoden använts under lång tid, har man infört fem kvalitetsklasser AE som baseras på båda dessa metoder. Se figur 8 och tabell 11. För ballast till asfaltslitlager (kvalitetsklass A och B) gäller också krav på poleringsmotstånd (poleringsvärde, PSV). På grund av det milda vinterklimatet i Frankrike används sällan dubbdäck. Kraven på nötningsmotstånd hos ballast till slitlager är också betydligt liberalare i Frankrike. Klassningen utgår från kategorigränserna i produktstandarderna, men man har dessutom infört en regional tilläggsbestämmelse som medger att kategorigränserna enligt produktstandarderna i kolumn 2 och 3 i tabell 11 får överskridas med maximalt 5 enheter, om summan av MD- och LA-värdena är mindre än det angivna värdet i kolumn 4. Ett ballastmaterial med något för hög sprödhet (LA-värdet för högt) får alltså användas, om dess MD-värde är motsvarande bättre än det största tillåtna MD-värdet. Tabell 11 Klassificering av grov ballast för vägar i Frankrike. Kvalitetsklass MD LA MD+LA PSV A B C D E I ett nyligen publicerat vägledningsdokument (Ref 14) ges exempel på tillämpning enligt tabell 12. Som tungt fordon räknas ett fordon med bruttovikt större än 3,5 ton, dvs. samma definition som anges i ATB VÄG. Största tillåten last på en enkelaxel är 13 ton i Frankrike och ton i Sverige VTI notat 37-04

23 Tabell 12 Franska krav på ballast till olika överbyggnadslager. Trafikklass ÅDT k, tung 1) < >2 000 Fransk beläggningstyp motsvarande Obundna lager ABT ABD AG Y1B Bärlager Förstärkningslager C B D C E E C B D C D E C B D B C D B B D B C B B D B C B B C B B C 1) Ett tungt fordon har bruttovikt större än 3,5 ton. 6.1 Jämförelse mellan franska krav och kraven i ATB VÄG 04 I figur 914 illustreras hur kraven i ATB VÄG 04 förhåller sig till de franska kraven för olika överbyggnadslager. Förstärkningslager till belagda vägar 35 Micro-Devalvärde 15 C D E ATB VÄG 04 Ej trafikerat Trafikerat Los Angelesvärde Figur 9 Kravgränser för ballast till trafikerat förstärkningslager enligt ATB VÄG 04 och franska krav (klass C-E). VTI notat

24 Obundet bärlager till belagda vägar Micro-Devalvärde C D E Los Angelesvärde ATB VÄG 04 Ej trafikerat Trafikerat Figur Kravgränser för ballast till trafikerat obundet bärlager enligt ATB VÄG 04 och franska krav (klass CE). Ballast till trafikerad AG Micro-Devalvärde ÅDT k, tung < 750 D ATB VÄG 04 C Los Angelesvärde Figur Kravgränser för ballast till trafikerad AG enligt kraven i ATB VÄG 04 och franska krav (klass CD). 22 VTI notat 37-04

25 Ballast till slitlager - ABT 35 Micro-Devalvärde 15 A: PSV > 56 B: PSV > 50 C ÅDT k, tung < 150 ATB VÄG Los Angelesvärde Figur 11 Kravgränser för ballast till ABT enligt ATB VÄG 04 och franska krav (klass B och C). Ballast till slitlager - ABD 35 Micro-Devalvärde A: PSV > 56 B: PSV > 50 ÅDT kjust > Los Angelesvärde Figur 12 Kravgränser för ballast till ABD enligt kraven i ATB VÄG 04 och franska krav (klass A och B). VTI notat

26 Pågrus till ytbehandling Y1B 35 Micro-Devalvärde 15 B: PSV > 50 C ÅDT k, tung < 50 ATB VÄG ÅDT k, just = Los Angelesvärde Figur 13 Kravgränser för pågrus till Y1B enligt ATB VÄG 04 och franska krav (klass B och C). 7 Tillgång på bra ballastmaterial för vägar i Göteborgs- och Stockholmsregionerna SGU (Svensk Geologisk Undersökning) prospekterar Sveriges berggrund och redovisar bl.a. sina resultat på bergkvalitetskartor. De ger en översiktlig bild av den kvalitet som kan förväntas på bergmaterial i linjen inom olika områden av Sverige vid byggande av vägar och järnvägar. Framställningen av kartorna baseras på en okulär fältkontroll av de huvudsakliga bergartsenheterna. Bergproven tas ut från lossprängd sten eller friska blottningar med slägga och spett. Efter laboratoriekrossning av proven siktas provfraktioner fram för bestämning av kulkvarnsvärdet enligt SS-EN 97-9 och Los Angelesvärdet enligt SS-EN I figur 14 och 15 redovisas fördelningen av SGUs resultat från den mekaniska provningen i Göteborgs- och Stockholmsregionerna (SGU, ) i förhållande till kategorigränserna i SS-EN 143. Dessutom redovisas fördelningen för de ballastmaterial som ingick i Stenlids undersökning 1996 (Stenlid, 1996). 24 VTI notat 37-04

27 Procentandel prover Kulkvarnsvärde Göteborg (64 prov) Stockholm (226 prov) SBUF Ref 3 (51 prov) AN7 AN AN14 AN19 AN Kategorigränser enligt SS-EN 143 Figur 14 Kulkvarnsvärde. Andel prov i procent som klarar olika kategorigränser enligt SS-EN 143 enligt SGU:s och Stenlids data. Procentandel prover Los Angelesvärde Göteborg (53 prov) Stockholm (135 prov) SBUF Ref 3 (51 prov) LA LA LA LA LA50 Kategorigränser enligt SS-EN 143 Figur 15 Los Angelesvärde. Andel prov i procent som klarar olika kategorigränser enligt SS-EN 143 enligt SGU:s och Stenlids data. Av figur 14 och 15 framgår att tillgången på bra ballastmaterial är betydligt bättre i Stockholmsregionen än i Göteborgsregionen. Kvaliteten hos de utvalda ballasttyperna i Stenlids undersökning ligger ungefär mitt emellan bergkvaliteten för de två regionerna när det gäller LA-värde medan kulkvarnsvärdet tyder på både bättre och sämre material än de båda storstadsregionerna. VTI notat 37-04

28 8 Mekanisk provning på olika fraktioner av grov ballast Enligt de nya europastandarderna SS-EN 97-1 (micro-deval) och SS-EN 97-2 (Los Angeles) skall provningen ske på fraktion 14 mm. Kulkvarnsvärdet enligt SS-EN 97-9 (kulkvarnsmetoden) skall däremot bestämmas på fraktion 11,216 mm. Det är dessa värden som producenten skall deklarera. Det finns dock ett stort behov av att prova andra fraktioner, som är bättre anpassade till den ballast som ingår i asfaltbeläggningen. I Sverige utförs ofta asfaltbeläggningar med en största nominell kornstorlek på 8 eller 11 mm. För att resultaten från provning på andra fraktioner skall ligga på ungefär samma nivå som resultaten från referensprovningen, modifieras kullasten vid provningen enligt aktuell standard. Vid Los Angeles- och micro-devalprovning ändras sålunda antalet stålkulor eller den totala kullasten (oförändrad kulstorlek), medan kulstorleken ändras vid kulkvarnsprovning (oförändrad total kullast). 8.1 Kulkvarnsmetoden I FAS Metod 9 ingår en bilaga som behandlar provning på den alternativa provfraktionen 811,2 mm. Denna bilaga är planerad att ingå i SS-EN I figur 18 redovisas data från tre svenska undersökningar under 90-talet (Jacobson, 1996; Persson, 02; Johansson, 1996). Regressionssambandet har som synes ganska stor spridning. SS-EN 97-9 Kulkvarnsmetoden y = x A N (8-11,2 mm) 15 5 y = 0,93x R 2 = 0, A N (11,2-16 mm) Figur Samband mellan A N -värdena för den alternativa provfraktionen 811,2 mm och referensfraktionen 11,216 mm enligt tre undersökningar (Jacobson, 1996; Persson, 02; Johansson, 1996). 26 VTI notat 37-04

29 8.2 Los Angelesmetoden I SS-EN 97-2 (Los Angeles) finns en informativ bilaga för provning på de alternativa fraktionerna 48 mm, 6,3 mm, 811,2 mm och 11,216 mm. Vid VTI provades 04 fyra olika ballasttyper av relativt god kvalitet (LA<). Provningen utfördes på referensfraktionen 14 mm och på de alternativa fraktionerna 811,2 mm och 11,216 mm. Resultaten från provningen har sammanställts i bilaga 2 och redovisas i figur 16. Överensstämmelsen är mycket god. Los Angelesvärde , , Figur 16 Diabas Granit Naturgrus Vittrad granit Jämförelse av LA-värden för olika provfraktioner. 8.3 Micro-Devalmetoden I SS-EN 97-1 (micro-devalprovning) finns en informativ bilaga vilken kulbelastning skall användas vid provning av de alternativa provfraktionerna 46,3 mm, 6,3 mm, 811,2 mm, 11,216 mm. Vid VTI provades 04 fyra olika ballasttyper av relativt god kvalitet (MD<11). Provningen utfördes på referensfraktionen 14 mm och på de alternativa fraktionerna 811,2 mm och 11,216 mm. Resultaten från provningen har sammanställts i bilaga 2 och redovisas i figur 17. Överensstämmelsen är god, men finare provfraktionen (811,2 mm) ger genomgående något högre värden (större nötning) än den grövre (11,216 mm). VTI notat

30 12 Micro-Deval , , Figur 18 Granit Naturgrus Vittrad granit Diabas Jämförelse av LA-värden för olika provfraktioner. 8.4 Kommentar LA- och MDE-värdena för de alternativa provfraktionerna 811,2 mm och 11,216 mm korrelerar väl med referensvärdena för fraktion 14 mm. Underlaget är dock ytterst begränsat och en ökad spridning kan förväntas i linje med resultaten från kulkvarnsprovningen. 28 VTI notat 37-04

31 Referenser Höbeda, P., Chytla, J. och Viman, L: En jämförelse av flisighetstal med föreslagna europastandarder: Flakiness index och Shape index. VTI notat Höbeda, P. och Chytla, J: Samband mellan Flakiness och Shape Index samt flisighetstal: resultat från VTI:s deltagande i europeisk M & T ringanalys. VTI notat Stenlid, L: Klassificering av bergarter med Los Angeles-trumma. SBUF projekt nr 2135, Stenlid, L: Utvärdering av micro-devalmetoden. SBUF projekt nr 5002, 00. Stenlid, L: Los Angelestalets beroende av kornform på makadamballast. SBUF projekt nr 7079, 02. Svensson, C.; Eriksson, L. och Viman, L: Ringanalys 1998 Stenmaterialanalyser. VTI notat Sym, R: The proposed CEN method for the Los Angeles test: Results of the 1993/4 Cross-testing experiments. Technical Report, Contract No MAT 1 CT 93-00, Project No 134. Mishellany, A., Collins, R., Ballman, P. and Sym, R: The proposed CEN method for the determination of the Flakiness Index: Results of the 1994/5 cross-testing experiment. Testing of Industrial Products Aggregates for Construction, Contract No Mat 1-CT 93-00, Project No 134, Mishellany, A., Collins, R., Ballman, P. and Sym, R: The proposed CEN method for the micro-deval test: Results of the 1994/5 cross-testing experiment. Testing of Industrial Products Aggregates for Construction, Contract No Mat 1-CT 93-00, Project No 134, Schouenborg, B. and Viman, L: Studded Tyre Test. Precision Trials. SP Report 1994:21. Jacobson, T: Undersökning av slitlagerbeläggningars resistens mot dubbade däck. Försök i VTIs provvägsmaskin-pvm 13. VTI notat Persson, K: Bestämning av kulkvarnsvärde 5,68 mm:s stenfraktion. SBUF Projekt nr 17, 02. Johansson, Svante: Bestämning av kulkvarnsvärde på 811,2 mm:s stenfraktion. Provningen utförd på Vägverkets laboratorium i Brunflo. Brev daterat Comité francais pour les techniques routiéres: Aide au choix des granulats pour chausses basee sur les norms europeennes, Cftr info, No Janvier 05. Beskrivning till berggrundskartan och bergkvalitetskartan. Delarna Stockholm NV, NO, SV, SO och Göteborgs kommun. SGU VTI notat

32 VTI notat 37-04

33 Bilaga 1 Sid 1 (1) Kornform Sammanställning av resultat VTI 1995 Ballastprov Provfraktion 811,2 mm Provfraktion 11,216 mm f FI f FI 1 1a a 5b 6 7 1,37 1,77 1,27 1,24 1,38 1,35 1,77 1,44 1,26 1,35 22,9 45,8 5,5 5,9 19,3,0 33,9 19,8 7,8 16,0 1,34 1,62 1,16 1,22 1,34 1,31 1,52 1,49 1,28 1, 19,4 29,3 7,0 6,0 14,2 21,6 18,6 21,8 6,3,5 VTI 1996 (CEN) Prov (sortering) (4/ mm) Ballasttyp Krossad kalksten Provning vid VTI VTI VTI Provfraktion (mm) 11, ,2 4 Flisighetstal, f (FAS metod 9) 1,27 1,26 Flisighetsindex, FI (SS-EN 933-3) 6,6 7,6 7,7 Y (4/16 mm) Krossad tät vulkanit CEN (medel) VTI VTI VTI 4 811,2 5, ,54 1,56 8,8 24,4 29,2 26,9 Z (4/12,5 mm) Krossat naturgrus CEN (medel) VTI VTI 416 5,68 412,5 1,74 26,9 49,9 49,0 CEN (medel) 412,5 51,1 Prov VTI 04 Ballasttyp Antal Provfraktion (mm) krossningssteg 811,2 11,216 f FI CI f FI CI A B C D E F Vittrad granit Krossat naturgrus Granit Diabas Gnejsig granit Diorit/granodiorit , 1, 1,28 1,37 1,39 1, 6,8 6,1 5,4 13,3 15,2 15,9 23,0 21,8 22,8 17,1 17,2 14,3 1,32 1,32 1,34 1, 1,41 1,43 6,6 6,4 5,2 6,5 15,6 18,9 23,0,7 21,8 26,1,2 13,3 VTI notat 37-04

34 VTI notat 37-04

35 Bilaga 2 Sid 1 (1) Micro-Deval- och Los Angelesprovning på olika fraktioner (VTI 04) Prov Ballasttyp Fraktion (mm) M DE LA A Vittrad 14 8,8 22,6 granit 811,2 9,6 23,3 B Krossat naturgrus 11, ,2 11,216 C Granit ,2 11,216 D Diabas ,2 11,216 8,9 6,0 6,4 5,4 4,6 5,3 4,8,6,7 9,8 23,4 17,5 17,5 17,8 16,9 17,3 16,8 9,9,9 9,9 VTI notat 37-04

36 VTI notat 37-04

37 Bilaga 3 Sid 1 (1) Europastandarder för provning av ballast Europastandard - provningsmetod 5-årsöversyn ATB VÄG Beteckning Egenskap Ratår Genomförd Planerad Kap E Obund Kap F Asfalt EN EN EN EN EN Provtagning Neddelning Petrografi Utrustning Precision EN EN EN EN EN EN EN EN EN Siktning Hål till siktar Flisighetsindex LT-index Krossytegrad Flödestid Skalinnehåll Sandekvivalentvärde Metylenblåvärde EN 97-1 EN 97-2 EN 97-3 Micro-Devalvärde Los Angelesvärde Lös skrymdensitet EN 97-4 EN 97-5 EN 97-6 EN 97-7 EN 97-8 Rigdenhålrum Vattenkvot Korndensitet Fillerdensitet Poleringsmotstånd EN 97-9 Kulkvarnsvärde EN 97- Kapillär stighöjd EN EN EN EN EN Frys-tömotstånd Magnesiumsalt Sonnenbrand Krympningtorkning Stark upphettning EN EN Kemiska egenskaper Beredning av lakprov EN Vidhäftning EN EN Mjukpunktsförhöjning Bitumental EN Proctor-opt vattenkvot = åberopas i ATB VÄG VTI notat 37-04

38

39 VTI är ett oberoende och internationellt framstående forskningsinstitut som arbetar med forskning och utveckling inom transportsektorn. Vi arbetar med samtliga trafikslag och kärnkompetensen finns inom områdena säkerhet, ekonomi, miljö, trafik- och transportanalys, beteende och samspel mellan människa-fordon-transportsystem samt inom vägkonstruktion, drift och underhåll. VTI är världsledande inom ett flertal områden, till exempel simulatorteknik. VTI har tjänster som sträcker sig från förstudier, oberoende kvalificerade utredningar och expertutlåtanden till projektledning samt forskning och utveckling. Vår tekniska utrustning består bland annat av körsimulatorer för väg- och järnvägstrafik, väglaboratorium, däckprovningsanläggning, krockbanor och mycket mer. Vi kan även erbjuda ett brett utbud av kurser och seminarier inom transportområdet. VTI is an independent, internationally outstanding research institute which is engaged on research and development in the transport sector. Our work covers all modes, and our core competence is in the fields of safety, economy, environment, traffic and transport analysis, behaviour and the man-vehicle-transport system interaction, and in road design, operation and maintenance. VTI is a world leader in several areas, for instance in simulator technology. VTI provides services ranging from preliminary studies, highlevel independent investigations and expert statements to project management, research and development. Our technical equipment includes driving simulators for road and rail traffic, a road laboratory, a tyre testing facility, crash tracks and a lot more. We can also offer a broad selection of courses and seminars in the field of transport. HUVUDKONTOR/HEAD OFFICE LINKÖPING BORLÄNGE STOCKHOLM GÖTEBORG POST/MAIL SE LINKÖPING POST/MAIL BO 760 POST/MAIL BO 6056 POST/MAIL BO 8077 TEL +46(0)1300 SE BORLÄNGE SE-176 SOLNA SE-2 78 GÖTEBORG TEL +46 (0) TEL +46 (0) TEL +46 (0)