Treaxiell provning av hyttsten och granulerad hyttsand

VTI notat 53 2001 VTI notat 53-2001 Treaxiell provning av hyttsten och granulerad hyttsand Lastcell Deformationsgivare (LVDT) O-rings - tätning Plexiglas - cylinder Gui - membran Jordprov Författare FoU-enhet Projektnuer 60636 Projektnamn Uppdragsgivare Distribution Håkan Arvidsson Väg- och banteknik Mekaniska och funktionella egenskaper hos hyttsten, underlag för teknisk beskrivning Merox Fri

Förord Detta är ett projekt för att karaktärisera mekaniska egenskaper genom treaxiell provning för olika korngraderingar av hyttsten och granulerad hyttsand. Projektet har utförts på uppdrag av Merox, Oxelösund. Kontaktpersoner på Merox har varit Lotta Lind och Torbjörn Karlsson. Projektledare för detta projekt på VTI var från början Krister Ydrevik. Det togs sedan över av Håkan Carlsson. Håkan Arvidsson har utfört provningarna, saanställt data samt skrivit detta notat. Andreas Waldemarsson har hjälpt till med hyttstensförsöken. Linköping, Oktober 2001 Håkan Arvidsson VTI notat 53-2001

Innehållsförteckning Sida 1 Inledning 5 2 Materialbeskrivningar 5 2.1 Hyttsten 5 2.2 Granulerad hyttsand 8 3 Treaxialförsök, beskrivning av metoden 10 3.1 Förstärkningslagertest 10 3.2 Skyddslagertest 10 3.3 Bärlagertest 10 3.4 Lagring 11 4 Resultat från treaxtest 11 4.1 Hyttsten 11 4.2 Granulerad hyttsand 13 5. Saanfattning 16 6. Litteratur 17 Bilaga: Resultatdiagram VTI notat 53-2001

1 Inledning För att bedöma mekaniska egenskaper på material från Merox har bestämning av styvhet och stabilitet gjorts med dynamisk treaxiell provning på VTI. Olika kornfördelningar av hyttsten, bärlager 0 63, samt granulerad hyttsand har testats. För att studera självbindande egenskaper har samtliga kornfördelningar (av hyttsten och hyttsand) testats både efter 1 dygn och efter att ha lagrats 1 månad. Lagringen gjordes i 50 C för att påskynda bindningsproceduren. 2 Materialbeskrivningar 2.1 Hyttsten Hyttsten från Merox testades genom treaxiell provning vid VTI hösten 2000. Tre olika kornkurvor har testats. Hyttstenen kom till VTI i fem fraktioner. På VTI proportionerades fraktionerna till av Merox önskade kornkurvor. Nr 1 "VÄG 94 Bärlager Högsta Max", nr 2 "VÄG 94 Bärlager Normal Min" och nr 3 "Merox Min". Samtliga material går upp till 63. Tabell 1 Resultat av proportionering Nr Kurva Recept Andel per fraktion 0-3 0-6 6-18 18-32 32-63 1 VÄG94 Bärlager Högsta Max 15,0% 43,0% 18,0% 10,0% 14,0% 2 VÄG94 Bärlager Normal Min 1,0% 26,1% 30,0% 18,1% 24,8% 3 Merox Min 5,0% 42,0% 24,0% 12,0% 17,0% Sand Grus 0.06 fin 0.2 mellan 0.6 grov 2 fin 6 mellan 20 grov 60 100% 90% 80% 70% Passerande mängd 60% 50% 40% 30% 20% 10% Nr 1 "Högsta Max" Nr 2 "Normal Min" Nr 3 "Merox Min" Bärlager, VÄG94 Figur 1 0% 0.075 0.25 0.5 1 2 4 0.125 0.063 5.6 Kornstorlek, Kurvor av Merox önskade kornfördelningar. 8 16 31.5 45 63 90 200 11.2 Optimal vattenkvot och maximal torr skrymdensitet bestämdes på VTI. Optimal vattenkvot bestämdes enligt VVMB 36:1977 "Tung Instampning". Dock används VTI notat 53-2001 5

CBR-burk med volymen 2,1 dm³ istället för Proctorburk med 1 dm³ och största sten 32. Vattenkvoten omräknad för 0 63 mtrl enligt formel: w <63 = w <32 (1-"andel >32") + 1,5 * "andel >32" Maximal torr skymdensitet är bestämd på vibrobordet enligt VVMB 607:1998. Jämförelse av resultaten har gjorts mellan hyttsten och krossat berg (från Skärlunda). Kornfördelningarna för det krossade berget är en "Mitt i bärlagerzonen, VÄG94" 0 32, en "Mitt i förstärkningslagerzonen, VÄG94" 0 63 och en kallad "brant förstärkningslager" 0 63. På bergkrossmaterialet har ingen lagring utförts. Sand Grus 0.06 fin 0.2 mellan 0.6 grov 2 fin 6 mellan 20 grov 60 100% 90% 80% 70% Mitt i BLzonen, VÄG 94 Mitt i FLzonen, VÄG 94 Brant -FL Bärlager, VÄG94 Passerande mängd 60% 50% 40% 30% 20% 10% Figur 2 0% 0.075 0.25 0.5 1 2 4 0.125 0.063 5.6 Kornstorlek, 8 16 31.5 45 63 90 200 11.2 Jämförelsematerialens kornfördelningar. Material av krossat berg. 6 VTI notat 53-2001

Tabell 2 Resultattabell, materialdata, för hyttsten och dess jämförelsematerial. Nr Kurva 1 VÄG94 Bärlager Högsta Max 2 VÄG94 Bärlager Normal Min 0,075 8,0 3 Merox Min 4,0 Krossat berg "Mitt i BLzonen" Krossat berg "Mitt i FLzonen Krossat berg "Brant FL" Passerande vikts-% (100% passerar 63 på samtliga) Tung Inst. 0-32 Vibrobordet 0,25 3,0 6,0 4,5 9,0 1 4 16 31,5 Opt w Omr Opt w 0-63 Max torr skrymdens 14,0 28,0 50,0 75,0 87,0 7,4% 6,8% 2,12 13,0 25,0 56,0 75,0 6,3% 5,5% 2,05 10,0 20,0 42,0 70,0 85,0 7,3% 6,7% 2,10 19,0 35,0 67,5 100,0 4,7% 4,7% 2,15 3,0 5,0 8,0 21,0 40,0 60,0 1,0 2,5 5,0 9,0 20,5 45,0 packningsgrad är procent av maximal torr skrymdensitet. vattenkvot är 60 % av optimal. BL = bärlager VÄG 94 FL = förstärkningslager VÄG 94 4,8% 3,4% 2,11 3,0% 2,1% 2,09 Max torr skrymdens. 2,126 1,866 2,002 -- 1,943 1,709 packn. grad Önkad torr skrymdensitet 97% 2,062 97% 1,810 97% 1,941 97% 2,086 97% 1,885 97% 1,658 provvikt vattenkvot vattenmängd 87,5 kg 4,1% 3,6 kg 76,8 kg 3,3% 2,5 kg 82,3 kg 4,0% 3,3 kg 88,5 kg 2,8% 2,5 kg 79,9 kg 2,0% 1,6 kg 70,3 kg 1,3% 0,9 kg VTI notat 53-2001 7

2.2 Granulerad hyttsand Den granulerade hyttsanden, en ensgraderad sand, testades på VTI. Bestämning av optimal vattenkvot och maximal torr skrymdensitet gjordes med "Tung instampning". Kontrollsiktning efter instampning visade att stor nedkrossning skett vilket innebär att maximal torr skrymdensitet kan bli "för hög". e densiteter och packningsgrader gick därför ej att uppnå vid tillverkning av treaxprover. Enligt samtal med Merox hamnade uppnådda densiteter ändå på realistiska nivåer. 0.06 100% fin 0.2 Sand mellan 0.6 grov 2 fin 6 Grus mellan 20 grov 60 90% 80% 70% Hyttsand e. TungInst. Hyttsand, Merox Passerande mängd 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0.075 0.25 0.5 1 2 4 8 16 0.125 0.063 5.6 11.2 Kornstorlek, Figur 3 Kornkurva för hyttsand. Den övre kurvan ("Hyttsand e. TungInst") visar hur mycket den krossats ned vid Tung Instampning (Modifierad Proctor). Stor nedkrossning innebär för hög "maxdensitet", därav låga packningsgrader, se tabell. Den granulerade hyttsanden jämförs med olika material som tidigare testats som "skyddslager" på VTI. Tre stycken naturmaterial, (grusig) sand, och två olika restprodukter, kolbottenaska och slaggrus. 31.5 45 63 90 200 0.06 100% fin 0.2 Sand mellan 0.6 grov 2 fin 6 Grus mellan 20 grov 60 90% 80% 70% Passerande mängd 60% 50% 40% 30% 20% 10% Hyttsand, Merox Skyddslager 2X Skyddslager 5 Skyddslager "11" Kolbottenaska Slaggrus 0% 0.075 0.25 0.5 1 2 4 8 16 0.125 0.063 5.6 11.2 Kornstorlek, 31.5 45 63 90 200 Kornkurva för hyttsand i jämförelse med jämförda material, skydds- Figur 4 lagertest. 8 VTI notat 53-2001

Tabell 3 Materialdata för jämförelser med skyddslagertest. Material Passerande vikts-% (100% passerar 31,5 på samtliga) Tung Inst. 0-32 Vibrobordet 0,075 0,25 1 2 4 16 Optimal vattenkvot Max torr skrymdens Max torr skrymdens. Hyttsand 2,2 7,0 36,4 75,9 96,9 100,0 18,3% 1,45 -- Skyddslager "2X" 6,1 25,8 66,3 76,5 81,5 98,4 8,3% 2,01 -- Skyddslager "5" 3,1 36,4 89,8 94,1 96,7 100,0 11,8% 1,77 -- Skyddslager "11" 3,4 26,9 69,9 80,6 86,0 90,4 9,9% 1,94 -- Kolbottenaska 7,3 14,3 28,0 39,0 55,4 86,8 23% 1,18 1,03 Slaggrus 7,1 14,0 28,1 36,9 48,2 86,5 15,3% 1,71 -- packn. grad torr skrym-densitet packningsgrad är procent av maximal torr skrymdensitet, "Tung Instampning". relativ vattenkvot är i förhållande till optimal vattenkvot. Vibrobordet för kolbottenaska testades vid optimal vattenkvot då det ej var "fridränerande" som metoden föreskriver. vattenkvot 97% 1,41 11,0% 60 % 97% 1,95 5,0% 60 % 97% 1,72 7,1% 60 % 97% 1,88 5,9% 60 % 93% 1,1 17% 74 % relativ vatten-kvot 90% 1,54 15,3% 100 % VTI notat 53-2001 9

3 Treaxialförsök, beskrivning av metoden Bestämning av styvhet (E-modul) och stabilitet (permanent deformation) har gjorts med dynamisk treaxiell provning (treaxtest) med olika provningsnivåer med flera belastningsnivåer. Provningsnivåerna är benämnda efter de vanligaste tillämpningarna på VTI efter läge i vägkroppen. 3.1 Förstärkningslagertest För hyttstensproverna, med korngradering <63, har det valts s.k. "förstärkningslagertest". Materialblandningarna benämns dock som bärlager, nr 1 och nr 2. För att klara tumregeln att största sten ska vara ca 1/5 av provdiametern valdes stora cylindern. Treaxproverna är cylindriska prover med diametern 300 och nominella höjden 600 (vilket ger en volym på 42,4 liter). Proverna packas i 6 lager. Proverna testas med en statisk vertikal last på 20 kpa och med kaartrycken (horisontell last) 60 resp. 120 kpa. De dynamiska lasterna är 100, 200, 400 och 600 kpa. Belastningsnivå anger "dynamisk last"/"kaartryck" t.ex. 200/60 som innebär 20 kpa statisk last plus 200 kpa dynamisk last och kaartryck 60 kpa. Nivåerna 100/60, 200/60, 400/60 och 400/120 belastas med 1000 pulser medan nivå 600/120 belastas med 100 000 pulser. En puls består av en sinusformad dynamisk lastvåg på 0,1 s och en vilodel med enbart statisk last på 0,1 s. 3.2 Skyddslagertest Kornfördelningen av hyttsand, ensgraderad sand, gjorde att "skyddslagertest" valdes till provningssnivå. Treaxproverna är cylindriska prover med diametern 150 och nominella höjden 300 (vilket ger en volym på 5,3 liter). Proverna packas i ett lager. En lastpuls består av en sinusformad dynamisk lastvåg på 0,1 s utan viloperiod. 10 pulser i sekunden (10 Hz). Proverna testas med en statisk vertikal last på 20 kpa. Proverna testas med kaartrycken (horisontell last) 10 resp. 20 kpa. De dynamiska lasterna är 10, 30, 50, 70, 100 och 150 kpa. Belastningsnivå anger "dynamisk last"/"kaartryck" t.ex. 30/10 som innebär 20 kpa statisk last plus 30 kpa dynamisk last och kaartryck 10 kpa. Nivåerna 10/10, 30/10 och 50/10 belastas med 1000 pulser medan nivå 50/20 och 70/20 belastas med 100 000 pulser. Lastnivåerna 100/20 och 150/20 belastas med 10 000 pulser. 3.3 Bärlagertest Då relativt små deformationer uppstod under skyddslagertestet kompletterades de lagrade proverna av hyttsanden med ett s.k. bärlagertest. Saa provkropp användes direkt från skyddslagertestet till bärlagertestet. Treaxproverna är cylindriska prover med diametern 150 och nominella höjden 300 (vilket ger en volym på 5,3 liter). Proverna packas i ett lager. En lastpuls består av en sinusformad dynamisk lastvåg på 0,1 s utan viloperiod. 10 pulser i sekunden (10 Hz). Proverna testas med en statisk vertikal last på 20 kpa. 10 VTI notat 53-2001

Proverna testas med kaartrycken (horisontell last) 60 resp. 120 kpa. De dynamiska lasterna är 100, 200, 400, 600, 800, 1000kPa och 1200 kpa. Belastningsnivå anger "dynamisk last"/"kaartryck" t.ex. 200/60 som innebär 20 kpa statisk last plus 200 kpa dynamisk last och kaartryck 60 kpa. Nivåerna 100/60, 200/60, 400/60 och 400/120 belastas med 1000 pulser medan nivå 600/120 och 800/120 belastas med 100 000 pulser. Lastnivåerna 1000/120 och 1200/120 belastas med 10 000 pulser. 3.4 Lagring Proverna som skulle lagras packades på saa sätt som de "vanliga" proverna. De stora proverna, med hyttsten, diameter 300 och höjd 600, placerades i specialcylindrar som förseglades med plastsäckar och tejp. Därefter ställdes de ned i värmeugnar med 50 C i en1 månad. Efter lagringen togs specialcylindrarna bort och proverna kläddes med guimembran och försågs med tryckplatta som för vanligt test. De små (läs: normalstora) proverna, diameter 150 och höjd 300, iordningsställdes precis som vanligt med guimembran och ändplattor för att sedan förseglas i plastpåsar och placeras i värmeskåp en månad i 50 C. Efter lagringens slut testades proverna "som vanligt". 4 Resultat från treaxtest Bestämning av styvhet (E-modul) och stabilitet (permanent deformation) har gjorts med dynamisk treaxiell provning (treaxtest) med olika belastningsnivåer. Med styvhet menas ett lagers förmåga att fördela last till underliggande lager. Ju styvare ett material är desto högre E-modul. Med stabilitet menas ett lagers förmåga att motstå omlagringar. Ju stabilare ett material är desto mindre permanenta deformationer erhålles. 4.1 Hyttsten Hyttstenens olika graderingar testades med förstärkningslagertest liksom jämförelsematerialen av krossat berg. E-modulen för krossat berg på nivå 400/120 är ca 320 MPa medan färsk hyttsten hade mer än 420 MPa och lagrad hyttsten nådde upp till minst 510 MPa. Hyttstensmaterialen uppvisar tydligt spänningsberoende vilket innebär att ju större last desto högre E-modul. Det krossade berget är också spänningsberoende men inte lika tydligt. Hyttstenen uppvisade betydligt lägre totala permanenta deformationer efter hela testet än det krossade berget (ca 1,3 mot 9,8, medelvärden), bortsett från färsk "Bärlager Normal Min" som låg i nivå med de mer välgraderade konventionella materialen (9,2 ). Lagringen hade störst inverkan på den grövsta hyttstenskurvan, Bärlager Normal Min, 9,2 ackumulerad permanent deformation för färsk och 0,7 för lagrad. Liten eller nästan ingen effekt hade lagringen på Merox Min, 1,4 för färsk mot 1,1 för lagrad. På konventionella material har ingen "lagringseffekt" kunnat påvisas i en tidigare studie. VTI notat 53-2001 11

Tabell 4 Resultattabell för hyttsten med jämförelser med krossat berg packn. Uppnådd packn.grad Uppnådd vattenkvot Ackumulerad permanent deformation Efter resp. bel.nivå. Medelvärde () E-modul efter 1000 bel. Per bel.nivå. Medelvärde (MPa) grad Nr Kurva Enskilda Treaxprover vattenkvot nr Medelvärde Medelvärde 100/60 200/60 400/60 400/120 600/120 100/60 200/60 400/60 400/120 600/120 1 VÄG94 Bärlager Högsta Max 331 & 332 97% 92,0% 4,1% 4,0% 0,037 0,163 0,497 0,582 2,630 316 338 378 423 448 1 Lagrad VÄG94 Bärlager 338 & 341 97% 91,2% 4,1% 0,5% 0,039 0,163 0,381 0,436 0,684 406 437 490 548 583 Högsta Max 2 VÄG94 Bärlager Normal Min 333, 334 97% 97,2% 3,3% 3,3% 0,058 0,218 0,673 0,767 9,180 321 349 390 435 455 & 335 2 Lagrad VÄG94 Bärlager 339 & 343 97% 97,0% 3,3% 0,2% 0,064 0,116 0,292 0,341 0,746 380 406 469 519 554 Normal Min 3 Merox Min 336 & 337 97% 95,8% 4,0% 3,9% 0,062 0,215 0,465 0,529 1,412 329 362 427 478 520 3 Lagrad Merox Min 340 & 342 97% 94,8% 4,0% 1,8% 0,083 0,265 0,564 0,635 1,084 381 408 458 510 551 Krossat berg "Mitt i BLzonen" 97% --% 2,8% --% 0,044 0,126 0,883 1,883 7,906 241 257 273 325 339 Krossat berg "Mitt i FLzonen 97% 98,0% 2,0% 2,0% 0,064 0,373 3,486 3,907 11,789 284 287 269 320 343 Krossat berg "Brant FL" 97% 101,1% 1,3% 1,2% 0,097 0,757 8,033 8,658 20,341 249 249 260 316 346 Uppnådd packningsgrad är beräknad med hänsyn till verklig höjd och eventuellt material som inte fick plats. Medelvärde av de enskilda proverna. Uppnådd vattenkvot är bestämd genom torkning av hela provet efter treaxtest. Medelvärde av de enskilda proverna. Ackumulerad permanent deformation efter 600/120-nivån är total deformation efter treaxtestet. E-modul efter 1000 bel. på 400/120-nivån betecknas som karaktäristisk E-modul. Lagrad innebär att proverna lagrats i ca 50ºC i 1 månad. (Uttorkning gick ej att undvika.) VTI notat 53-2001 12 VTI notat 53-2001

4.2 Granulerad hyttsand Den färska granulerade hyttsanden testades enbart med skyddslagertest medan de lagrade proverna kompletterades med bärlagertest. Skyddslagertest: De ackumulerade permanenta deformationerna var för färsk hyttsand ca 5 efter testet. För lagrad hyttsand, slaggrus och kolbottenaska ca 1. De konventionella materialen gick till brott innan testet var klart. Något (klart) spänningsberoende uppvisar inte de alternativa materialen inklusive hyttsand. Färsk hyttsand och kolbottenaskan har E-moduler på ca 100 MPa testet igenom oavsett nivå. Lagrad hyttsand och slaggrus hamnar på ca 200 MPa. Det av de konventionella materialen som höll för att ge några modulvärden uppvisar litet spänningsberoende och nådde upp till 130 MPa. Bärlagertest: Lagrad hyttsand nådde "brottkriteriet", 20 efter 5000 belastningar på 600/120-nivån men hade efter 100 000 bel. på saa nivå bara ökat till 23. Slaggrus hamnade på 20 efter 100 000 bel. på 600/120- nivån. Krossat berg (kornfördelning mitt i BL-zonen, bärlagertestad) har vid saa läge 7. Hyttsten, förstärkningslagertestad under hösten 2000, hade deformationer mellan 0,6 och 9 (provhöjd 600 ). Lagrad hyttsand och slaggrus uppvisar ett svagt spänningsberoende med moduler mellan 205 och 278 MPa. Hyttsten och krossat berg har ett klart spänningsberoende. Krossat berg har 199 MPa på lägsta nivån, på 600/120-nivån 384 MPa och på de högsta nivåerna nästan 530 MPa. Medelvärden för hyttsten är drygt 320 MPa för färsk och knappt 390 för lagrad på lägsta nivån och drygt 420 MPa för färsk och drygt 560 för lagrad på 600/120- nivån. 13 VTI notat 53-2001

Tabell 5 Treaxresultat för skyddslagertest, hyttsand och jämförda material Material torr Uppnådd torr skrymd. skrymd. kvot kvot Uppnådd vatten- Ackumulerad permanent deformation Efter resp. belastningsnivå. Medelvärde () E-modul efter 1000 belastningar. Per belastningsnivå. Medelvärde (MPa) vatten- Medelv. Medelv. 10/10 30/10 50/10 50/20 70/20 100/20 150/20 10/10 30/10 50/10 50/20 70/20 100/2 150/20 0 Hyttsand ("färsk") 1,41 1,11 11,0% 10,9% 0,054 0,460 1,024 1,256 1,545 1,975 5,388 92 87 89 99 106 110 111 Hyttsand Lagrad 1,41 1,18 11,0% 9,4% 0,011 0,060 0,130 0,242 0,387 0,505 1,093 166 198 196 204 215 204 186 Skyddslager "2X" 1,95 1,94 5,0% 4,9% 0,054 0913 2,607 2,777 3,131 7,515 Brott 102 99 99 119 130 128 Brott Skyddslager "5" 1,72 1,71 7,1% 7,0% 0,073 2,937 Brott Brott Brott Brott Brott 96 86 Brott Brott Brott Brott Brott Skyddslager "11" 1,88 1,87 5,9% 5,9% 0,059 1,548 Brott Brott Brott Brott Brott 104 96 Brott Brott Brott Brott Brott Kolbottenaska 1,1 1,05 17% 16,9% 0,034 0,269 0,470 0,544 0,608 0,709 1,098 86 82 80 90 103 103 95 Slaggrus 1,54 1,42 15,3% 15,8% 0,018 0,102 0,189 0,301 0,385 0,464 0,817 182 177 180 197 221 213 182 Skyddslager 2X: 2 st. delprov (av 3) gick till brott på 50/10-nivån Skyddslager 5: samtliga delprov gick till brott på 50/10-nivån. Skyddslager 11: samtliga delprov gick till brott på 50/10-nivån. 14 VTI notat 53-2001

Tabell 6 Treaxresultat för bärlagertest (och "förstärkningslagertest"). Hyttsand jämfört med slaggrus och krossat berg samt hyttsten. Material Uppn. packn. packn. grad grad Uppn. vattenkvot vattenkvot Ackumulerad permanent deformation Efter resp. belastningsnivå. Medelvärde () E-modul efter 1000 bel. Per belastningsnivå. Medelvärde (MPa) Medelv. Medelv. 100/60 200/60 400/60 400/120 600/120 800/120 1000/120 1200/ 120 100/ 60 200/ 60 400/6 0 400/ 120 600/ 120 800/ 120 1000/ 120 1200/ 120 Hyttsand 97% 81,8% 11,0% 9,4% 0,028 Lagrad 0,269 5,822 6,444 23,265 Brott Brott Brott 210 236 219 265 278 Brott Brott Brott Slaggrus 90% 82,9% 15,3% 15,4% 0,202 0,785 3,332 3,712 20,180 Brott Brott Brott 230 229 205 260 257 251 Brott Brott Krossat berg mitt i BL-zonen 97% -- 2,8% 2,6% 0,168 0,681 3,080 3,269 7,309 10,896 12,136 Brott 199 232 290 344 384 470 528 528 VÄG94 Bärlager Högsta Max VÄG94 Bärlager Högsta Max LAGRAD 97% 92,0% 4,1% 4,0% 0,037 0,163 0,497 0,582 2,630 -- -- -- 316 338 378 423 448 -- -- -- 97% 91,2% 4,1% 0,5% 0,039 0,163 0,381 0,436 0,684 -- -- -- 406 437 490 548 583 -- -- -- VÄG94 Bärlager Normal Min 97% 97,2% 3,3% 3,3% 0,058 0,218 0,673 0,767 9,180 -- -- -- 321 349 390 435 455 -- -- -- VÄG94 Bärlager Normal Min LAGRAD 97% 97,0% 3,3% 0,2% 0,064 0,116 0,292 0,341 0,746 -- -- -- 380 406 469 519 554 -- -- -- Merox Min 97% 95,8% 4,0% 3,9% 0,062 0,215 0,465 0,529 1,412 -- -- -- 329 362 427 478 520 -- -- -- Merox Min LAGRAD 97% 94,8% 4,0% 1,8% 0,083 0,265 0,564 0,635 1,084 -- -- -- 381 408 458 510 551 -- -- -- De under hösten år 2000 testade hyttstensproverna med bärlagergraderingar är testade med s.k. förstärkningslagertest. Förstärkningslagertest innebär: mtrl 0-63, diameter 300, höjd 600, saa belastningsnivåer som "bärlagertest" till 600/120-nivån och 0,1 s vilopuls mellan lastpulserna. Slaggruset klarade precis att få ett E-modulvärde (1000 bel) på 800/120-nivån innan brott. Krossat berg klarade precis att få ett E-modulvärde (1000 bel) på 1200/120-nivån innan brott. VTI notat 53-2001 15

5 Saanfattning Lagrad hyttsten får anses mycket bra med de testade kornfördelningarna eftersom den har mycket låga permanenta deformationer och höga E-moduler. Även färska prover har bra värden (minst lika bra eller mycket bättre) jämfört med krossat berg av testade kornfördelningar. Egenskaperna för styvhet och stabilitet gör att hyttsten mycket väl skulle kunna ersätta konventionella material som bär- eller förstärkningslager med ledning av dessa treaxialförsök. Jämfört med natursand är den granulerade hyttsanden överlägsen i treaxialförsök, skyddslagertest, vad gäller stabiliteten. Hyttsanden når nästan upp till saa styvhet som natursand medan den är färsk. Lagring ökar dock styvheten markant. Lagrad hyttsand får ungefär saa resultat som slaggrus, som är välgraderad till skillnad från den ensgraderade hyttsanden. Lagrad hyttsand klarar relativt stora belastningar. I bärlagertestet gick den till brott (ackumulerad perm. def >20 ) först på 600/120-nivån dock relativt tidigt. Slaggruset som hyttsanden jämförs med i detta test klarade sig precis igenom den nivån. 600/120-nivån är den högsta belastningsnivån för förstärkningslagertest. Hyttsand har låg densitet, vilket kan vara en fördel i vissa konstruktioner. Det har även kolbottenaskan som hyttsanden jämförs med i detta test. Kolbottenaskan och den färska hyttsanden har likvärdiga värden för styvhet. För stabiliteten är det den lagrade hyttsanden som är jämförbar med kolbottenaskan. Styvhets- och stabilitetsegenskaperna för granulerad hyttsand, särskilt lagrad, är så pass goda i detta test att man kan använda det åtminstone som skyddslager eller kanske till och med som förstärkningslager i vissa konstruktioner. 16 VTI notat 53-2001

6 Litteratur P, Höbeda, K, Ydrevik, H, Arvidsson: Bedömning av hyttsten som förstärkningslager genom dynamiskt treaxialförsök. VTI Notat nr 9-1995. H, Arvidsson: Dynamisk treaxiell provning för bedömning av lagringstiders inverkan på styvhets- och deformationsegenskaper hos bärlagergrus. VTI Notat nr 10-1995 M, Arm: Egenskaper hos alternativa ballastmaterial - speciellt slaggrus, krossad betong och hyttsten. Licentiatavhandling KTH 2000. VTI notat 53-2001 17

Bilaga Sid 1 (4) Diagram med resultat från treaxförsöken. Jämförelse krossat berg och hyttsten 600 E-modul (MPa) 500 400 300 Nr 1, Högsta Max, Lagrad Nr 2, Normal Min, Lagrad Nr 3, Merox Min, Lagrad Nr 3, Merox Min Nr 2, Normal Min Nr 1, Högsta Max Brant FL -kr berg Mitt i FL-zonen -kr berg Mitt BL-zonen -kr berg 200 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 Sua huvudspänning (Sua huvudspänning = 3 x kaartycket + statisk last + dynamisk last) Styvheten som E-modul. "Förstärkningslagertest". Hyttsten och krossat berg. Ju brantare kurva desto större spänningsberoende. VTI notat 53-2001

Bilaga Sid 2 (4) 0 Hyttsten Antal belastningar 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 Ack. permanent deformation (µm) 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Nr 1, Normalt Nr 1, Lagrat Nr 2, Normalt Nr 2, Lagrat Nr 3, Normalt Nr 3, Lagrat 10000 Ackumulerad permanent deformation för hyttsten. 0 BL Högsta Max- Lagrad BL Normal Min- Lagrad Merox Min- Lagrad Merox Min BL Högsta Max Mitt i BLzonen - Kr berg BL Normal Min Mitt i FLzonen - Brant FL - Kr berg Kr berg 5 Ack. perm def () 10 15 100/60 200/60 400/60 400/120 600/120 20 Stabiliteten som ackumulerad permanent deformation. "Förstärkningslagertest". Hyttsten och krossat berg. Rangordnad bäst från vänster, sämst till höger. VTI notat 53-2001

Bilaga Sid 3 (4) Treaxresultat skyddslagertest. Jämförelse ack. permanent deformation Antal belastningar 0 50000 100000 150000 200000 250000 0 2000 Ack. permanent deformation (µm) 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 Slaggrus Hyttsand Lagrad Kolbottenaska Hyttsand ("färsk") Skyddslager2X Skyddslager11 Skyddslager5 18000 Stabiliteten som ackumulerad permanent deformation "Skyddslagertest". Ackumulerat antal belastningar. Hyttsand, naturmaterial och alternativa material. Treaxresultat, skyddslagertest 250 Jämförelse E-modul 200 Slaggrus E-modul (MPa) 150 100 50 Hyttsand Lagrad Skyddslager2X Skyddslager11 Skyddslager5 Hyttsand ("färsk") Kolbottenaska 0 0 50 100 150 200 250 Sua huvudspänning (kpa) Styvheten som E-modul. "Skyddslagertest". Hyttsand, naturmaterial och alternativa material. VTI notat 53-2001

Bilaga Sid 4 (4) Treaxresultat bärlagertest. Största och minsta deformationerna för Hyttsten (FL-test) 0 Jämförelse ack. permanent deformation Antal belastningar 0 50000 100000 150000 200000 250000 Ack. permanent deformation ( µm) 5000 10000 15000 20000 Hyttsten HögstaMax, Lagrad Kr berg mitt i BLzonen Hyttsten NormalMin (färsk) Slaggrus Hyttsand Lagrad 25000 Stabiliteten som ackumulerad permanent deformation. "Bärlagertest". Ackumulerat antal belastningar. Treaxresultat, bärlagertest (Hyttsten FL-test) 600 Jämförelse E-modul 500 E-modul (MPa) 400 300 200 Hyttsten lagrade Mv. Hyttsten färska Mv. Kr berg mitt i BLzonen Hyttsand Lagrad Slaggrus 100 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sua huvudspänning (kpa) Styvheten som E-modul. "Bärlagertest". VTI notat 53-2001